Bom neutron

Khái niệm cơ bản

Trong một thiết kế nhiệt hạch tiêu chuẩn, một quả bom phân hạch nhỏ được đặt gần một khối nhiên liệu nhiệt hạch lớn hơn. Hai thành phần sau đó được đặt trong một trường hợp bức xạ dày, thường được làm từ uranium, chì hoặc thép. Vụ án bẫy năng lượng từ bom phân hạch trong một thời gian ngắn, cho phép nó đốt nóng và nén nhiên liệu nhiệt hạch chính. Trường hợp này thường được làm bằng uranium đã cạn kiệt hoặc kim loại urani tự nhiên, bởi vì các phản ứng nhiệt hạch tạo ra số lượng lớn neutron năng lượng caocó thể gây ra phản ứng phân hạch trong vật liệu vỏ. Chúng có thể bổ sung năng lượng đáng kể cho phản ứng; trong một thiết kế điển hình có đến 50% tổng năng lượng đến từ các sự kiện phân hạch trong vỏ. Vì lý do này, những vũ khí này được gọi là kỹ thuật phân hạch - thiết kế phân hạch.
Trong một quả bom neutron, vật liệu vỏ được chọn là trong suốt đối với neutron hoặc để tích cực tăng cường sản xuất chúng. Vụ nổ neutron được tạo ra trong phản ứng nhiệt hạch sau đó được tự do thoát khỏi quả bom, vượt xa vụ nổ vật lý. Bằng cách thiết kế giai đoạn nhiệt hạch của vũ khí một cách cẩn thận, vụ nổ neutron có thể được tối đa hóa trong khi giảm thiểu vụ nổ. Điều này làm cho bán kính gây chết của vụ nổ neutron lớn hơn so với vụ nổ. Vì các neutron biến mất khỏi môi trường nhanh chóng, một vụ nổ như vậy trên cột kẻ thù sẽ giết chết các phi hành đoàn và khiến khu vực này có thể nhanh chóng được tái sử dụng.
So với một quả bom phân hạch tinh khiết có năng suất nổ giống hệt nhau, một quả bom neutron sẽ phát ra khoảng mười lần  lượng bức xạ neutron. Trong một quả bom phân hạch, ở mực nước biển, tổng năng lượng xung bức xạ bao gồm cả tia gamma và neutron xấp xỉ 5% toàn bộ năng lượng được giải phóng; trong bom neutron, nó sẽ đạt gần 40%, với phần trăm tăng đến từ việc sản xuất neutron cao hơn. Hơn nữa, các neutron phát ra từ bom neutron có mức năng lượng trung bình cao hơn nhiều (gần 14 M eV) so với các neutron được giải phóng trong phản ứng phân hạch (1 Phép2 MeV). 
Về mặt kỹ thuật, mỗi vũ khí hạt nhân năng suất thấp là vũ khí bức xạ, bao gồm các biến thể không được tăng cường. Tất cả các vũ khí hạt nhân có năng suất lên tới khoảng 10 kiloton đều có bức xạ neutron nhanh chóng  là thành phần gây chết người xa nhất. Đối với vũ khí tiêu chuẩn trên 10 kiloton năng suất, bán kính hiệu ứng nhiệt và vụ nổ gây chết người bắt đầu vượt quá bán kính bức xạ ion hóa gây chết người.  Vũ khí bức xạ tăng cường cũng rơi vào phạm vi năng suất tương tự và chỉ đơn giản là tăng cường cường độ và phạm vi của liều neutron cho một năng suất nhất định.

Sử dụng

Kế hoạch xâm lược Hiệp ước Xô viết / Warsaw năm 1979, " Bảy ngày đến sông Rhine " để chiếm Tây Đức. Các nhà phân tích Liên Xô đã cho rằng chính xác rằng phản ứng của NATO sẽ là sử dụng vũ khí hạt nhân chiến thuậtthường xuyên để ngăn chặn cuộc xâm lược Hiệp ước Warsaw lớn như vậy.  Theo những người đề xướng, bom neutron sẽ đẩy lùi cuộc xâm lược của xe tăng và xe bọc thép của Liên Xô mà không gây ra nhiều thiệt hại hay cái chết dân sự như vũ khí hạt nhân cũ. Bom neutron sẽ được sử dụng nếu phản ứng thông thường của REOGERcủa NATO đối với cuộc xâm lược quá chậm hoặc không hiệu quả. 
Bom neutron được thiết kế có chủ đích với năng suất nổ thấp hơn các vũ khí hạt nhân khác. Vì neutron bị phân tán và hấp thụ bởi không khí,  hiệu ứng bức xạ neutron giảm xuống nhanh chóng với khoảng cách trong không khí. Như vậy, có sự phân biệt rõ nét hơn, liên quan đến hiệu ứng nhiệt, giữa các khu vực có tỷ lệ tử vong cao và các khu vực có liều phóng xạ tối thiểu.  Tất cả các quả bom hạt nhân năng suất cao (hơn 10  kiloton), chẳng hạn như ví dụ cực đoan của một thiết bị lấy 97% năng lượng từ phản ứng tổng hợp, Tsar Bomba 50 megaton, không thể phát ra đủ neutron ngoài chúng phạm vi vụ nổ gây chết người khi phát nổ khi nổ bề mặt hoặc nổ không khí ở độ cao thấpvà vì vậy không còn được phân loại là bom neutron, do đó hạn chế sản lượng bom neutron ở mức tối đa khoảng 10 kiloton. Xung cực mạnh của neutron năng lượng cao được tạo ra bởi bom neutron là cơ chế tiêu diệt chính, không phải là bụi phóng xạ, nhiệt hoặc vụ nổ.

Người phát minh ra bom neutron, Sam Cohen, đã chỉ trích mô tả về W70 là bom neutron vì nó có thể được cấu hình để mang lại 100 kiloton:
W-70... thậm chí không phải là "bom neutron" từ xa. Thay vì là loại vũ khí, trong suy nghĩ phổ biến, "giết người và đốt cháy các tòa nhà", nó là thứ giết chết cả vật chất và hủy diệt trên quy mô lớn. W-70 không phải là vũ khí phân biệt đối xử, như bom neutron, tình cờ, nên được coi là vũ khí "giết chết nhân viên của đối phương trong khi phá vỡ cấu trúc vật lý của dân chúng bị tấn công, và thậm chí cả dân chúng." 
Mặc dù bom neutron thường được cho là "giữ nguyên cơ sở hạ tầng", với các thiết kế hiện tại có năng suất nổ trong phạm vi kiloton thấp,  phát nổ ở (hoặc trên) một khu vực xây dựng vẫn sẽ gây ra mức độ phá hủy tòa nhà khá lớn, thông qua vụ nổ và hiệu ứng nhiệt đến bán kính vừa phải, mặc dù có sức hủy diệt ít hơn đáng kể so với khi so sánh với một quả bom hạt nhân tiêu chuẩn có cùng mức giải phóng năng lượng hoặc "năng suất" chính xác. 
Pháo phản lực M110 của quân đội Hoa Kỳ trong khu vực tổ chức REFORGER năm 1984 trước khi vận chuyển. Các biến thể của loại pháo hạt nhân "có khả năng kép"  này sẽ phóng bom neutron W79.  Một  Một 
Các xe tăng sức mạnh khối Hiệp ước Warsaw đã kết thúc gấp đôi của NATO và Liên Xô học thuyết chiến sâu có khả năng sẽ được sử dụng lợi thế về số này để nhanh chóng quét qua lục địa châu Âu nếu chiến tranh lạnh bao giờ quay nóng. Bất kỳ vũ khí nào có thể phá vỡ các triển khai đội hình xe tăng khối lượng dự định của họ và buộc họ phải triển khai xe tăng của họ theo cách mỏng hơn, dễ phân chia hơn,  sẽ hỗ trợ lực lượng mặt đất trong nhiệm vụ săn lùng xe tăng đơn độc và sử dụng tên lửa chống tăng chúng,  như tên lửa M47 Dragon và BGM-71 TOW đương đại, trong đó NATO có hàng trăm ngàn. 
Thay vì chuẩn bị kỹ lưỡng cho chiến đấu hạt nhân chiến trường ở Trung Âu, "Lãnh đạo quân đội Liên Xô tin rằng sự vượt trội thông thường đã cung cấp cho Hiệp ước Warsaw phương tiện để ước tính tác động của vũ khí hạt nhân và giành chiến thắng ở châu Âu mà không cần dùng đến vũ khí đó." 
Bom neutron, hay chính xác hơn là vũ khí bức xạ [neutron] được tăng cường cũng được sử dụng làm vũ khí tên lửa chống đạn đạo chiến lược,  và trong vai trò này, chúng được cho là vẫn hoạt động trong tên lửa Gazelle của Nga.

Hiệu ứng

Nhà khung gỗ năm 1953 thử hạt nhân, áp lực 5 pound mỗi inch vuông (psi), sụp đổ hoàn toàn.
Sau khi phát nổ, một luồng khí gần mặt đất của bom neutron 1 kiloton sẽ tạo ra một vụ nổ lớn và xung mạnh của cả bức xạ nhiệt và bức xạ ion hóa, và bức xạ không ion hóa dưới dạng neutron nhanh (14,1  MeV). Xung nhiệt sẽ gây bỏng độ ba cho vùng da không được bảo vệ ở khoảng 500 mét. Vụ nổ sẽ tạo ra áp lực ít nhất 4,6 psi đến bán kính 600 mét, điều này sẽ làm hỏng nghiêm trọng tất cả các kết cấu bê tông không được gia cố. Ở phạm vi chiến đấu hiệu quả thông thường chống lại xe tăng chiến đấu chủ lực hiện đại và tàu sân bay bọc thép (<690 Hóa900 m), vụ nổ từ bom neutron 1 kt sẽ phá hủy hoặc gây thiệt hại đến mức không thể sử dụng được gần như tất cả các tòa nhà dân sự không được gia cố.
Sử dụng bom neutron để ngăn chặn kẻ thù bọc thép tấn công bởi phi hành đoàn hủy hoại thân thể nhanh chóng với một liều 8000+ rads của bức xạ  sẽ yêu cầu bùng nổ với số lượng lớn trong số họ để chăn các thế lực thù địch, phá hủy tất cả các tòa nhà dân sự bình thường trong vòng c. 600 mét của khu vực ngay lập tức.  kích hoạt Neutron từ những vụ nổ có thể làm cho nhiều vật liệu xây dựng trong phóng xạ thành phố, chẳng hạn như kẽm bọc thép / thép mạ kẽm (xem khu vực từ chối sử dụng dưới đây).
Bởi vì các vật thể chứa đầy chất lỏng như cơ thể con người có khả năng chống lại áp lực quá mức, áp lực nổ 4 p5 psi sẽ gây ra rất ít thương vong trực tiếp ở phạm vi c. 600 m. Tuy nhiên, những cơn gió mạnh được tạo ra bởi áp lực này có thể ném các vật thể vào vật thể hoặc ném các mảnh vỡ với tốc độ cao, bao gồm cả kính cửa sổ, cả hai đều có kết quả gây chết người. Thương vong sẽ rất khác nhau tùy thuộc vào môi trường xung quanh, bao gồm cả sự sụp đổ của tòa nhà tiềm năng. 
Xung bức xạ neutron sẽ gây ra sự mất khả năng tức thời và vĩnh viễn cho người ngoài trời không được bảo vệ trong khoảng cách tới 900 mét,  với cái chết xảy ra trong một hoặc hai ngày. Các liều gây chết trung bình (LD ₅₀) 600 rads sẽ kéo dài đến giữa 1350 và 1400 mét cho những không được bảo vệ và ngoài trời, , nơi khoảng một nửa trong số những người tiếp xúc sẽ chết vì bệnh tật bức xạ sau vài tuần.
Một con người sống bên trong, hoặc đơn giản là che chắn bởi, ít nhất là một tòa nhà bê tông với những bức tường và trần nhà dày 30 cm (12 in), hoặc cách khác của ẩm đất dày 24 inch, sẽ nhận được một tiếp xúc bức xạ neutron giảm hệ số 10.  Ngay cả khi gần mặt đất, tầng hầm hoặc các tòa nhà có đặc điểm che chắn bức xạ tương tự sẽ làm giảm đáng kể liều bức xạ. 
Hơn nữa, phổ hấp thụ neutron của không khí bị tranh chấp bởi một số cơ quan chức năng, và phụ thuộc một phần vào sự hấp thụ bởi hydro từ hơi nước. Do đó, sự hấp thụ có thể thay đổi theo cấp số nhân với độ ẩm, khiến bom neutron nguy hiểm hơn nhiều ở vùng khí hậu sa mạc so với ở những nơi ẩm ướt.

Sử dụng chống lại tên lửa đạn đạo

Là một vũ khí tên lửa chống đạn đạo, đầu đạn ER đầu tiên, W66, được phát triển cho hệ thống tên lửa Sprint như một phần của Chương trình Bảo vệ để bảo vệ các thành phố và hầm chứa tên lửa của Hoa Kỳ khỏi đầu đạn của Liên Xô.
Một vấn đề mà Sprint và các ABM tương tự phải đối mặt là hiệu ứng nổ của đầu đạn của chúng thay đổi rất nhiều khi chúng leo lên và bầu khí quyển tan ra. Ở độ cao cao hơn, bắt đầu từ khoảng 60.000 feet (18.000 m) trở lên, hiệu ứng vụ nổ bắt đầu giảm nhanh khi mật độ không khí trở nên rất thấp. Điều này có thể được chống lại bằng cách sử dụng đầu đạn lớn hơn, nhưng sau đó nó trở nên quá mạnh khi được sử dụng ở độ cao thấp hơn. Một hệ thống lý tưởng sẽ sử dụng một cơ chế ít nhạy cảm hơn với những thay đổi về mật độ không khí.
Các cuộc tấn công dựa trên neutron cung cấp một giải pháp cho vấn đề này. Vụ nổ neutron được giải phóng bởi vũ khí ER có thể tạo ra sự phân hạch trong các vật liệu phân hạch của nguyên tố chính trong đầu đạn mục tiêu. Năng lượng được giải phóng bởi các phản ứng này có thể đủ để làm tan chảy đầu đạn, nhưng ngay cả ở tốc độ phân hạch thấp hơn, việc "đốt cháy" một số nhiên liệu trong nguyên tố có thể khiến nó không phát nổ đúng cách hoặc "xì hơi".  Do đó, một đầu đạn ER nhỏ có thể có hiệu quả trên một dải độ cao rộng, sử dụng hiệu ứng nổ ở độ cao thấp hơn và các neutron ngày càng dài khi sự tham gia tăng lên.
Việc sử dụng các cuộc tấn công dựa trên neutron đã được thảo luận ngay từ những năm 1950, với Ủy ban Năng lượng nguyên tử Hoa Kỳ đề cập đến vũ khí có "đầu ra neutron sạch, được tăng cường" để sử dụng làm "đầu đạn phòng thủ chống vi-rút".  Nghiên cứu, cải thiện và bảo vệ chống lại các cuộc tấn công như vậy là một lĩnh vực nghiên cứu chính trong những năm 1950 và 60. Một ví dụ cụ thể về điều này là tên lửa Polaris A-3 của Hoa Kỳ, đã mang ba đầu đạn đi trên cùng một quỹ đạo, và do đó có một khoảng cách ngắn giữa chúng. Một ABM duy nhất có thể hình dung có thể phá hủy cả ba thông qua dòng neutron. Phát triển các đầu đạn ít nhạy cảm hơn với các cuộc tấn công này là một lĩnh vực nghiên cứu chính ở Mỹ và Anh trong những năm 1960. 

Một số nguồn tin cho rằng cuộc tấn công từ thông neutron cũng là mục tiêu thiết kế chính của các loại vũ khí phòng không có đầu đạn hạt nhân khác nhau như AIM-26 Falcon và CIM-10 Bomarc. Một phi công F-102 lưu ý:
GAR-11 / AIM-26 chủ yếu là một kẻ giết người bằng vũ khí. Máy bay ném bom (s, nếu có) là thiệt hại tài sản thế chấp. Vũ khí được kết hợp gần nhau để đảm bảo kích nổ đủ gần để một lũ neutron dữ dội sẽ dẫn đến phản ứng hạt nhân tức thời (KHÔNG phải toàn thang) trong hố của vũ khí đối phương; khiến nó không có khả năng hoạt động như được thiết kế... [O] lần đầu tiên bom neutron của Hồi giáo là GAR-11 và MB-1 Genie. 
Người ta cũng cho rằng hiệu ứng của dòng neutron trên thiết bị điện tử đầu đạn là một vectơ tấn công khác cho đầu đạn ER trong vai trò ABM. Sự ion hóa lớn hơn 5.000 rad trong các chip silicon được phân phối trong vài giây đến vài phút sẽ làm suy giảm chức năng của chất bán dẫn trong thời gian dài.  Tuy nhiên, mặc dù các cuộc tấn công như vậy có thể hữu ích đối với các hệ thống dẫn đường sử dụng các thiết bị điện tử tương đối tiên tiến, nhưng trong vai trò ABM, các thành phần này đã tách khỏi đầu đạn từ lâu khi chúng nằm trong phạm vi của các máy bay đánh chặn. Bản thân các thiết bị điện tử trong đầu đạn có xu hướng rất đơn giản và làm cứng chúng là một trong nhiều vấn đề được nghiên cứu trong những năm 1960. 
Liti-6 hydride (Li6H) được trích dẫn là được sử dụng như một biện pháp đối phó để giảm lỗ hổng và "làm cứng" các đầu đạn hạt nhân khỏi tác động của các neutron được tạo ra bên ngoài. [66] [67] Làm cứng bức xạ các thành phần điện tử của đầu đạn như một biện pháp đối phó với đầu đạn neutron độ cao phần nào làm giảm phạm vi mà một đầu đạn neutron có thể gây ra sự cố không thể phục hồi bởi các hiệu ứng bức xạ thoáng qua trên các hiệu ứng điện tử (TREE). 
Ở độ cao rất cao, ở rìa khí quyển và phía trên nó, một hiệu ứng khác xuất hiện. Ở độ cao thấp hơn, các tia X được tạo ra bởi bom được hấp thụ trong không khí và có các đường đi tự do trung bình theo thứ tự mét. Nhưng khi không khí thoát ra, các tia X có thể đi xa hơn, cuối cùng vượt xa khu vực ảnh hưởng của neutron. Trong các vụ nổ ngoài khí quyển, điều này có thể theo thứ tự bán kính 10 km (6,2 mi). Trong kiểu tấn công này, tia X cung cấp năng lượng kịp thời trên bề mặt đầu đạn là cơ chế hoạt động; sự cắt bỏ nhanh chóng (hoặc "thổi bay") bề mặt tạo ra sóng xung kích có thể phá vỡ đầu đạn.

Sử dụng làm vũ khí từ chối khu vực

Vào tháng 11 năm 2012, trong các giai đoạn lập kế hoạch của Chiến dịch Búa thần, Lord Gilbert, đồng nghiệp của Lao động Anh đã đề xuất rằng nhiều đầu đạn giảm phóng xạ (ERRB) có thể được kích nổ ở vùng núi biên giới Afghanistan-Pakistan để ngăn chặn sự xâm nhập.  Ông đề nghị cảnh báo cư dân sơ tán, sau đó chiếu xạ khu vực này, khiến nó không thể sử dụng được và không thể vượt qua. Được sử dụng theo cách này, bom neutron, bất kể chiều cao vụ nổ, sẽ giải phóng các vật liệu vỏ kích hoạt neutron được sử dụng trong bom, và tùy thuộc vào độ cao vụ nổ, tạo ra các sản phẩm kích hoạt đất phóng xạ.
Theo cách tương tự như hiệu ứng từ chối khu vực do ô nhiễm phân hạch (các chất tạo ra nhiều bụi bẩn nhất) ở một khu vực sau vụ nổ hạt nhân nổ bề mặt thông thường, như được xem xét trong Chiến tranh Triều Tiên của Douglas MacArthur, do đó, nó sẽ là một hình thức của chiến tranh phóng xạ, với sự khác biệt mà bom neutron tạo ra một nửa hoặc ít hơn số lượng sản phẩm phân hạch so với bom phân hạchnguyên chất có cùng năng suất. Chiến tranh phóng xạ với bom neutron dựa vào các nguyên thủy phân hạch do đó vẫn tạo ra bụi phân hạch, mặc dù tương đối sạch hơnvà phiên bản kéo dài ngắn hơn của nó trong khu vực so với khi sử dụng các vụ nổ không khí, vì ít hoặc không có sản phẩm phân hạch sẽ được gửi vào khu vực trực tiếp ngay lập tức, thay vào đó trở thành bụi phóng xạ toàn cầu.
Dễ dàng nhất để đạt được phản ứng nhiệt hạch, của deuterium ("D) với triti (T") tạo ra helium-4, giải phóng neutron và chỉ giải phóng 3,5 MeVdưới dạng động năng như hạt alpha tích điện sẽ tạo ra nhiệt (biểu hiện như vụ nổ và hiệu ứng nhiệt), trong khi phần lớn năng lượng của phản ứng (14.1 MeV) được mang đi bởi neutron nhanh không tích điện.  Các thiết bị có tỷ lệ năng suất cao hơn thu được từ phản ứng này sẽ hiệu quả hơn trong vai trò tránh tác động của tiểu hành tinh độc lập, dođộ sâu thâm nhập của các neutron nhanh và sự truyền động lượng cao hơn được tạo ra trong "lớp vảy" này của một khối vật chất lớn hơn nhiều không có trong cơ thể chính, trái ngược với sự thâm nhập bề mặt nông và sự Một lạm dụng của regolith, được tạo ra bởi nhiệt / tia X mềm.
Tuy nhiên, việc sử dụng bom neutron hiệu quả nhất đối với sự từ chối khu vực sẽ là bọc nó trong một lớp vỏ dày của vật liệu có thể được kích hoạt neutron và sử dụng một vụ nổ bề mặt. Theo cách này, bom neutron sẽ được biến thành bom muối; một trường hợp kẽm-64, được sản xuất như một sản phẩm phụ của việc làm giàu oxit kẽm đã cạn kiệt, chẳng hạn, có lẽ là hấp dẫn nhất đối với việc sử dụng quân sự, vì khi được kích hoạt, kẽm-65 được hình thành là một chất phát gamma, có chu kỳ bán rã là 244 ngày

Hiệu ứng giả thuyết của một quả bom nhiệt hạch tinh khiết

Xem thêm: Phản ứng tổng hợp quán tính
Với sự chồng chéo đáng kể giữa hai thiết bị, hiệu ứng bức xạ kịp thời của vũ khí nhiệt hạch tinh khiết sẽ cao hơn nhiều so với thiết bị phân hạch thuần túy: xấp xỉ gấp đôi sản lượng bức xạ ban đầu của vũ khí phân hạch tiêu chuẩn hiện tại. Tương tự như tất cả các quả bom neutron hiện phải lấy được một tỷ lệ nhỏ năng lượng kích hoạt từ quá trình phân hạch, trong bất kỳ sản lượng nào, một quả bom nhiệt hạch tinh khiết 100% cũng sẽ tạo ra một vụ nổ khí quyển nhỏ hơn so với tinh khiếtbom nổ. Thiết bị phân hạch thứ hai có tỷ lệ động năng cao hơn trên mỗi đơn vị năng lượng phản ứng được giải phóng, đáng chú ý nhất khi so sánh với phản ứng tổng hợp DT. Phần trăm năng lượng lớn hơn từ phản ứng tổng hợp DT, vốn đã được đưa vào thế hệ neutron không tích điện trái ngược với các hạt tích điện, như hạt alpha của phản ứng DT, loài chính, chịu trách nhiệm cao nhất cho vụ nổ / quả cầu lửa coulomb.