Tamper (nuclear weapon)
एक छेड़छाड़ विखंडनीय सामग्री के आसपास घनी सामग्री की एक वैकल्पिक परत है। इसका उपयोग परमाणु हथियार के महत्वपूर्ण द्रव्यमान को कम करने और इसकी जड़ता के माध्यम से प्रतिक्रिया करने वाली सामग्री के विस्तार में देरी करने के लिए परमाणु हथियार डिजाइन में किया जाता है। इसकी जड़ता के कारण यह विखंडन ईंधन द्रव्यमान के तापीय विस्तार में देरी करता है, जिससे यह लंबे समय तक अति महत्वपूर्ण रहता है। अक्सर एक ही परत छेड़छाड़ और न्यूट्रॉन परावर्तक दोनों के रूप में कार्य करती है। जैसे-जैसे प्रतिक्रिया आगे बढ़ती है हथियार विघटित हो जाता है और यह प्रतिक्रिया को रोक देता है, इसलिए एक छेड़छाड़ का उपयोग लंबे समय तक चलने वाले, अधिक ऊर्जावान और अधिक कुशल विस्फोट के लिए बनाता है। विखंडनीय छेड़छाड़ का उपयोग करके उपज को और बढ़ाया जा सकता है। पहले परमाणु हथियारों में भारी प्राकृतिक यूरेनियम या टंगस्टन कार्बाइड टैम्पर्स का उपयोग किया गया था, लेकिन एक भारी छेड़छाड़ के लिए एक बड़ी उच्च-विस्फोटक विस्फोट प्रणाली की आवश्यकता होती है, और पूरे उपकरण को बड़ा और भारी बनाता है। एक आधुनिक थर्मोन्यूक्लियर हथियार का प्राथमिक चरण इसके बजाय एक हल्के बेरिलियम परावर्तक का उपयोग कर सकता है, जो आयनित होने पर एक्स-रे के लिए भी पारदर्शी होता है, जिससे प्राथमिक के ऊर्जा उत्पादन को माध्यमिक चरण को संपीड़ित करने में उपयोग करने के लिए जल्दी से बचने की अनुमति मिलती है। सोना जैसी अधिक विदेशी छेड़छाड़ सामग्री का उपयोग विशेष उद्देश्यों के लिए किया जाता है जैसे कि बड़ी मात्रा में एक्स-रे का उत्सर्जन या रेडियोधर्मी गिरावट को अधिकतम या कम करना। जबकि एक छेड़छाड़ का प्रभाव दक्षता में वृद्धि करना है, दोनों न्यूट्रॉन को प्रतिबिंबित करके और बम के विस्तार में देरी करके, महत्वपूर्ण द्रव्यमान पर प्रभाव उतना बड़ा नहीं है। इसका कारण यह है कि प्रतिबिंब की प्रक्रिया में समय लगता है। जब तक परावर्तित न्यूट्रॉन कोर में लौटते हैं, तब तक श्रृंखला प्रतिक्रिया की कई पीढ़ियाँ बीत चुकी होती हैं, जिसका अर्थ है कि पुरानी पीढ़ी का योगदान न्यूट्रॉन आबादी का एक छोटा सा अंश है। सैन्य उद्देश्यों के लिए परमाणु ऊर्जा में कार्य (1945), भौतिक विज्ञानी हेनरी डेवोल्फ स्मिथ ने परमाणु हथियार के डिजाइन में छेड़छाड़ के कार्य को परमाणु रिएक्टर में उपयोग किए जाने वाले न्यूट्रॉन परावर्तक के समान वर्णित कियाः इतिहास एक परमाणु हथियार के मूल को छेड़छाड़ के साथ घेरने की अवधारणा को रॉबर्ट सर्बर ने अपने लॉस एलामोस प्राइमर में पेश किया था, जो मैनहट्टन परियोजना के हिस्से के रूप में अप्रैल 1943 में दिए गए व्याख्यानों की एक श्रृंखला थी, जिसने पहले परमाणु हथियारों का निर्माण किया था। उन्होंने कहा कि चूंकि जड़ता कुंजी थी, इसलिए सबसे घनी सामग्री बेहतर थी, और सोने, रीनियम, टंगस्टन और यूरेनियम को सबसे अच्छे उम्मीदवारों के रूप में पहचाना। उनका मानना था कि उनमें अच्छे न्यूट्रॉन-परावर्तक गुण भी हैं, हालांकि उन्होंने आगाह किया कि इस क्षेत्र में बहुत अधिक काम करने की आवश्यकता है। प्राथमिक प्रसार सिद्धांत का उपयोग करते हुए, उन्होंने भविष्यवाणी की कि एक छेड़छाड़ के साथ एक परमाणु हथियार का महत्वपूर्ण द्रव्यमान एक समान लेकिन अप्रचलित हथियार का आठवां हिस्सा होगा। उन्होंने कहा कि व्यवहार में यह आठवें के बजाय केवल एक चौथाई होगा। सर्बर ने नोट किया कि न्यूट्रॉन परावर्तन गुण उतना अच्छा नहीं था जितना पहले लग सकता है, क्योंकि छेड़छाड़ में टकराव से लौटने वाले न्यूट्रॉन को ऐसा करने में समय लगेगा। उन्होंने अनुमान लगाया कि एक यूरेनियम छेड़छाड़ के लिए उन्हें लगभग 10−7 सेकंड लग सकते हैं। जब तक परावर्तित न्यूट्रॉन कोर में लौटते हैं, तब तक श्रृंखला प्रतिक्रिया की कई पीढ़ियाँ बीत चुकी होती हैं, जिसका अर्थ है कि पुरानी पीढ़ी का योगदान न्यूट्रॉन आबादी का एक छोटा सा अंश है। टकराव से लौटने वाले न्यूट्रॉन भी धीमे हो जाएंगे। इसके बाद यूरेनियम की तुलना में सोने से छेड़छाड़ के साथ समान ऊर्जा रिलीज प्राप्त करने के लिए 15 प्रतिशत अधिक विखंडनीय सामग्री की आवश्यकता थी, इस तथ्य के बावजूद कि महत्वपूर्ण द्रव्यमान 50 प्रतिशत से भिन्न थे। उस समय, यूरेनियम (और विशेष रूप से प्लूटोनियम) के महत्वपूर्ण द्रव्यमान के बारे में सटीक रूप से पता नहीं था। यह सोचा गया था कि यूरेनियम छेड़छाड़ के साथ यूरेनियम लगभग 25 किलोग्राम हो सकता है, जबकि प्लूटोनियम का लगभग 5 किलोग्राम होगा। हिरोशिमा पर परमाणु बमबारी में इस्तेमाल किए गए लिटिल बॉय यूरेनियम बम में टंगस्टन कार्बाइड (डब्ल्यू. सी.) छेड़छाड़ थी। यह न केवल न्यूट्रॉन परावर्तन के लिए महत्वपूर्ण था, बल्कि प्रक्षेप्य को लक्ष्य के माध्यम से उड़ने से रोकने में इसकी ताकत के लिए भी महत्वपूर्ण था। छेड़छाड़ की त्रिज्या और मोटाई थी, के द्रव्यमान के लिए। यह उपयोग की जाने वाली विखंडनीय सामग्री के द्रव्यमान का लगभग साढ़े तीन गुना था। टंगस्टन कार्बाइड में उच्च घनत्व और कम न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस-सेक्शन होता है। मैनहट्टन परियोजना के लिए मात्रा में उपलब्ध होने के बावजूद क्षीण यूरेनियम का उपयोग नहीं होने का कारण यह है कि इसमें अभी भी लगभग 675 प्रति किलोग्राम प्रति सेकंड की सहज विखंडन की अपेक्षाकृत उच्च दर है। इसलिए 300 किलोग्राम क्षीण यूरेनियम छेड़छाड़ के लिए पूर्व विस्फोट शुरू करने का एक अस्वीकार्य मौका होगा। टंगस्टन कार्बाइड का उपयोग आमतौर पर यूरेनियम-233 बंदूक-प्रकार के परमाणु हथियारों में किया जाता था, जिसका उपयोग इसी कारण से तोपखाने के टुकड़ों के साथ किया जाता था। उपज बढ़ाने के लिए विखंडनीय छेड़छाड़ का उपयोग करने के फायदे हैं। यूरेनियम-238 एक न्यूट्रॉन द्वारा टकराने पर विखंडित हो जाएगा, और यूरेनियम-235 के विखंडन से उत्पादित लगभग आधे न्यूट्रॉन इस सीमा को पार कर जाएंगे। हालांकि, यूरेनियम-238 नाभिक पर प्रहार करने वाले एक तेज न्यूट्रॉन के विखंडन उत्पन्न करने की तुलना में आठ गुना अधिक अस्थिर रूप से बिखरे होने की संभावना होती है, और जब ऐसा होता है, तो यह यूरेनियम-238 के विखंडन सीमा से नीचे के बिंदु तक धीमा हो जाता है। ट्रिनिटी परीक्षण और नागासाकी में उपयोग किए जाने वाले फैट मैन प्रकार में, छेड़छाड़ में प्राकृतिक यूरेनियम और एल्यूमीनियम के गोले शामिल थे। यह अनुमान लगाया गया है कि उपज का 30 प्रतिशत तक प्राकृतिक यूरेनियम के विखंडन से आया है। इसमें से, अनुमान लगाया गया कि उपज का योगदान छेड़छाड़ के फोटोफिशन द्वारा किया गया था। एक उन्नत विखंडन हथियार या एक थर्मोन्यूक्लियर हथियार में, ड्यूटेरियम-ट्रिटियम प्रतिक्रिया द्वारा उत्पादित न्यूट्रॉन ड्यूटेरियम के साथ तीन टक्करों के बाद भी विखंडन यूरेनियम-238 के लिए पर्याप्त रूप से ऊर्जावान रह सकते हैं, लेकिन ड्यूटेरियम-ड्यूटेरियम संलयन द्वारा उत्पादित न्यूट्रॉन में अब एक भी टक्कर के बाद पर्याप्त ऊर्जा नहीं होती है। एक यूरेनियम-235 छेड़छाड़ धीमी न्यूट्रॉन के साथ भी विखंडित होगी। इसलिए एक अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम छेड़छाड़ एक क्षीण यूरेनियम की तुलना में अधिक कुशल है, और उसी उपज को प्राप्त करने के लिए एक छोटे से छेड़छाड़ का उपयोग किया जा सकता है। इसलिए समृद्ध यूरेनियम टैम्पर का उपयोग अधिक आम हो गया जब समृद्ध यूरेनियम अधिक प्रचुर मात्रा में हो गया। थोरियम का उपयोग विखंडनीय छेड़छाड़ के रूप में भी किया जा सकता है। इसका परमाणु वजन लगभग यूरेनियम जितना अधिक है और विखंडन की प्रवृत्ति कम है, जिसका अर्थ है कि छेड़छाड़ बहुत मोटी होनी चाहिए। द्वितीय विश्व युद्ध के बाद एक महत्वपूर्ण विकास हल्का बेरिलियम छेड़छाड़ था। एक बूस्ट किए गए उपकरण में थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं न्यूट्रॉन के उत्पादन को बहुत बढ़ाती हैं, जिससे टैम्पर्स का जड़त्वीय गुण कम महत्वपूर्ण हो जाता है। बेरिलियम में एक कम धीमा न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस सेक्शन होता है, लेकिन एक बहुत अधिक प्रकीर्णन क्रॉस सेक्शन होता है। विखंडन प्रतिक्रियाओं द्वारा उत्पादित उच्च ऊर्जा न्यूट्रॉन द्वारा प्रभावित होने पर, बेरिलियम न्यूट्रॉन का उत्सर्जन करता है। बेरिलियम परावर्तक के साथ, अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम का महत्वपूर्ण द्रव्यमान 14.1 किलोग्राम होता है, जबकि एक अप्रचलित गोले में 52.5 किलोग्राम होता है। बेरिलियम छेड़छाड़ एक्स-रे के नुकसान को भी कम करती है, जो एक थर्मोन्यूक्लियर प्राइमरी के लिए महत्वपूर्ण है, जो माध्यमिक चरण को संपीड़ित करने के लिए अपने एक्स-रे का उपयोग करता है। मैनहट्टन परियोजना द्वारा बेरिलियम छेड़छाड़ पर विचार किया गया था, लेकिन बेरिलियम की आपूर्ति कम थी, और बेरिलियम छेड़छाड़ के साथ प्रयोग युद्ध के बाद तक शुरू नहीं हुए थे। भौतिक विज्ञानी लुई स्लोटिन की मई 1946 में एक गंभीर दुर्घटना में मृत्यु हो गई थी। 5 जून 1952 को ऑपरेशन टम्बलर-स्नैपर हाउ शॉट में बेरिलियम छेड़छाड़ वाले एक उपकरण का सफलतापूर्वक परीक्षण किया गया था, और तब से बेरिलियम का व्यापक रूप से थर्मोन्यूक्लियर प्राइमरी में छेड़छाड़ के रूप में उपयोग किया जा रहा है। थर्मोन्यूक्लियर उपकरणों में, द्वितीयक का छेड़छाड़ (या "पुशर") न केवल न्यूट्रॉन को प्रतिबिंबित करने के लिए कार्य करता है, संलयन ईंधन को अपने जड़त्वीय द्रव्यमान के साथ सीमित करता है, और थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं से उत्सर्जित न्यूट्रॉन द्वारा उत्पादित अपने विखंडन के साथ उपज को बढ़ाता है, यह विकिरण विस्फोट को चलाने और थर्मल ऊर्जा के नुकसान को रोकने में भी मदद करता है। इस कारण से, भारी छेड़छाड़ को अभी भी प्राथमिकता दी जाती है। वैकल्पिक सामग्री थोरियम का उपयोग विखंडनीय छेड़छाड़ के रूप में भी किया जा सकता है। इसका परमाणु वजन लगभग यूरेनियम जितना अधिक है और विखंडन की प्रवृत्ति कम है, जिसका अर्थ है कि छेड़छाड़ बहुत मोटी होनी चाहिए। यह भी संभव है कि परमाणु हथियार क्षमता विकसित करने की इच्छा रखने वाला राज्य प्राकृतिक यूरेनियम छेड़छाड़ में रिएक्टर ग्रेड प्लूटोनियम जोड़ सकता है। यह प्लूटोनियम से न्यूट्रॉन उत्सर्जन के साथ समस्याएं पैदा करेगा, लेकिन बोरॉन-10 की एक परत के साथ इसे दूर करना संभव हो सकता है, जिसमें धीमी न्यूट्रॉन के अवशोषण के लिए एक उच्च न्यूट्रॉन क्रॉस-सेक्शन होता है जो यूरेनियम-235 और प्लूटोनियम-239 को विखंडित करता है, लेकिन यूरेनियम-238 को विखंडित करने वाले तेज न्यूट्रॉन के अवशोषण के लिए एक कम क्रॉस-सेक्शन होता है। इसका उपयोग थर्मोन्यूक्लियर हथियारों में प्लूटोनियम स्पार्कप्लग को यूरेनियम-238 छेड़छाड़ द्वारा उत्सर्जित आवारा न्यूट्रॉन से बचाने के लिए किया गया था। फैट मैन प्रकार में प्राकृतिक यूरेनियम छेड़छाड़ को बोरॉन के साथ लेपित किया गया था। गैर-विखंडनीय पदार्थों का उपयोग टेम्पर्स के रूप में भी किया जा सकता है। कभी-कभी इन्हें परमाणु परीक्षणों में विखंडनीय के लिए प्रतिस्थापित किया जाता था, जहां उच्च उपज अनावश्यक थी। सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली गैर-विखंडनीय छेड़छाड़ सामग्री सीसा है, जो व्यापक रूप से उपलब्ध और सस्ती दोनों है। ब्रिटिश डिजाइनों में अक्सर सीसा-बिस्मथ मिश्र धातु का उपयोग किया जाता था। बिस्मथ में किसी भी गैर-विखंडनीय छेड़छाड़ सामग्री की सबसे अधिक परमाणु संख्या है। सीसा और बिस्मथ का उपयोग रेडियोधर्मी गिरावट को कम करता है, क्योंकि दोनों में से कोई भी आइसोटोप का उत्पादन नहीं करता है जो न्यूट्रॉन के साथ विकिरणित होने पर महत्वपूर्ण मात्रा में गामा विकिरण का उत्सर्जन करता है। एल. आई. एम.-49 स्पार्टन एंटी-बैलिस्टिक मिसाइल में उपयोग किए जाने वाले डब्ल्यू71 वारहेड में एक्स-रे के उत्पादन को अधिकतम करने के लिए इसके सेकेंडरी के चारों ओर सोने की छेड़छाड़ की गई थी, जिसका उपयोग यह आने वाले परमाणु वारहेड को अक्षम करने के लिए करता था। गोल्ड-197 का विकिरण गोल्ड-198 का उत्पादन करता है, जिसका आधा जीवन 2.697 दिनों का होता है और यह गामा किरणों और बीटा कणों का उत्सर्जन करता है। इसलिए यह अल्पकालिक लेकिन तीव्र विकिरण का उत्पादन करता है, जिसका युद्ध के मैदान में उपयोग हो सकता है, हालांकि डब्ल्यू71 में इसका उद्देश्य यह नहीं था। इस तरह के उद्देश्य के लिए अमेरिका द्वारा मूल्यांकन किया गया एक अन्य तत्व टैंटलम था। प्राकृतिक टैंटलम लगभग पूरी तरह से टैंटलम-181 है, जो न्यूट्रॉन के साथ विकिरणित होने पर टैंटलम-182 बन जाता है, जो 115 दिनों के आधे जीवन के साथ एक बीटा और गामा किरण उत्सर्जक है। एक वैकल्पिक सामग्री के उपयोग के लिए एक प्रसिद्ध अवधारणा कोबाल्ट बम है। कोबाल्ट एक छेड़छाड़ के लिए खराब संभावना है क्योंकि यह अपेक्षाकृत हल्का है, और आयनीकरण करता है, लेकिन प्राकृतिक कोबाल्ट पूरी तरह से कोबाल्ट-59 है, जो न्यूट्रॉन के साथ विकिरणित होने पर कोबाल्ट-60 बन जाता है। 56 वर्षों के अर्ध-जीवन के साथ, यह लंबे समय तक चलने वाले रेडियोधर्मी संदूषण का उत्पादन कर सकता है। मारालिंगा में ब्रिटिश टाडजे परमाणु परीक्षण ने उपज निर्धारित करने के लिए "ट्रेसर" के रूप में कोबाल्ट छर्रों का उपयोग किया। इसने अफवाहों को हवा दी कि ब्रिटेन एक कोबाल्ट बम विकसित कर रहा था। भौतिकी एक बम कोर के भीतर न्यूट्रॉन की संख्या के लिए प्रसार समीकरण इस प्रकार दिया गया हैः जहां न्यूट्रॉन की संख्या घनत्व है, औसत न्यूट्रॉन वेग है, प्रति विखंडन में उत्पादित माध्यमिक न्यूट्रॉन की संख्या है, विखंडन माध्य मुक्त मार्ग है और कोर में न्यूट्रॉन के लिए परिवहन माध्य मुक्त मार्ग है। यह दिशा पर निर्भर नहीं करता है, इसलिए हम लाप्लास प्रचालक के इस रूप का उपयोग गोलाकार निर्देशांक में कर सकते हैंः पृथक्कृत आंशिक विभेदक समीकरण को हल करने से हमें पता चलता हैः जहां और छेड़छाड़ के लिए, न्यूट्रॉन के उत्पादन से संबंधित पहले समीकरण में पहले पद की उपेक्षा की जा सकती है, छोड़ते हुएः पृथक्करण स्थिरांक को इस रूप में सेट करें। यदि (जिसका अर्थ है कि छेड़छाड़ में न्यूट्रॉन घनत्व स्थिर है) समाधान बन जाता हैः कहाँ और एकीकरण के स्थिरांक हैं। यदि (जिसका अर्थ है कि छेड़छाड़ में न्यूट्रॉन घनत्व बढ़ रहा है) समाधान बन जाता हैः जहां सर्बर ने नोट किया कि कोर और छेड़छाड़ के बीच की सीमा पर, न्यूट्रॉन की प्रसार धारा निरंतर होनी चाहिए, इसलिए यदि कोर में त्रिज्या है तोः यदि कोर में न्यूट्रॉन वेग और छेड़छाड़ समान है, तो औरः अन्यथा प्रत्येक पक्ष को प्रासंगिक न्यूट्रॉन वेग से गुणा करना होगा। इसके अलावाः उस मामले के लिए जहांः यदि छेड़छाड़ वास्तव में मोटी है, यानी इसका अनुमान इस प्रकार लगाया जा सकता हैः यदि छेड़छाड़ (अवास्तविक रूप से) एक निर्वात है, तो न्यूट्रॉन प्रकीर्णन क्रॉस सेक्शन शून्य और शून्य होगा। समीकरण बन जाता हैः जो इस प्रकार संतुष्ट होता हैः यदि छेड़छाड़ बहुत मोटी है और इसमें कोर के समान न्यूट्रॉन प्रकीर्णन गुण हैं, अर्थातः तब समीकरण बन जाता हैः जो तब संतुष्ट होता है जबः इस मामले में, महत्वपूर्ण त्रिज्या दोगुनी होती है अगर कोई छेड़छाड़ मौजूद नहीं होती। चूँकि आयतन त्रिज्या के घन के समानुपाती है, हम सर्बर के निष्कर्ष पर पहुँचते हैं कि महत्वपूर्ण द्रव्यमान में आठ गुना कमी सैद्धांतिक रूप से संभव है। टिप्पणियाँ संदर्भ परमाणु हथियार डिजाइन