Budowa
Wysokościomierz[1]
W zwykłym wysokościomierzu lotniczym stosuje się aneroid barometryczny, który
mierzy zmiany od wysokości ciśnienia. Jednakże wpływ pogody na ciśnienie zwiększa
błąd odczytu wysokości. Do wyznaczania pozomu zerowego bomby wygodniejszy w użyciu
jest wysokościomierz radarowy lub radiowy.
Wysokościomierz z falą ciągłą o modulowanej częstotliwości (FM CW) jest bardziej
skomplikowany, znacznie jednak przewyższa inne rodzaje wysokościomierzy. Jak w
zwykłych systemach inmpulsowych, sygnały emitowane przez antenę radarową bomby
po odbiciu się od ziemi zostają odebrane przez wysokościomierz. Systemy impulsowe
są stosowane w bardziej zaawansowanych wysokościomierzach, tylko sygnał jest ciągły
o wysokiej częstotliwości około 4200 MHz. Częstotliwość ta jest stopniowo zwiększana
co 200 MHz , po czym spada do wielkości początkowej. Gdy bomba zaczyna się obniżać
nadajnik wysokościomierza nadajnik wysokościomierza wysyła impuls zaczynając od
częstotliwości około 4200 MHz. W momencie powrotu odbitego impulsu nadajnik wysokościomierza
nadaje już na wyższej częstotliwości. Różnica zależy od drogi przebytej przez
sygnał. Gdy te dwie częstotliwości zostaną elektronicznie "zmieszane"
pojawi się nowa częstotliwość, będąca ich różnicą. Zostaje ona zmierzona, jest
bowiem wprost proporcjonalna do drogi przebytej przez impuls jest miarą aktualnej
wysokości. W praktyce typowy obecnie radar dokonuje 120 pomiarów na sekundę. Jego
zasięg wynosi do 3000 m nad lądem i do 6000 m nad morzem, ponieważ odbicie od
powierzchni wody jest wyraźniejsze. Dokładność tych wysokościomierzy wynosi przy
większych wysokościach około 1,5 m. Za optymalną wysokość eksplozji bomb atomowych
często uważa się 600 m, więc błąd ten nie ma praktycznie żadnego znaczenia.
Duży koszt takich wysokościomierzy utrudnia ich użycie w zwykłych zastosowaniach,
jednak wobec stale malejących cen podzespołów elektronicznych niedługo będą konkurować
z barometrycznymi.
Detonator cisnieniowy[1]
Detonator czuły na ciśnienie powietrza może być mechanizmem bardzo skomplikowanym,
ale do celów praktycznych stosuję się najczęściej prostszy rodzaj. Ciśnienie powietrza
na dużych wysokościach jest niższe. W miarę zmniejszania się ciśnienie powietrza
wzrasta. Jako detonator ciśnieniowy może zostać bardzo cienki skrawek namagnesowanego
metalu. W środku tego paska musi zostać wprasowany wzgórek z bardzo cienkiego
metalu, a środek powinien być umieszczony bezpośrednio pod stykiem elektrycznym,
który wyzwoli eksplozję materiału wybuchowego klasycznego. Przed wmontowaniem
paska trzeba go wepchnąć tak, by się odwrócił. Gdy ciśnienie powietrza osiągnie
wymagany poziom, wzgórek przeskoczy na swoje początkowe położenie, zewrze styki
i zainicjuje wybuch.
Głowica detonacyjna[1]
Głowica detonacyjna (lub głowice), umieszczona w konwencjonalnym materiale wybuchowym
jest podobna do zwyczajnej spłonki. Służy po prostu jako katalizator głównego
wybuchu. Bardzo ważna jest kalibracja tego urządzenia. Za mała głowica detonacyjna
może stać się przyczyną kolosalnego niewypału, który może być podwójnie niebiezpieczny,
ktoś bowiem mógłby bombę rozbroić i wyposażyć w inną głowicę detonacyjną. Dodatkowym
zmartwieniem jest też świadomość, że ładunek konwencjonalny może wybuchnąć z siłą
zbyt małą do zespolenia materiału rozszczepialnego, co mogłoby utworzyć masę bliską
krytycznej, mogącą w każdej chwili eksplodować. Głowica detonacyjna otrzyma impuls
elektryczny z detonatora ciśnieniowego lub z wysokościomierza radarowego, zależnie
od użytego typu. Francuska firma Du Pont produkuje doskonałe spłonki, które dadzą
się łatwo modyfikować w zależności od potrzeb.
Konwencjonalne ładunki wybuchowe[1]
Ładunek ten jest potrzebny do wstrzelenia (i zespolenia) wewnątrz obudowy bomby
mniejszej części uranu z częścią większą. Ciśnienie potrzebne do tego nie jest
znane i prawdopodobnie uznane jest przez rząd Stanów Zjednoczonych jako tajne
ze względu na bezpieczeństwo narodowe. Do tego celu najlepiej nadaje się plastyczny
materiał wybuchowy, można bowiem go dowolnie kształtować, zależnie od potrzeby
do bomby uranowej lub plutonowej.
Reflektor neutronów[1]
Reflektor neutronów składa się z czystego U-238. Jest nie tylko nierozszczepialny,
ale ma właściwość zawracania neutronów z powrotem. Wykonany z U-238 reflektor
neutronów służy do dwóch celów. W bombie uranowej służy on jako dodatkowe zabezpieczenie
przed powstaniem masy nadkrytycznej z dwóch oddzielnych części U-235. W bombie
plutonowej reflektor zmniejsza straty neutronów w segmentach plutonu przez zawracanie
ich w stronę centralnej części urządzenia.
Uran i pluton[1]
Wydzielenie U-235 jest bardzo trudne. Z każdych 25.000 ton wydobytej rudy uzyskuje
się tylko 50 ton metalicznego uranu, z czego 99,3 % stanowi U-238, nie nadający
się do eksplozji jądrowych. Co gorsza, do separacji tych dwóch izotopów nie nadaje
się żadna chemiczna metoda ekstrakcji, ich właściwości chemiczne są bowiem identyczne.
W praktyce do rozdzielenia ich nadają się jedynie metody mechaniczne.
U-235 jest odrobinę lżejszy od U-238. Do ich wstępnej separacji jest stosowany
system dyfuzji gazowej. W tym systemie uran jest wiązany z fluorem, tworząc gazowy
sześciofluorek uranu. Gaz ten jest następnie za pomocą niskociśnieniowych pomp
przeciskany przez szereg niezmiernie subtelnych porowatych przepon. Atomy U-235
są lżejsze, więc ich migracja jest szybsza niż atomów U-238. W rezultacie po przejściu
przez każdą kolejną przeponę zawartość U-235 w gazie jest większa. Po sforsowaniu
wielu tysięcy przepon otrzymuje się stosunkowo dużą zawartość U-235, 2% dla paliwa
reaktorowego, a dalsza rafinacja mogłaby doprowadzić do zawartości 95 % nadającego
się w użytku do bomby atomowej. Dalsze wzbogacanie uranu odbywa się metodą separacji
magnetycznej. Polega ona na przepuszczeniu przez słaby elektromagnes naładowanego
gazowego czterochlorku uranu. Oddziaływanie magnetyczne jest słabsze na lżejsze
cząsteczki z U-235, więc są one stopniowo wydzielane z przepływającego strumienia
gazu. Po dwóch pierwszych stosuje się trzeci proces wzbogacania w wirówkach gazowych,
w których do separacji cząsteczek o różnej masie służy siła odśrodkowa.
Po zakończeniu separacji pozostaje tylko właściwe ukształtowanie segmentów uranu
i umieszczenie ich w głowicy w sposób umożliwiający zainicjowanie eksplozji jądrowej.
Krytyczna masa czystego U-235 wynosi 110 funtów - 50 kg.
Zależnie od użytych procesów wzbogacania U-235, rodzaju mechanizmów detonacyjnych
i wysokości, na której następuje wybuch, siła wybuchowa bomby atomowej może wynieść
od 1 KT ( kilotony TNT) do 20 MT (megaton TNT), mocy najmniejszych ze strategicznych
głowic, jakie obecnie istnieją. Jeden z atomowych okrętów podwodnych klasy Trident
jest wyposażony w siły niszczące odpowiadające 25 drugim wojnom światowym.
Uran jest idealnym materiałem rozszczepialnym, nie jest jednak jedynym. W bombie
atomowej można również użyć plutonu. Umieszczony przez dłuższy czas w reaktorze
jądrowym U-238 pochłania neutrony i stopniowo przekształca się w pluton. Pluton
jest rozszczepialny, choć nie tak łatwo ja U-235. Uran daje się zdetonować jak
proste urządzenie z dwóch wstrzeliwanych do siebien części, ale pluton, ułożony
w formie bardziej złożonej, 32-częściowej komory implozyjnej, trzeba detonować
silniejszym konwencjonalnym materiałem wybuchowym, o większej szybkości reagowania.
Zaś mechanizm detonujący ten materiał musi zapewniać równoczesność zapłonu wszystkich
jego fragmentów. Oprócz tej detonacji potrzebna jest jeszcze czysta mieszanina
polonu z berylem.
Krytyczna masa plutonu wynosi 16 kg. W przypadku otoczenia plutonu reflektorem
z U-238 masa ta wynosi 10 kg.
Detonator uranu[1]
Składa się z dwóch części. Większa ma kształt kulisty z wnęką. Kształt mniejszej
odpowiada kształtowi wnęki. Zdetonowanie ładunku konwencjonalnego powoduje gwałtownego
wbicie mniejszej masy w większa i ich zespolenie. Zostaje przekroczona masa krytyczna
i w ciągu jednej milionowej sekundy rozwija się reakcja łańcuchowa rozszczepiania.
Detonator plutonu[1]
Składa się z 32 oddzielnych segmentów, razem tworzących wydrążoną kulę, obejmująca
mieszaninę plonu z berylem. Kształty i masa wszystkich segmentów muszą być jednakowe.
Kształt detonatora przypomina piłkę. Detonacja materiału konwencjonalnego musi
doprowadzić do jednoczesnego scalenia wszystkich 32 sekcji z mieszaniną polonu
z berylem w przeciągu jednej dziesięciomilionowej części sekundy.
Osłona ołowiana[1]
Jedynym zadaniem osłony ołowianej jest ochrona mechanizmów bomby przed radioaktywnościa
ładunku. Gęstość strumienia neutronów ładunku wystarcza do wywoływania zwarć wewnętrznych
obwodów elektronicznych i spowodowania przedwczesnego przypadkowego wybuchu.