Chương 35 3 SHAKE

Đồng hồ gắn ngoài quả bom chỉ đến 5:00:00 và mọi chuyện bắt đầu xảy ra. Đầu tiên, tụ điện cao áp bắt đầu sạc, sau đó là kho chứa trtium ở cả hai đầu quả bom, các pháo hoa nhỏ bắt đầu bắn ra. Những pít-tông truyền động này bị đẩy lên, bơm khí tritium vào ống kim loại hẹp. Một ống kim loại dẫn đến tầng thứ nhất của quả bom (Primary) và ống kia dẫn đến tầng thứ hai (Secondary). Tại thời điểm này, tốc độ bị chậm lại để trộn các hợp chất lithium-deuteride với các nguyên tử tritium dễ kết hợp. Tất cả điều này chỉ xảy ra trong 10 giây. Tại thời điểm 5:00:10, đồng hồ phát ra tín hiệu thứ hai. Đếm ngược đã về 0 (Time Zero)

Tụ điện bắt đầu phóng điện, đẩy một xung điện qua dây dẫn vào mạng phân áp ở giữa. Chiều dài của sợi dây đầu tiên là 50 cm và phải mất 1 và 2/3 nano giây để đi qua. Xung điện đi vào mạng phân chia điện áp được điều khiển bởi một bộ công tắc nhỏ cực kỳ chính xác giúp kiểm soát thời gian phóng điện thông qua quá trình ion hóa tự động và krypton. Bằng cách sử dụng phương pháp nén xung để tạo ra cường độ dòng điện, mạng phân chia chia xung thành 70 dây khác nhau, mỗi dây có chiều dài chính xác là 1m. Phải mất 3/10 shake các xung điển được chuyển tiếp hết khoảng cách này. Chiều dài các dây này phải được giữ chính xác như nhau vì tất cả bảy mươi mảnh thuốc nổ sẽ phát nổ cùng một lúc. Điều này rất dễ thực hiện nhờ các nút điều khiển công tắc nhỏ cực kỳ chính xác và sự đơn giản của việc cắt dây theo cùng chiều dài.

Xung lực đến ngòi nổ cùng lúc. Mỗi khối thuốc nổ có ba ngòi nổ riêng biệt, không ngòi nào bị hỏng. Kíp nổ là những sợi dây nhỏ để dòng điện đi vào có thể kích hoạt chúng một cách riêng lẻ. Xung được truyền tới điện tích và vụ nổ thực sự bắt đầu 4,4 nano giây sau tín hiệu hẹn giờ. Kết quả không phải là một vụ nổ hướng ra ngoài mà là một vụ nổ đồng tâm trong đó lực nổ hội tụ vào bên trong.

Khối thuốc nổ cực mạnh thực chất là một mảnh cực kỳ tinh tế gồm hai thành phần khác nhau. Bột kim loại nhẹ và nặng được trộn vào từng mảnh. Các lớp bên ngoài của mỗi khối thuốc nổ phát nổ với tốc độ tương đối chậm, chỉ hơn 70m/giây. Sóng nổ phát ra từ ngòi nổ truyền nhanh đến mép điện tích. Do khối nổ được kích nổ từ ngoài vào trong nên mặt trước của sóng nổ cũng tiến từ ngoài vào trong, xuyên qua các khối. Giữa nổ nhanh và chậm có các bọt khí bong bóng – gọi là khoảng trống – bắt đầu thay đổi sóng xung kích từ dạng hình cầu sang dạng phẳng hoặc sóng ngang, được tập trung lại một lần nữa để khớp chính xác với mục tiêu kim loại của nó, được gọi là “drivers”/ bộ điều kiển

“Bộ điều khiển” của mỗi khối thuốc nổ là một mảnh hợp kim tungsten-rhenium được gia công cắt gọt cực kỳ cẩn thận. Tất cả chúng đều bị ảnh hưởng bởi sóng lực di chuyển với tốc độ hơn 9800m/ giây (6 dặm). Bên trong hợp kim tungsten-rhenium là lớp kim loại beryllium. Bên trong là uranium 235 dày 1mm. Mặc dù mỏng nhưng nó nặng gần bằng một lớp kim loại beryllium dày. Toàn bộ khối kim loại được đẩy qua chân không. Do vụ nổ đồng tâm, vận tốc đóng thực tế của các bộ phận khác nhau của quả bom là 18.600m/giây (tương đương 11,5 dặm)

Điểm trung tâm nơi chất nổ và đạn kim loại thẳng hàng là khối lượng 10kg (22 pound) chất phóng xạ plutonium 239. Nó có hình dạng giống như một tấm kính có lỗ mở ở trên và cong ra phía dưới, tạo thành hai bức tường kim loại song song. Plutonium, thường đậm đặc hơn chì, hiện bị nén thêm bởi áp suất hàng triệu bầu khí quyển của vụ nổ, tất cả đều diễn ra rất nhanh. Plutonium 239 cũng được trộn lẫn với một lượng nhỏ plutonium 240, thậm chí còn kém ổn định hơn và dễ bị bốc cháy trước. Các bức tường bên trong và bên ngoài song song được ép lại với nhau và lần lượt được đẩy về phía tâm hình học của vũ khí.

Chuyển động bên ngoài cuối cùng đến từ một thiết bị gọi là “zipper”/ dây kéo. Dây kéo, một máy gia tốc hạt cực nhỏ, bắt đầu chạy theo tín hiệu thứ ba của bộ hẹn giờ điện tử vẫn còn nguyên vẹn. Nó bắn các nguyên tử deuterium và mục tiêu beryllium tạo ra một dòng neutron di chuyển với tốc độ bằng 1/10 tốc độ ánh sáng, đi qua một ống kim loại vào trung tâm của chất phản ứng giai đoạn đầu (Primary) được gọi là Pit (Hố). Các neutron đến chính xác vào thời điểm plutonium đạt đến một nửa mật độ cao nhất của nó.

Thông thường, nguồn plutonium chỉ nặng gấp đôi so với chì có cùng kích thước, nhưng plutonium hiện đặc hơn gấp 10 lần và vẫn co lại vào bên trong với tốc độ nhanh hơn. Các neutron va chạm vào nhau tạo thành khối plutonium vẫn đang co lại.

Phân hạch. Nguyên tử plutonium có trọng lượng nguyên tử là 239, bằng tổng số neutron và proton trong hạt nhân nguyên tử. Điều xảy ra tiếp theo xảy ra đồng thời giữa hàng triệu nguyên tử, mỗi nguyên tử đều giống hệt nhau. Một neutron “chậm” xâm lấn tiếp cận hạt nhân plutonium, nó sẽ bị bắt giữ bởi lực hạt nhân mạnh (Strong Nuclear Force) giữ hạt nhân lại với nhau. Khi một neutron bị kéo vào trung tâm nguyên tử, nó sẽ làm thay đổi trạng thái năng lượng ban đầu của hạt nhân, khiến nó cực kỳ không ổn định. Hạt nhân nguyên tử từng cân bằng tốt bắt đầu quay tròn dữ dội và tách ra do sự hỗn loạn của lực hạt nhân. Trong hầu hết các trường hợp, neutron hoặc proton sẽ biến mất hoàn toàn và quá trình chuyển đổi năng lượng sẽ được thực hiện theo công thức E=MC2 của Einstein. Năng lượng do các hạt biến mất tạo ra được giải phóng dưới dạng tia gamma, hay tia X, hoặc một trong hơn 30 tia ít quan trọng khác. Cuối cùng, hạt nhân sẽ giải phóng thêm hai hoặc ba neutron. Đây là bươc quan trọng. Quá trình này ban đâu chỉ cần một neutron để bắt đầu giải phóng thêm hai hoặc ba neutron nữa, mỗi neutron di chuyển với tốc độ trên 1/10 tốc độ ánh sáng – 20.000 dặm/giây- xuyên qua không gian chiếm giữ bởi một khối plutonium đậm đặc gấp hai trăm lần nước. Hầu hết các hạt nguyên tử mới được giải phóng đều tìm mục tiêu để va chạm.

Cái gọi là phản ứng dây chuyền có nghĩa là quá trình tự duy trì, và năng lượng giải phóng đủ để tiếp tục quá trình đó mà không cần sự trợ giúp từ bên ngoài. Bước phân hạch các nguyên tử plutonium có thể gọi là các bước “nhân đôi”. Mỗi bước giải phóng gấp đôi năng lượng so với bước trước và mỗi bước tiếp theo lại tăng gấp đôi năng lượng. Lúc đầu, nó chỉ là một chút năng lượng nhỏ và một vài hạt tự do, sau đó nhân đôi và nhân đôi liên tục, và khoảng cách giữa mỗi bước chỉ là một nano giây. Tốc độ gia tăng này – tức là tốc độ gia tốc của phản ứng dây chuyền – được gọi là “Alpha”, biến số quan trọng nhất trong quá trình phân hạch. Alpha 1000 có nghĩa rằng số lần nhân đôi tại mỗi micro giây (1/1 triệu giây) là một con số khổng lồ. 2 mũ 1000 – số 2 nhân với chính nó một nghìn lần. Ở đỉnh điểm của quá trình phân hạch hạt nhân – giữa 250 và 253- quả bom có ​​thể tạo ra 100 10 tỷ tỷ watt năng lượng, tương đượng gấp 100.000 lần tổng công suất năng lượng toàn thế giới tạo ra. Fromm đã thiết kế quả bom này đạt mức năng lượng đó – mà đấy là nói mới đạt đến 1/10 tổng công suất thiết kế của vũ khí này. Giai đoạn thứ hai (Secondary) của quả bom không bị ảnh hưởng gì cả. Không có phần nào của quả bom bị các lực chỉ cách đó vài inch chạm tới. Nhưng quá trình phân hạch chỉ mới bắt đầu

Trong khi các nguyên tử plutonium vẫn bị ép bởi chất nổ, một số tia gamma di chuyển với tốc độ ánh sáng đã thoát ra khỏi vỏ bom. Ngay cả phản ứng hạt nhân cũng cần có thời gian. Các tia gamma khác đã chạm vào giai đoạn thứ hai (Secondary)của quả bom. Phần lớn các gamma quét qua một đám mây khí mà chỉ vài phần triệu giây trước đó là các khối chất nổ hóa học, khiến nhiệt độ tăng vọt đến mức mà không một hóa chất nào có thể gây ra. Những đám mây khí này được tạo thành từ các nguyên tử cực nhỏ như carbon và oxy, chúng phát ra một lượng lớn tia X “mềm” tần số thấp. Tại thời điểm này, thiết bị bom vẫn hoạt động chính xác theo thiết kế của Fromm và Ghosn. Quá trình phân hạch này diễn ra trong 7 nano giây – 0.7 shake- thì trục trặc xảy ra

Bức xạ từ plutonium phân hạch đốt cháy lithium-deuteride tẩm tritium nằm ở trung tâm hình học của Hố. Lý do Manfred Fromm để việc chiết xuất tritium sau cùng là do thói quen bảo thủ của các kỹ sư. Tritium là loại khí không ổn định với chu kỳ bán rã chỉ 12.3 năm, điều đó có nghĩa là một lượng tritium nguyên chất nhất định sẽ trở thành một nửa tritium và 1 nửa 3He (Heli) sau 12,3 năm, gọi là Helium-3. 3He là một dạng của nguyên tố nhẹ thứ hai, thiếu một neutron bổ sung trong hạt nhân của nó và do đó khao khát một nguyên tố khác. Nếu khí tritium được lọc qua một lớp palladium mỏng, 3He sẽ dễ dàng bị phân hủy, nhưng Ghosn không biết điều này. Kết quả là, hơn 1/5 lượng tritium đã bị hỏng. Không còn có nguyên liệu nào tệ hơn thế nữa

Một phản ứng phân hạch hạt nhân lân cận lao vào và đốt cháy hợp chất lithium. Lithium, thường có mật độ bằng một nửa muối, giờ đây bị ép thành trạng thái kim loại với mật độ vượt quá lõi Trái đất. Những gì bắt đầu xảy ra vào thời điểm này thực sự là một phản ứng tổng hợp hạt nhân. Mặc dù nhỏ nhưng nó giải phóng một số lượng lớn neutron mới, đồng thời chuyển đổi nhiều nguyên tử lithium thành nhiều nguyên tử tritium hơn. Các nguyên tử tritium tan rã – “fused”/ tan chảy- dưới áp lực cực lớn, giải phóng nhiều neutron hơn. Những neutron bổ sung này được cho là sẽ xâm nhập vào khối lượng plutonium, làm tăng alpha và ít nhất là tăng gấp đôi năng suất phân hạch không kích hoạt của vũ khí. Đây có thể là phương pháp đầu tiên để tăng sức mạnh của vũ khí hạt nhân thế hệ thứ hai. Nhưng sự xuất hiện của 3He đã làm gián đoạn phản ứng hạt nhân, khiến gần 1/4 số neutron năng lượng cao bị thu hút bởi các nguyên tử helium ổn định vô dụng

Trong vài nano giây tiếp theo, chuyện này không còn quan trọng nữa. Plutonium vẫn đang tăng tốc độ phản ứng của nó, vẫn nhân đôi, vẫn tăng alpha ở tốc độ chỉ có thể biểu thị bằng chỉ số dốc ngược trên biểu đồ. Năng lượng tràn vào phản ứng Thứ Câp (Secondary) như thủy triều. Ống hút được phủ kim loại phát sáng thành plasma, ép vào bên trong Thứ cấp. Một lượng lớn năng lượng bức xạ bị bốc hơi và phản xạ khỏi bề mặt hình elip, hướng nhiều năng lượng hơn nữa tới tổ hợp giai đoạn Thứ cấp được gọi là Holraum. Huyết tương từ ống hút bị vỡ tiếp tục được đốt cháy dồn vào bên trong nguồn chứa hợp chất lithium thứ hai. Ngay bên ngoài Hố Thứ Cấp/Thứ Hai (Secondary), cánh làm bằng uranium-238 cực kỳ đậm đặc cũng ngay lập tức biến thành khí plasma dày đặc, được ép vào bên trong qua chân không, sau đó va chạm và ép vào kho chứa lượng lithium-deuteride/tritium lớn nhất với lưới uranium 238 hình ống bao quanh bình khí tritium trung tâm. Lực tác động rất lớn và áp suất lên phần bị va chạm lớn hơn áp suất ở phần lõi của một ngôi sao bình thường. Nhưng vẫn chưa đủ

Phản ứng ở giai đoạn đầu tiên (Primary) của quả bom đã bắt đầu suy yếu. do sự có mặt của khí độc 3He, lực nổ của quả bom bắt đầu thổi bay khối phản ứng ngay khi các lực vật lý đạt đến trạng thái cân bằng. Mặc dù phản ứng dây chuyền ổn định trong chốc lát, nhưng cuối cùng nó không thể duy trì tốc độ tăng trưởng hình học, tác dụng nhân đôi của hai phản ứng dây chuyền cuối cùng thậm chí bị mất hoàn toàn, và tổng sản lượng ban đầu là 70.000 tấn TNT đã giảm một nửa, giảm một nửa lần nữa và trên thực tế kết thúc với tổng sản lượng 11.200 tấn thuốc nổ cực mạnh

Trong những điều kiện bị hạn chế về môi trường và nguyên liệu thô thì thiết kế của Fromm có thể coi là hoàn hảo. Có thể có một vũ khí tương đương có kích thước nhỏ hơn một phần tư, nhưng thông số kỹ thuật thiết kế của Fromm vượt xa những gì cần thiết cho sử dụng thực tế. Một yếu tố an toàn rất lớn trong ngân sách năng lượng cũng đã được lên kế hoạch. Ngay cả năng suất 30 kiloton cũng đủ để đốt cháy “sparkplug”/ đánh lửa tại giai đoạn Thứ Cấp (Secondary) và bất đầu “đốt cháy” phản ứng phân hạch khổng lồ, nhưng năng suất 30 K-T này không đạt được. Về mặt kỹ thuật, quả bom này có thể được coi là một “quả bom xịt”, nhưng xét cho cùng, đây vẫn là một quả bom tương đương 11.200 tấn TNT. Điều đó có thể được biểu thị ngang với 1 quả bom hình lập phương với chiều dài, rộng, cao = 75 feet. Chất nổ phải cần tới gần bốn trăm xe tải, hoặc một con tàu cỡ trung bình để chất lên—và chất nổ thông thường không bao giờ có thể kích nổ bất cứ thứ gì với hiệu ứng khủng khiếp như vậy. Trên thực tế, đơn giản là không thể chế tạo được một quả bom có ​​cường độ như vậy bằng chất nổ thông thường. Tuy nhiên, dù thế, nó vẫn là một quả bom xịt

Cho đến thời điểm này, không có tác động vật lý nào có thể được phát hiện bên ngoài vỏ quả bom chứ đừng nói đến chiếc xe tải. Phần lớn lớp vỏ thép này vẫn còn nguyên vẹn, mặc dù điều đó sắp thay đổi ngay lập tức. Tia gamma đã thoát ra ngoài, cũng như tia X, nhưng chúng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường. Ánh sáng khả kiến (ánh sáng có thể nhìn thấy được) ​​vẫn chưa bắn ra khỏi từ đám mây plasma chỉ 3 shake trước một quả bom được chế tạo công phu nặng hơn 1.000 pound….tuy nhiên, chuyện xảy ra sắp bắt đầu. Tất cả những gì còn lại bây giờ là sự phân phối năng lượng được giải phóng theo quy luật tự nhiên, không biết cũng như không quan tâm những kẻ thao túng chúng có ý định gì.

...

(Ghi chú: Shake được xem là 1 đơn vị thời gian không chính thống, được đưa ra bởi các nhà khoa học thuộc Dự Án Manhattan ( một dự án nghiên cứu và phát triển bom nguyên tử đầu tiên trong Thế chiến II của Hoa Kỳ). 1 shake = 10 nano giây)

(Cái chương này dịch khó quá. Mất cả ngày mới diễn giải xong J )