Слойка · 1948–1955 (개념 및 시험)

슬로이카

Sloika

안드레이 사하로프가 1948년 가을에 고안한 소련 최초의 열핵무기 설계 개념이다. 핵분열 물질(우라늄-238)과 핵융합 연료(중수소화 리튬-6)를 교대로 층층이 쌓아 구형으로 배치한 단일단 폭탄으로, 러시아어로 '겹케이크'를 뜻한다. 진정한 2단계 수소폭탄(텔러-울람 설계)과 달리 핵융합 반응은 주로 핵분열을 증폭시키는 역할에 그쳐 메가톤급으로 확장할 수 없는 근본적 한계를 지녔다.

상세

물리적 원리

슬로이카는 구형 대칭 구조로, 중심에 우라늄-235 또는 플루토늄으로 된 핵분열 '점화기'(약 50kt급)를 두고, 그 주위를 중수소화-삼중수소화 리튬-6(Li6DT) 층과 천연 우라늄(U-238) 층이 교대로 감싼다. 바깥쪽의 재래식 고성능 폭약이 전체 구를 안쪽으로 균일하게 압축(내파)하면, 중심부 핵분열 반응이 먼저 일어나고, 이때 발생한 고온과 중성자 플럭스가 인접한 핵융합 층을 점화한다. 우라늄 층은 밀도가 높아(폭약 대비 약 12배) 핵융합 연료의 팽창을 늦추고 농도와 온도를 높이는 이중 역할을 수행하며, DT 반응에서 생성된 14MeV 고속 중성자는 다시 우라늄-238을 핵분열시켜 전체 위력을 증대시킨다. 사하로프의 동료들은 이 우라늄 층의 압력 증폭 효과를 '사하리자치야(сахаризация)'라고 불렀다.

개발 경과

사하로프는 1948년 9~10월경 첫 소련 원자폭탄 RDS-1의 설계를 접한 직후 이 구상을 독자적으로 떠올렸다. 1949년 3월 비탈리 긴즈부르크는 액체 중수소 대신 중수소화 리튬-6을 사용할 것을 제안했고('제2의 아이디어'), 이는 핵융합 효율을 크게 높였다. 설계는 RDS-6s라는 암호명으로 개발되었으며, 1953년 8월 12일 세미팔라틴스크 실험장에서 시험되어 400킬로톤의 위력을 기록했다(미국 코드명 Joe-4). 이 중 약 15~20%만이 핵융합에서, 나머지는 핵분열에서 발생했다.

한계와 의의

슬로이카는 항공기 탑재가 가능한 실전용 무기였지만, 삼중수소 1,200g이 필요해 생산 단가가 극도로 높았고 저장 수명도 약 6개월에 불과했다. 결정적으로 단일단 내파 방식으로는 메가톤급 위력을 달성할 수 없었다. 소련은 이후 삼중수소를 배제한 RDS-27(1955년, 250kt), 그리고 진정한 2단계 열핵무기인 RDS-37(1955년 11월, 1.6Mt)로 이행했다. 그럼에도 슬로이카는 소련이 방사선 내파 원리를 이해하고 2단계 설계로 도약하는 데 결정적인 실험적 디딤돌이었다.

관련 인물

안드레이 사하로프 비탈리 긴즈부르크

관련 역사 사건

출처

  1. 위키백과 (러시아어) Russian Wikipedia: details on the Sloika design, alternating layers, Sakharov's 1948 conception, Ginzburg's lithium deuteride proposal, 400 kt yield, and the fundamental scaling limitation
  2. 위키백과 (영문) English Wikipedia: description of the Sloika as alternating layers of fission and fusion fuel, its test on 12 August 1953, comparisons to Teller's Alarm Clock and Ivy Mike, and legacy
  3. physicstoday.aip.org Physics Today (April 2017) by Alex Wellerstein and Edward Geist: detailed analysis of the Sloika's physical geometry, the fission/fusion ratio (~80/20), yield-to-weight ratio, and its role as a stepping stone to the two-stage design
  4. atomicarchive.com Atomic Archive: confirms Sakharov's independent conception in October 1948, the alternating uranium-deuterium layer principle, and Ginzburg's 1949 lithium-6 deuteride proposal
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