핵무기 설계

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1. 개요

핵무기 설계는 핵분열과 핵융합의 원리를 기반으로 하며, 핵분열은 무거운 원자를 쪼개 에너지를 얻고, 핵융합은 가벼운 원자를 합쳐 에너지를 방출하는 반응이다. 핵무기 설계는 임계 질량을 달성하는 방식에 따라 포신형과 내폭형으로 나뉘며, 포신형은 우라늄-235를 사용하고 구조가 단순하지만 플루토늄-239에는 적합하지 않다. 내폭형은 플루토늄-239를 사용하며 효율이 높지만, 폭발 렌즈, 탬퍼, 중성자 방아쇠 등 복잡한 기술이 필요하다. 핵융합을 이용하는 핵무기는 핵분열보다 더 큰 에너지를 얻을 수 있으며, 핵융합 부스팅 기술을 통해 핵분열 무기의 효율을 높일 수 있다. 열핵무기는 핵분열 폭탄을 사용하여 핵융합 연료를 점화하는 방식으로, 텔러-울람 설계를 기반으로 한다. 핵무기 안전과 관리를 위해 다양한 안전 장치가 사용되며, 미국은 비축 핵무기 관리 계획을 통해 안전성을 검증하고 있다. 핵무기 설계는 로스앨러모스 국립 연구소, 로렌스 리버모어 국립 연구소, 로렌스 버클리 국립 연구소 등에서 이루어졌다.

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핵무기 설계
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2. 핵반응

핵분열은 무거운 원자를 분리하거나 분열시켜 가벼운 원자를 형성하며, 핵융합은 가벼운 원자를 결합하여 무거운 원자를 형성한다. 두 반응 모두 비슷한 화학 반응보다 약 백만 배 더 많은 에너지를 생성하여, 핵폭탄을 비핵폭탄보다 백만 배 더 강력하게 만든다.^[4]

핵분열과 핵융합은 상반되고 상호 보완적인 반응이지만, 세부 사항은 각각 고유하다. 핵무기가 어떻게 설계되는지 이해하려면 핵분열과 핵융합의 중요한 유사점과 차이점을 아는 것이 유용하다.^[5]

2. 1. 핵분열

핵분열시의 핵 연쇄 반응은 핵분열성 물질의 크기, 모양, 순도, 주변 물질에 따라 달라진다. 핵분열성 물질의 질량이 연쇄 반응을 지속할 수 있을 정도가 되면, 이를 임계 질량이라고 한다.^[6]

자유 중성자가 우라늄-235(²³⁵U)와 같은 핵분열성 원자의 원자핵에 충돌하면, 우라늄 원자핵은 핵분열 조각이라고 불리는 두 개의 더 작은 원자핵과 더 많은 중성자로 분열한다. ²³⁵U의 경우, 핵분열당 평균 2.5개 미만의 중성자가 생성된다. 임계 질량 이상의 연료에서 핵분열 연쇄 반응은 임계 집합체에서 빠져나가는 중성자의 손실을 상쇄할 만큼 충분한 과잉 중성자를 생성하기 때문에 자체적으로 유지될 수 있다. 이러한 중성자 대부분은 인접한 우라늄 원자핵에서 새로운 핵분열을 일으키는 데 필요한 속도를 가지고 있다.^[7]

우라늄-235 원자핵은 여러 가지 방법으로 분열될 수 있다. 다음은 스트론튬-95(⁹⁵Sr), 크세논-139(¹³⁹Xe), 그리고 두 개의 중성자(n)로 분열되는 한 가지 예시이다.^[8]

:::

\ {}^{235}\mathrm{U} + \mathrm{n} \longrightarrow {}^{95}\mathrm{Sr} + {}^{139}\mathrm{Xe} + 2\ \mathrm{n} + 180\ \mathrm{MeV}

원자당 즉각적인 에너지 방출량은 약 1억 8천만 전자볼트(MeV)이다. 이 중 93%는 양성자에 의해 서로 밀어내는 대전된 핵분열 조각의 운동 에너지이다. 이 초기 운동 에너지는 초당 약 12,000킬로미터의 초기 속도를 부여한다. 대전된 조각의 높은 전하로 인해 근처 원자핵과 많은 비탄성 쿨롱 충돌이 발생하며, 이러한 조각들은 운동 에너지가 열로 변환될 때까지 핵무기 내부에 갇혀 있다. 이는 약 백만 분의 1초가 걸리며, 이때 폭탄의 코어와 탬퍼는 수천만 도 섭씨의 온도를 가진 지름 수 미터의 플라스마 공으로 팽창한다.^[9]

이는 X선 스펙트럼에서 흑체 복사를 방출할 만큼 충분히 뜨겁다. 이러한 X선은 주변 공기를 흡수하여 핵폭발의 화구와 폭발을 생성한다.

대부분의 핵분열 생성물은 안정되기에는 중성자가 너무 많으므로 베타 붕괴에 의해 방사성을 띠며, 중성자를 양성자로 전환한다. 핵종의 반감기는 밀리초에서 약 20만 년까지 다양하다. 많은 핵종이 스스로 방사성인 동위원소로 붕괴되므로 안정성에 도달하려면 1회에서 6회의 붕괴가 필요할 수 있다.^[10]

폭탄 내부에서는 핵분열에 의해 방출되는 자유 중성자가 초기 핵분열 에너지의 약 3%를 가져간다. 절반 이상의 중성자가 폭탄 코어에서 빠져나가지만, 나머지는 ²³⁵U 원자핵에 충돌하여 지수적으로 증가하는 핵 연쇄 반응을 일으킨다. 하나의 원자에서 시작하여 핵분열의 수는 이론적으로 마이크로초에 백 번 배가 될 수 있으며, 이는 연쇄의 100번째 고리까지 수백 톤에 이르는 모든 우라늄이나 플루토늄을 소모할 수 있다. 일반적으로 현대 무기의 경우, 무기의 피트에는 3.5kg에서 4.5kg의 플루토늄이 들어 있으며, 폭발 시 약 에서 의 수율을 생성하며, 이는 약 0.5kg의 플루토늄 핵분열을 나타낸다.^[11]^[12]

연쇄 반응을 유지할 수 있는 물질을 핵분열성이라고 한다. 핵무기에 사용되는 두 가지 핵분열성 물질은 고농축 우라늄(²³⁵U)과 플루토늄-239(²³⁹Pu)이다.

트리니티 ''가제트''는 추정 수율 25킬로톤으로 최초로 폭발된 순수 핵분열 무기였다.

핵무기 설계의 첫 번째 과제는 우라늄 또는 플루토늄의 초임계 질량을 신속하게 조립하는 것이다. 초임계 질량이란 핵분열로 생성된 중성자 중 다른 이웃 핵분열성 핵에 포획되는 비율이 충분히 높아 각 핵분열 사건이 평균적으로 하나 이상의 후속 핵분열 사건을 일으키는 질량을 말한다. 첫 번째 핵분열 사건에서 방출된 중성자는 지수적으로 가속되는 속도로 후속 핵분열 사건을 유발한다. 각 후속 핵분열은 연쇄 반응을 통해 연료 핵의 초임계 질량 전체로 확산된다. 이 과정은 일반적으로 핵 연쇄 반응으로 알려져 있다.

초임계 조립체에서 연쇄 반응을 시작하려면 적어도 하나의 자유 중성자가 주입되어 핵분열성 연료 핵과 충돌해야 한다.

2. 2. 핵융합

핵융합은 가벼운 원자를 결합하여 무거운 원자를 형성하는 반응이다. 두 반응 모두 비슷한 화학 반응보다 약 백만 배 더 많은 에너지를 생성한다.^[4]

무기에서 가장 중요한 핵융합 반응은 D-T 반응이라고 한다. 핵분열의 열과 압력을 이용하여 중수소(²D^영어) 또는 수소-2가 삼중수소(³T^영어) 또는 수소-3와 융합하여 헬륨-4(⁴He^영어)와 중성자(n) 하나, 그리고 에너지를 생성한다.

총 에너지 출력인 17.6 MeV는 핵분열의 1/10이지만, 재료의 질량은 1/50밖에 되지 않으므로 단위 질량당 에너지 출력은 약 5배 더 크다. 이 핵융합 반응에서 17.6 MeV 중 14 MeV(반응에서 방출되는 에너지의 80%)는 중성자의 운동 에너지로 나타난다.

핵융합 에너지를 대부분 포획하는 유일한 실용적인 방법은 납, 우라늄, 또는 플루토늄과 같은 무거운 물질로 된 거대한 용기에 중성자를 가두는 것이다. 14 MeV 중성자가 우라늄(어떤 동위원소든; 14 MeV는 ²³⁵U^영어와 ²³⁸U^영어 모두를 핵분열시킬 만큼 충분히 높다)이나 플루토늄에 포획되면 핵분열이 일어나고 180 MeV의 핵분열 에너지가 방출되어 에너지 출력이 10배 증가한다.

무기 사용의 경우, 핵분열은 핵융합을 시작하는 데 필요하고, 핵융합을 유지하는 데 도움이 되며, 핵융합 중성자가 운반하는 에너지를 포획하고 증폭한다.

2. 3. 삼중수소 생산

핵융합은 반응에서 에너지를 방출하는 중성자를 생성한다.^[13] 핵융합 연료로 사용되는 수소의 동위원소인 삼중수소(³T)는 핵무기에서 중요한 역할을 한다. 삼중수소는 주로 두 가지 방식으로 사용된다.

첫째, 순수 삼중수소 기체는 증폭 핵분열 장치(boosted fission devices)의 중심부에 배치되어 에너지 효율을 높인다. 특히 열핵무기의 분열 1차 장치에 해당한다.

둘째, 2단계 열핵폭탄의 2차 조립체에서 초임계 핵분열 "점화 장치"가 방출하는 중성자가 폭탄의 중수소화리튬 연료 공급원에 있는 리튬 원자핵과 충돌하여 현장에서(in situ) 삼중수소를 생성한다.

분열 1차 장치용 원소 상태의 기체 삼중수소는 원자로에서만 리튬-6(⁶Li)에 중성자(n)를 충돌시켜 생성한다. 이 중성자 충격은 리튬-6 원자핵을 분열시켜 알파 입자 또는 헬륨-4(⁴He)와 트리톤(³T) 그리고 에너지를 생성한다.

:::

{}^6\mathrm{Li} + n \longrightarrow {}^4\mathrm{He} + {}^3\mathrm{T} + 5\ \mathrm{MeV}

캐슬 브라보 실험에서 발견된 바와 같이, 리튬-7이 존재하면 다음 두 가지 반응이 추가로 발생한다.

:⁷Li + ¹n → ³T + ⁴He + ¹n

:⁷Li + ²H → 2 ⁴He + ¹n + 15.123 MeV

리튬의 대부분은 ⁷Li이며, 이로 인해 캐슬 브라보의 수율은 예상보다 2.5배 더 커졌다.^[14]

중성자는 플루토늄 ²³⁹Pu를 ²³⁸U 원료로부터 생산하는 것과 유사한 방식으로 원자로에서 공급된다. ⁶Li 원료의 표적봉은 우라늄 연료 코어 주변에 배열되며, 대부분의 리튬 원자핵이 삼중수소로 변환된 것으로 계산되면 처리를 위해 제거된다.

3. 핵분열 무기

가장 단순한 핵무기는 순수한 핵분열 폭탄이다. 이 종류는 맨해튼 계획이 설계한 최초의 핵무기이며, 이후 등장할 발전된 형태의 핵무기의 기본 구성요소이다.

핵무기 설계의 첫 번째 과제는 우라늄 또는 플루토늄(무기급)의 초임계 질량을 신속하게 조립하는 것이다. 초임계 질량이란 핵분열로 생성된 중성자가 다른 이웃 핵분열성 핵에 포획되는 비율이 충분히 높아, 각 핵분열 사건이 평균적으로 하나 이상의 후속 핵분열 사건을 일으키는 질량을 말한다. 첫 번째 핵분열 사건에서 방출된 중성자는 지수적으로 가속되는 속도로 후속 핵분열 사건을 유발하며, 각 후속 핵분열은 핵 연쇄 반응을 통해 연료 핵의 초임계 질량 전체로 확산된다.

초임계 조립체에서 연쇄 반응을 시작하려면 적어도 하나의 자유 중성자가 주입되어 핵분열성 연료 핵과 충돌해야 한다. 중성자는 핵과 결합하고(기술적으로는 핵융합 사건) 핵을 불안정하게 만들어 두 개의 중간 질량 핵 조각과 2~3개의 자유 중성자로 폭발한다. 이 중성자들은 주변의 연료 핵과 충돌하며, 이 과정은 연료 조립체가 아임계(열팽창으로 인해) 상태가 될 때까지 반복된다.

초임계 질량 형성의 건식 조립 방법의 경우, 연료 자체를 사용하여 연쇄 반응을 시작할 수 있다. 최고급 무기 등급 우라늄에도 상당수의 ²³⁸U 핵이 포함되어 있으며, 이들은 자발 핵분열 사건에 취약하다. 건식 조립된 임계 질량의 핵분열성 물질은 압축되지 않기 때문에, 설계는 두 개의 아임계 질량이 목표물 근처에 있는 동안 ²³⁸U 자발 핵분열이 발생할 만큼 충분히 가까이 유지되도록 하면 된다. 일반적인 크기의 연료 질량에서는 이러한 현상이 발생하는 데 1~2초밖에 걸리지 않는다. 공중 투하를 목적으로 하는 많은 폭탄은 정확한 폭발 고도를 제어하기 위해 주입된 중성자를 사용한다.

연료의 초임계 질량을 매우 빠르게 조립해야 하는데, 이를 달성하는 데 필요한 시간을 무기의 임계 삽입 시간이라고 한다. 초임계 질량이 부분적으로만 조립되었을 때 자발 핵분열이 발생하면 연쇄 반응이 조기에 시작되는 예비 폭발이 발생할 수 있다. 플루토늄의 높은 자발 핵분열률로 인해 건식 조립 폭탄에는 우라늄 연료가 필요하며, 삽입 시간이 길고 연료 압축이 없어 더 많은 연료 질량이 필요하다.

핵분열 폭발을 저해할 수 있는 또 다른 자유 중성자의 원천은 알파 입자이다. 모든 우라늄과 플루토늄 핵은 에너지가 높은 알파 입자를 생성하는 붕괴 모드를 가지고 있다. 연료 질량에 원자 번호(Z)가 낮은 불순물 원소가 포함된 경우, 알파 입자는 불순물 핵의 쿨롱 장벽을 통과하여 자유 중성자를 생성하는 반응을 일으킬 수 있다. 핵분열성 핵의 알파 방출률은 자발 핵분열률보다 훨씬 높기 때문에 무기 기술자들은 고순도 연료를 사용하는 데 주의를 기울인다.

다른 핵폭발 근처에서 사용되는 핵분열 무기는 외부 중성자로부터 보호되어야 한다. 외부 중성자 플럭스가 충분히 강하면 차폐 물질은 거의 항상 관통되며, 다른 핵폭발의 영향으로 무기가 오발되거나 실패하면 이를 핵 살상이라고 한다.

내폭 조립 설계의 경우, 임계 질량이 최대 밀도로 조립되면 연쇄 반응을 시작하기 위해 중성자 폭발을 공급해야 한다. 초기 무기는 폴로늄-210과 베릴륨을 얇은 장벽으로 분리한 우르친이라는 변조된 중성자 발생기를 사용했다. 현대 무기에서는 중성자 발생기가 고전압 진공관으로, 입자 가속기가 들어 있어 중수소와 삼중수소 이온으로 중수소/삼중수소 금속 수소화물 표적을 포격한다. 이 방법을 통해 연쇄 반응의 첫 번째 핵분열 사건의 타이밍을 개선할 수 있다.

탬퍼는 핵분열성 물질을 둘러싸는 고밀도 물질의 선택적 층이다. 관성으로 인해 핵분열 연료 질량의 열팽창을 지연시켜 더 오래 초임계 상태를 유지한다. 종종 동일한 층이 탬퍼와 중성자 반사체 역할을 모두 한다.

플루토늄은 높은 알파 방출률로 인해 Pu 금속이 자발적으로 상당한 열을 생성한다. 5kg 질량은 9.68W의 열 출력을 생성하여 핵폭탄 내부에서 문제가 된다. 따라서 Pu 연료를 사용하는 폭탄은 과도한 열을 제거하기 위해 알루미늄 부품을 사용하며, 이는 폭탄 설계를 복잡하게 만든다.

3. 1. 임계 질량

핵분열시의 핵 연쇄 반응은 핵분열성 물질의 크기, 모양, 순도 및 주변 물질에 따라 달라진다. 핵분열성 물질의 질량이 연쇄 반응을 지속할 수 있을 정도가 되면, 이를 임계 질량이라고 한다.

핵무기 설계의 첫 번째 과제는 우라늄 또는 플루토늄(무기급)의 초임계 질량을 신속하게 조립하는 것이다. 초임계 질량이란 핵분열로 생성된 중성자 중 다른 이웃 핵분열성 핵에 포획되는 비율이 충분히 높아 각 핵분열 사건이 평균적으로 하나 이상의 후속 핵분열 사건을 일으키는 질량을 말한다.

임계 질량 이상의 연료에서 핵분열 연쇄 반응은 임계 집합체에서 빠져나가는 중성자의 손실을 상쇄할 만큼 충분한 과잉 중성자를 생성하기 때문에 자체적으로 유지될 수 있다.^[6] 이러한 중성자 대부분은 인접한 우라늄 원자핵에서 새로운 핵분열을 일으키는 데 필요한 속도(운동 에너지)를 가지고 있다.

취급 중 조기 연쇄 반응을 방지하기 위해 무기의 핵분열성 물질은 아임계 상태로 유지되어야 한다. 압축되지 않은 임계 질량보다 적은 양을 포함하는 하나 이상의 구성 요소로 구성될 수 있다. 얇은 중공 쉘은 벌거벗은 구체의 임계 질량보다 더 많은 질량을 가질 수 있으며, 원통형도 임계성에 도달하지 않고 임의의 길이로 만들 수 있다.

임계성 위험을 줄이는 또 다른 방법은 붕소(특히 천연 붕소의 20%를 차지하는 ¹⁰B)와 같이 중성자 포획 단면적이 큰 물질을 포함하는 것이다. 물론 이러한 중성자 흡수체는 무기를 폭발시키기 전에 제거해야 한다.

압축되지 않은 벌거벗은 금속 구체의 임계 질량은 우라늄-235의 경우 50kg, 델타상 플루토늄-239의 경우 16kg이다. 실제 응용 분야에서는 형태, 순도, 밀도, 중성자 반사 물질과의 근접성(모두 중성자의 탈출 또는 포획에 영향을 미침)에 따라 임계성에 필요한 물질의 양이 달라진다.

3. 2. 농축 물질

우라늄-235와 플루토늄-239는 핵분열 무기에 사용되는 주요 동위원소이다.^[6] 이러한 농축 물질을 생산하고 조달하는 것은 핵무기 개발에 있어 가장 어려운 부분이다. 예를 들어, 맨해튼 계획에서는 예산의 90%가 농축 물질 생산 설비를 마련하는 데 사용되었다.^[10]

자연 상태의 우라늄은 99.29%가 우라늄-238로 구성되어 있으며, 핵분열성 동위원소인 우라늄-235는 0.71%에 불과하다. 우라늄-238은 높은 확률로 핵분열 없이 중성자를 흡수하고, 높은 자발 핵분열 비율을 가지고 있어 핵폭탄 내부에 너무 많으면 핵 연쇄 반응이 제대로 일어나지 않는다. 따라서 무기 제조를 위해서는 여러 동위원소 분리 방식을 이용하여 우라늄-235의 비율을 높이는 농축 과정이 필요하다. 이 과정은 핵무기 생산 계획에서 가장 어려운 부분이며, 모든 형태의 동위원소 농축 방식은 첨단 기술을 필요로 한다.^[10]

20% 이상의 U-235가 포함된 우라늄은 고농축 우라늄이라고 하며, 무기로 사용할 만한 우라늄은 적어도 93.5%의 U-235를 지녀야 한다. U-235의 자발 핵분열 비율은 1kg당 매 초 0.16 핵분열로 낮아, 초임계 질량을 달성하기 위한 두 핵분열성 물질의 결합이 상대적으로 쉽다. 중성자 반사재가 없는 U-235 구의 임계 질량은 약 50kg이며, 이는 지름 약 17cm의 구에 해당한다. 중성자 반사재가 구를 둘러싸면 임계 질량은 15kg 정도로 낮아질 수 있다.^[10]

플루토늄은 원자 번호가 94로, 우라늄보다 2가 높다. 자연에는 플루토늄이 우라늄 광석에 매우 적은 양만 존재한다. 군사용 또는 연구용 플루토늄은 정제된 U-238을 증식로와 같은 강한 중성자원에 노출시켜 얻는다. U-238이 중성자를 흡수하면 U-239가 만들어지고, 두 번의 베타 붕괴를 거쳐 플루토늄-239(Pu-239)가 된다. Pu-239는 U-235보다 핵분열 확률이 높고, 핵분열 시 더 많은 중성자를 생성하여 임계 질량이 낮다. 순수한 Pu-239는 자발 핵분열로 인한 중성자 방출 비율이 낮아(1kg당 매 초 10 핵분열) 폭발 전 초임계 결합이 더 쉽다.^[10]

그러나 실제 증식로에서 생성된 플루토늄은 일정량의 Pu-240을 포함한다. 이는 Pu-239가 생성 도중 추가 중성자를 흡수하는 경향 때문이다. Pu-240은 자발 핵분열 비율(1kg당 매 초 415,000 핵분열)이 높아 핵무기에 부적절한 불순물이다. 이 때문에 플루토늄 핵무기는 포신형보다는 내폭형이어야 한다. 무기급 플루토늄은 Pu-240을 7% 이내로 포함해야 한다. Pu-240 비율이 낮은 플루토늄을 얻으려면 U-238을 최소 시간 동안 중성자원에 노출하여 Pu-239가 중성자를 포획할 확률을 낮춰야 한다. 중성자 반사재가 없을 때 플루토늄 구의 임계 질량은 16kg이지만, 반사재가 있으면 10kg이며, 이는 지름 약 10cm의 구에 해당한다.^[10]

우라늄-233(U-233)은 인공 동위원소로, 핵반응로에서

3. 3. 효율성

핵분열 무기의 '''효율성'''은 핵분열성 물질 중 실제로 핵분열하는 물질의 비율을 의미한다. 최대 효율은 25% 정도이다. 팻 맨은 14% 정도였으며, 리틀 보이는 겨우 1.4% 정도였다. 핵융합 부스팅을 통해 핵분열 효율을 40%까지 높일 수 있다.^[19]

가장 효율적인 순수 핵분열 폭탄은 쪼개어지기 전에 핵분열성 물질의 약 25%를 소모할 수 있지만, 대부분의 경우는 이보다 훨씬 덜 효율적이다. 큰 핵출력을 가진 순수 핵분열 폭탄은 고농축 연료를 많이 사용하기 때문에 무게, 크기, 가격 면에서 비효율적이다.^[19]

1948년 샌드스톤(Sandstone) 핵무기 실험 시리즈는 부유형 피트 설계 방식을 통해 증가된 수율 효율성의 실현 가능성을 입증했다.

팻맨(Fat Man) 설계의 첫 번째 개선점은 탬퍼(tamper)와 피트(pit) 사이에 공간을 두어 망치로 못을 치는 듯한 충격을 만들어내는 것이었다. 탬퍼 공동 내부의 속이 빈 원뿔 위에 지지된 피트는 "부유(levitated)"되었다고 한다. 1948년 샌드스톤 작전(Operation Sandstone)에서 부유형 피트가 장착된 팻맨 설계를 사용한 세 번의 실험이 진행되었다. 가장 큰 수율은 49킬로톤으로, 부유형이 아닌 팻맨 수율의 두 배가 넘었다.^[19]

4. 결합 방식

핵무기 설계를 위해 임계 질량 이상을 달성하는 방식에는 크게 두 가지가 있다. 하나는 핵분열성 물질을 두 부분으로 나누어, 하나를 다른 하나에 총처럼 쏘는 포신형 방식이다. 다른 하나는 핵분열성 물질 주변을 폭약으로 둘러싸 안쪽으로 폭발시켜 압축하는 내폭형 방식이다.

4. 1. 포신형

초임계 질량을 만드는 가장 쉬운 방법은 핵분열성 물질을 두 부분으로 나누어, 하나를 다른 하나에 총처럼 쏘는 것이다. 이 방식을 포신형(砲身型, gun type)이라고 하며, 히로시마에 투하된 리틀 보이가 이러한 방식이었다.^[15]

두 물질을 합치는 데 비교적 오랜 시간이 걸리기 때문에, 이 방식은 우라늄-235에만 사용할 수 있다. 플루토늄-239로 만든 폭탄의 경우, 불순물인 플루토늄-240의 높은 자발 핵분열 비율 때문에 핵폭발 전에 핵분열이 일어날 가능성이 크다.

핵 연쇄 반응이 적절한 시기에 빠르게 시작되도록 중성자 방아쇠가 사용된다.

리틀 보이는 순도 80%의 U-235 60kg(즉, U-235 48kg)을 사용했지만, 최소 임계 질량은 약 20-25 kg이다. 이는 내폭형 핵폭탄의 임계 질량인 15 kg보다 많은 양이다.

기술이 발전하면서, 포신형 핵폭탄은 더 이상 사용되지 않는다. 그러나 핵 개발을 원하는 국가나 테러 단체에게는 복잡한 기술 없이도 만들 수 있는 포신형이 중요할 수 있다. 충분히 농축된 우라늄만 있다면, 기술 수준이 낮은 국가나 단체도 비효율적이지만 강력한 포신형 핵폭탄을 만들 수 있다. 리틀 보이를 만든 과학자들은 성공 가능성을 확신하여 전쟁에 사용하기 전 핵실험을 하지 않았다.

포신형 핵무기는 내폭형 핵무기가 완전히 개발된 이후 미국에서 사라졌으며 더 이상 만들어지지 않는다. 영국과 같은 핵 보유국은 포신형 핵무기를 만든 적도 없다. 농축된 우라늄-235가 필요하다는 것 외에도, 포신형은 다른 어려운 문제점들이 있다. 핵무기의 질량을 줄이고 핵분열하는 물질의 비율을 높이는 여러 기술을 사용하기 위해서는 내폭형이 더 적합하다.

포신형 핵무기는 여러 안전 문제가 있다. 예를 들어, 단순한 사고로 임계 질량을 달성할 수 있는 핵분열성 물질을 가진 무기는 그 자체로 위험하다. 또한 핵무기가 비행기에서 바다로 떨어지면, 바닷물이 경수의 역할을 하여 중성자 감속제로 작용해 심각한 사고를 일으킬 수 있다. 이러한 위험은 내폭형 핵무기에서는 일어나기 힘든데, 정확한 렌즈 폭발 없이는 임계 질량에 미치지 못하는 양의 핵분열성 물질이 있기 때문이다.

남아프리카 공화국의 핵 개발 계획은 내폭형 장치를 사용하지 않고 포신형 기법을 채택한 거의 유일한 계획이었으며, 계획을 중단하기까지 5개 정도의 포신형 핵무기를 만들었다.

히로시마에 투하된 리틀 보이는 약 80% 농축된 우라늄 64kg (우라늄-235 약 51kg)을 사용했는데, 이는 거의 최소 임계 질량이었다. 탄화텅스텐 탄복/반사체 내부에 조립되었을 때, 64kg은 임계 질량의 두 배가 넘었다. 폭발 전, 우라늄-235는 두 개의 임계 이하 질량 조각으로 만들어졌고, 그중 하나가 총열을 통해 발사되어 다른 조각과 결합하여 핵폭발을 일으켰다. 분석 결과, 우라늄 질량의 2% 미만만 핵분열을 일으켰다.^[16] 나머지는 오크리지의 거대한 Y-12 공장의 전시 생산량 대부분을 차지하며 무용하게 흩어졌다.

이러한 비효율성은 압축되지 않은 핵분열성 우라늄이 빠르게 팽창하여 밀도 감소로 인해 임계 이하가 되었기 때문이다. 비효율적임에도 이 설계는 소구경 원통형 포탄에 적용되었다. 이러한 탄두는 1992년까지 미국에 배치되었으며, 비축 무기의 상당 부분을 차지했다. 그리고 탄두 수를 제한하는 조약을 준수하기 위해 해체된 최초의 무기 중 일부였다. 이러한 결정의 이유는 원자총식 설계와 관련된 낮은 수율과 심각한 안전 문제 때문이었을 것이다.

4. 2. 내폭형

내폭형(內爆型, implosion type)은 핵분열성 물질 주변을 폭약으로 둘러싸고 안쪽을 향해 폭발시켜 핵분열성 물질을 압축, 초임계 상태로 만드는 방식이다. 이러한 압축을 통해 부피를 2~3분의 1로 줄일 수 있다.^[17]

플루토늄-239를 사용하는 경우, 자발 핵분열로 인해 중성자가 너무 많이 생성되어 포신형 핵폭탄에서는 효율이 매우 낮다. 따라서 플루토늄 폭탄은 기술적으로 더 어려운 내폭형을 사용해야 하며, 나가사키에 투하된 팻 맨이 바로 이 방식이다.

내폭형 핵무기는 포신형 핵무기보다 효율이 높다. 밀도를 높이는 것은 핵 연쇄 반응의 중성자 곱인자 ''k''를 증가시키는 것과 같기 때문이다. 현대 핵무기는 대부분 핵폭탄 탄두의 통상 폭탄 가운데에 밀도가 낮은 플루토늄 중심부(피트, pit)를 가지며, 이는 폭발 시 압축된다.

피트의 밀도가 두 배 증가하면 10-20 킬로톤, 3배 압축 시 40-45 킬로톤, 4배 압축 시 60-80 킬로톤의 폭발을 일으킨다. 5배 압축은 어렵지만 80-100 킬로톤을 발생시킬 수 있으며, 매우 강력하고 효율적인 폭발 렌즈 시스템이 필요하다. 피트가 정확하게 압축되려면 정밀한 설계와 제작이 필요하며, 이 과정에 사용되는 밀링 머신은 안경 렌즈만큼 매끄러운 표면을 만들 수 있을 정도이다.

열핵폭탄의 주요 부분은 표준 형태의 내폭형 핵분열 폭탄이며, 효율을 높이기 위해 중심부에 약간의 핵융합 연료를 넣기도 한다.

포신형 핵무기는 내폭형 핵무기가 개발된 이후 미국에서 완전히 사라졌으며, 영국과 같은 핵 보유국은 제작한 적도 없다. 포신형은 우라늄-235가 필요하고, 안전 문제도 있다. 예를 들어, 비행기에서 바다로 떨어지면 바닷물이 중성자 감속제 역할을 하여 사고가 발생할 수 있다. 내폭형 핵무기는 기본적으로 정확한 렌즈 폭발 없이는 임계 질량에 미치지 못하므로 이러한 위험이 적다.

내폭형 핵무기는 일반적으로 핵무기 중심에서 피트를 물리적으로 제거한 채 보존되며, 장전 과정에서 조립한다. 점화 기기에 오류가 발생해도 핵폭발은 발생하기 어렵다. 안전을 위해 피트 내부에 금속 사슬을 채워두기도 하며, 핵무기 무장 시 사슬을 제거한다.

심각한 화재는 핵탄두 내부의 통상 폭탄을 폭발시켜 플루토늄을 흩트려 주변을 오염시킬 수 있지만, 핵폭발은 일어나지 않는다.

남아프리카 공화국은 내폭형 장치를 배제하고 포신형 기법을 채택한 거의 유일한 핵 개발 계획을 가졌으며, 계획 중단 전까지 5개 가량의 포신형 핵무기를 제작하였다.

트리니티 장치와 팻맨은 거의 동일한 내폭 방식의 플루토늄 핵분열 설계를 사용했다. 팻맨은 약 6.2kg의 Pu-239를 사용했는데, 이는 U-238 반사체/탬퍼로 둘러싸여 임계 질량에 가까워졌다. 폭발 중에는 내폭에 의해 임계 상태에 도달했다. 플루토늄 핵은 고르게 배치된 기존 폭약의 동시 폭발로 압축되어 밀도가 증가했다. 폭약은 여러 개의 폭발 브리지 와이어 점화기에 의해 폭발했다. 플루토늄의 약 20%만 핵분열을 일으켰고, 나머지는 산란된 것으로 추정된다.

내폭 충격파는 지속 시간이 매우 짧아 핵의 일부만 순간적으로 압축될 수 있다. 이를 방지하기 위해 푸셔 쉘이 필요할 수 있다. 푸셔는 폭약 렌즈와 탬퍼 사이에 위치하며, 충격파의 일부를 뒤로 반사시켜 지속 시간을 연장한다. 알루미늄, 베릴륨 또는 두 금속의 합금으로 만들어진다. 팻맨은 알루미늄 푸셔를 사용했다.

1944년 7월부터 1945년 2월까지 로스앨러모스 연구소에서 실시된 RaLa 실험은 내폭 설계의 실용성을 증명했다.^[17]

팻맨의 효율성이 높아진 핵심은 U-238 탬퍼의 내향 운동량이었다. 탬퍼는 수백 나노초 동안 모든 것을 함께 유지함으로써 효율성을 높였다.

팻맨 설계의 첫 번째 개선은 탬퍼와 피트 사이에 공간을 두는 것이었다. 1948년 샌드스톤 작전(Operation Sandstone)의 세 번의 실험은 부유형 피트가 장착된 팻맨 설계를 사용했다. 가장 큰 수율은 49킬로톤으로, 부유형이 아닌 팻맨의 수율의 두 배가 넘었다.^[19]

팻맨의 Pu-239 피트는 지름이 9.1cm에 불과했다. 팻맨의 대부분은 내폭 메커니즘이었다. 그 지름을 줄이는 핵심은 2점 내폭 설계였다.

2점 선형 내폭 방식에서는 핵연료가 고체 형태로 주조되어 고폭약 원통의 중앙에 배치된다. 폭약 원통의 양쪽 끝에는 뇌관이 설치되고, 판 모양의 삽입물 또는 '성형체'가 뇌관 바로 안쪽의 폭약에 배치된다. 뇌관이 발사되면 초기 폭발은 성형체와 원통 끝 사이에 갇히게 되어 성형체 가장자리로 이동하여 가장자리를 따라 주요 폭약으로 회절된다. 이로 인해 폭발이 성형체에서 안쪽으로 진행되는 고리를 형성한다.^[20]

탬퍼나 렌즈가 없어 폭발 진행 과정을 형성하지 못하기 때문에 폭발이 구형으로 피트에 도달하지 않는다. 원하는 구형 내폭을 생성하기 위해 분열성 물질 자체가 같은 효과를 내도록 형성된다.

압축 부족으로 인해 이러한 설계는 비효율적이지만, 단순성과 작은 직경으로 인해 포탄과 원자 파괴 무기(ADM), 소위 서류가방 핵무기에 사용하기에 적합하다. 예로는 W48 포탄이 있다.

4. 2. 1. 피트

피트는 핵분열성 물질과 반사체 등으로 구성된 핵무기의 핵심 부분이다. 플루토늄은 여러 금속상을 가지고 있어 제조가 어렵기 때문에, 주로 갈륨과의 합금 형태로 사용된다. 갈륨은 플루토늄의 상 변화를 줄여 형태 유지를 돕고, 부식을 막는 역할도 한다.^[17] 하지만 갈륨 화합물은 부식성이 있고, 폐기된 핵무기에서 플루토늄을 추출하여 핵 발전기에 사용할 때 갈륨을 제거하기 어렵다는 단점이 있다.

트리니티 장치와 팻맨(나가사키 원자폭탄)은 내폭 방식의 플루토늄 핵분열 설계를 사용했다. 팻맨은 약 6.2kg의 Pu-239를 사용했는데, 이는 U-238 반사체로 둘러싸여 임계 질량에 근접했다. 폭발 시에는 내폭에 의해 임계 상태에 도달했다. 플루토늄 핵은 폭약으로 압축되어 밀도가 증가했으며, 플루토늄의 약 20%만 핵분열을 일으켰다.

내폭 충격파의 지속 시간을 늘리기 위해 푸셔 쉘이 사용될 수 있다. 푸셔는 알루미늄, 베릴륨 또는 두 금속의 합금으로 만들어지며, 팻맨은 알루미늄 푸셔를 사용했다.

4. 2. 2. 폭발 렌즈

폭발 렌즈는 핵분열성 물질에 폭발 충격파를 집중시키는 역할을 한다. 핵폭탄에서 효과적인 폭발을 위해서는 충격파가 피트(핵분열성 물질)의 중심을 향해 구형으로 수렴해야 한다. 이러한 형태의 충격파는 서로 다른 속도로 폭발하는 폭발물로 구성된 폭발 렌즈를 통해 만들어진다. explosive lens^영어는 일종의 성형작약이다.

폭발 렌즈는 폭발면의 속도를 정밀하게 제어하기 위해 정밀하게 설계되어야 하며, 화학적으로 순수하고 균일해야 한다. 1940년대 내폭형 핵무기 개발 과정에서 폭발 렌즈를 주조하고 시험하는 것은 기술적인 난제였다. 또한, 각 렌즈의 중심에서 동시에 (100나노초 이내) 폭발을 시작시키기 위해 여러 개의 폭발 브리지 와이어 점화기(EBW) 개발이 필요했다.^[17]

나가사키에 투하된 팻 맨은 32개의 렌즈를 사용하여 정20면체 형태를 이루었으며, 이후 개발된 효율적인 폭탄은 40, 60, 72, 92개의 렌즈를 사용하였다.

slapper detonator는 EBW를 대체한 보다 효율적인 장비로, 핵폭탄뿐만 아니라 통상 폭탄에도 사용된다.

4. 2. 3. 탬퍼 반사재

탬퍼는 핵분열성 물질을 감싸는 층으로, 주로 천연 우라늄, 열화 우라늄, 텅스텐과 같은 밀도가 높은 물질로 만들어진다. 탬퍼는 임계 질량을 줄이고, 자체 관성을 통해 핵분열 중인 물질의 분열을 늦춰 핵무기의 효율성을 높인다.^[11]

탬퍼는 폭발 시 발생하는 엄청난 압력으로부터 핵연료가 짧은 시간 동안 분열되지 않도록 유지하여 효율성을 높인다. 즉, 핵분열하는 핵분열성 물질의 비율을 늘린다.^[11] 고밀도 탬퍼 물질이 장력이 강한 물질보다 효율적이다. 다행히 핵무기 설계에 적합한 고밀도 탬퍼 물질은 효율적인 중성자 반사재이기도 하다.^[11]

탬퍼는 중성자를 반사하고 핵분열성 물질의 분해를 막는 두 가지 방식으로 핵무기 효율을 높이지만, 효율성에 미치는 영향은 임계 질량에 대한 효과만큼 크지 않다. 중성자 반사 과정은 시간이 걸리고, 핵 연쇄 반응이 멈추기 전까지 많이 일어나지 않기 때문이다.^[11]

중성자 반사재 층은 선택 사항이며, 보통 핵분열성 물질에 가장 가까운 층이다. 탬퍼와 같은 물질일 수도 있고 아닐 수도 있다. 많은 탬퍼 재료가 적절한 반사재이지만, 가장 좋은 반사재인 베릴륨은 탬퍼 재질로는 적합하지 않다.^[11]

가장 효율적인 반사재는 베릴륨이며, 베릴륨 산화물 및 텅스텐 탄화물도 비슷하게 효과적이다. 그 다음으로는 우라늄, 텅스텐, 구리, 물, 흑연, 철 순으로 효과적이다.^[11]

탬퍼, 반사재 등을 선택하는 것은 설계 시 타협의 대상이다. 탬퍼, 반사재, pusher, 핵분열성 물질 등을 모두 합친 피트는 폭발 시 안쪽으로 가속되어야 한다. 피트가 클수록, 같은 속도와 압력을 얻기 위해 더 많은 폭발물이 필요하다. 초기 내폭형 핵무기는 무거운 pusher와 탬퍼를 사용했는데, 당시 사용된 탬퍼는 천연 우라늄과 같이 효과적인 반사재였다. 부양 형태나 밀도가 낮은 피트는 폭발 시 에너지 효율을 높인다. 베릴륨으로 만들어진 효율적이고 가벼운 반사재를 사용하면 폭발 시 질량 효율성을 더 높일 수 있다. 이러한 피트는 약간만 압축되며, 핵분열 반응이 일정 수준에 도달하면 급격하게 해체된다.^[11]

핵융합 부스팅이 도입되기 전에는 효율적인 핵무기가 높은 질량의 탬퍼를 사용해야 하는지에 대한 논쟁이 있었다. 그러나 핵분열율을 급격히 증가시키는 핵융합 부스팅이 도입된 현재에는 탬퍼 매질이 없어도 단점이 되지 않는다. 탬퍼가 없어도 된다는 점은 핵무기 소형화에 크게 기여했다.^[11]

4. 2. 4. 중성자 방아쇠/기폭 장치

핵분열 무기에서 핵 연쇄 반응을 적절한 시기에 시작하기 위해 중성자 방아쇠가 사용된다.^[6] 핵폭탄이 강력한 핵출력을 얻으려면 충분한 양의 중성자가 적절한 시간에 초임계 상태의 중심부에 있어야 한다. 연쇄 반응이 너무 일찍 시작되면, 폭발은 하지만 목표에 미치지 못하는 '불발'에 가까운 출력이 발생한다. 반대로 너무 늦게 시작되면 폭발하지 않을 수도 있다.

초기 중성자 방아쇠는 폴로늄(Po-210)과 베릴륨으로 구성되었다. Po-210은 강력한 알파선 방출원이며, 베릴륨은 알파선을 흡수하여 중성자를 방출한다. Po-210의 반감기는 약 140일이므로, 이 방아쇠는 자주 교체해야 했다. Po-210은 핵반응로에서 만들어진다.

적절한 시기에 중성자 기폭 신호를 발생시키기 위해 폴로늄과 베릴륨은 분리되어 있다가, 폭발 순간에 빠르고 완전하게 합쳐져야 한다. 이 방식은 포신형 핵무기에는 적합하지만, 내폭형 핵무기에는 정밀도가 부족하다. 팻 맨에서는 "urchin"이라는 정교한 기폭 장치를 사용했는데, 베릴륨과 폴로늄이 얇은 금박으로 분리된 채 동심원을 이루는 구조였다.

다른 중성자 공급 방식은 펄스 중성자 방출기이다. 이는 금속 수소화물(수소 화합물) 목표물을 가진 작은 이온 가속기이다. 중수소나 삼중수소 플라스마를 생성하는 이온원에서 시작하여, 높은 전압이 관에 걸리면 이온이 가속되어 스칸듐과 같은 삼중수소가 풍부한 금속 목표물에 충돌한다. 이온은 가속되며 높은 확률로 핵융합이 발생한다. 중수소-삼중수소 핵융합은 짧은 펄스의 14 MeV 중성자를 방출하여 핵 연쇄 반응을 유도한다. 펄스는 정밀하게 제어 가능하며, 내폭형 핵폭탄에 더 적합하다.

포신형 핵폭탄에서 "target capture" 방식(두 아임계 질량이 합쳐진 후 폭발 전까지 분해되지 않도록 하는 방식)을 사용하면, 중성자 방아쇠는 효율성을 높이는 데 필수적이지 않다. 리틀 보이 설계 막바지에 중성자 방아쇠가 추가되었는데, 이는 폭발 순간을 밀리초 단위로 정확하게 제어하기 위한 것이었다.

5. 핵융합 무기

핵융합을 이용하는 핵무기는 핵분열만을 이용하는 핵무기에 비해 훨씬 더 큰 핵출력을 얻을 수 있다. 이는 핵융합 반응이 매 반응마다 핵분열에 비해 더 큰 에너지를 방출하고, 핵융합 자체가 추가 중성자원으로 사용될 수 있기 때문이다. 핵융합 연료로 사용되는 원소가 가볍다는 점도 장점인데, 이는 높은 핵출력을 가지면서도 운반이 용이한 핵무기 설계를 가능하게 한다. 핵융합은 주로 수소의 동위원소인 두 가벼운 원소가 결합하여 더 안정된 무거운 원소를 형성하며 잉여 에너지를 방출하는 과정이다. 핵융합 반응은 높은 열에너지를 필요로 하기 때문에 핵융합 폭탄은 열핵폭탄이라고도 불린다. 핵융합 반응에 필요한 극히 높은 온도와 밀도는 핵분열 폭발을 통해 만들 수 있다. 순수 핵융합 폭탄은 핵분열을 필요로 하지 않는 가설상의 설계이며, 제작된 적은 없다.

핵융합 반응은 에너지를 방출하는 중성자를 생성한다.^[13] 무기에서 가장 중요한 핵융합 반응은 D-T 반응이다. 핵분열의 열과 압력을 이용하여 중수소(²D) 또는 수소-2가 삼중수소(³T) 또는 수소-3와 융합하여 헬륨-4(⁴He)와 중성자(n) 하나, 그리고 에너지를 생성한다.

총 에너지 출력인 17.6 MeV는 핵분열의 1/10이지만, 재료의 질량은 1/50밖에 되지 않으므로 단위 질량당 에너지 출력은 약 5배 더 크다. 이 핵융합 반응에서 17.6 MeV 중 14 MeV(반응에서 방출되는 에너지의 80%)는 중성자의 운동 에너지로 나타난다.

5. 1. 핵융합 부스팅

핵융합 부스팅은 핵분열 무기의 효율을 높이는 기술이다. 이 방법은 핵분열 무기의 중심부에 소량의 중수소와 삼중수소 혼합물(핵융합 연료)을 넣는 방식으로 이루어진다. 핵분열 반응이 시작되면, 이 핵융합 연료는 고온, 고압 환경에서 핵융합 반응을 일으킨다. 이때 발생하는 다량의 고에너지 중성자는 주변의 핵분열 물질(플루토늄 등)의 핵분열 속도를 가속화시키고, 핵분열 물질이 분해되기 전에 더 많은 양이 소모되도록 돕는다.^[13]

핵융합 부스팅을 통해 핵분열 폭탄의 효율성은 약 두 배로 증가한다(약 20%에서 40%로).^[13] 하지만, 핵융합 반응에서 방출되는 에너지 자체는 핵분열에서 얻는 에너지의 약 1%에 불과하며, 주로 추가 중성자를 공급하여 핵분열 효율을 높이는 역할을 한다.^[13]

핵융합 부스팅은 무기 작동 시 기체 형태의 중수소-삼중수소 혼합물을 외부 저장고에서 핵분열 물질이 있는 중심부(피트)로 주입하는 방식으로 이루어진다. 삼중수소는 반감기가 12.3년으로 짧고, 우라늄 및 플루토늄과 반응성이 높기 때문에, 폭탄 외부 저장고에 보관하여 삼중수소 붕괴로 생성되는 헬륨-4 찌꺼기를 쉽게 제거할 수 있다.^[13]

핵융합 부스팅은 다음과 같은 두 가지 이점을 제공한다.^[13]

무기를 더 작고 가볍게 만들 수 있으며, 동일한 핵출력에 대해 핵분열성 물질을 적게 사용할 수 있어 제작 및 운반 비용이 절감된다.
핵무기가 '방사선 간섭'(주변 핵폭발로 인해 핵무기가 조기에 부분 폭발하는 현상)에 덜 민감하게 만든다. 부스팅 기법은 핵무기에 필요한 플루토늄 양을 줄여 방사선 간섭에 대한 취약성을 낮춘다.

핵융합 부스팅은 수소 폭탄에 사용되는 핵융합 기술이지만, 여전히 핵분열 폭탄으로 간주된다. 핵융합 부스팅은 대부분의 현대 핵무기에서 사용되는 일반적인 기술이다.

핵융합 부스팅의 개념은 1951년 5월 25일 그린하우스 작전의 '아이템' 실험에서 처음으로 시험되었으며, 당시 45.5킬로톤의 수율을 기록했다.

그린하우스 시리즈 실험의 ''Item''은 증강 원리를 이용하여 수율을 달성한 최초의 핵무기 장치였다.

5. 2. 다단계 열핵무기

일명 "수소 폭탄"으로 불리는 다단계 열핵무기는 핵융합 연료에 점화하기 위해 핵분열 폭탄을 사용하며, 더 큰 폭발을 얻기 위해 여러 무기를 연쇄적으로 사용한다는 점에서 "다단계"라고 불린다.

현대 열핵폭탄 설계의 기본 원칙은 여러 나라의 과학자들이 독립적으로 개발하였다. 로스 앨러모스 국립 연구소의 에드워드 텔러와 스타니스와프 울람은 1951년 미국에서 텔러-울람 설계로 알려진 다단계 폭발의 아이디어를 연구하였다. 소비에트 연방의 안드레이 사하로프 역시 독립적으로 연구를 수행하여 1955년 "3번째 생각"이라고 명명한 같은 답에 도달하였다.

다단계 열핵폭탄에 관한 완전한 내용은 기밀 해제된 적이 없다. 여러 기밀 해제된 서로 다른 내용으로부터도 수소 폭탄의 정확한 작동 방식에 관한 완전한 정답에 도달하지 못했다. 기본 원리는 미국 에너지부가 기밀 해제한 두 가지 정보로부터 밝혀졌다. 하나는 "열핵무기에서 1차 핵융합 폭탄이 2차 폭탄(열핵 연료)의 열핵반응을 유도한다"는 것이고, 다른 하나는 "핵분열에서 나오는 방사능이 핵무기 내부에서 유지되면서 열핵연료를 압축하고 점화하는 데 사용된다"는 것이다.

2차 핵융합 단계는 1차 핵분열 단계에서 발생하는 X선에 의해 압축됨으로써 시작되는데, 이러한 과정은 '''방사능 폭발'''(radiation implosion)이라고 한다.

1979년 미국 v. The Progressive 재판에서 수소 폭탄에 관한 많은 정보가 기밀 해제되었는데, 알려진 방식은 다음과 같다.

1차 핵분열 폭탄은 탄두 끝부분에 위치한다. 폭발 시 핵분열 폭탄은 X선을 광속으로 뿜어낸다. 탄두 외피는 무거운 금속으로 만들어져 X선 반사재 역할을 하므로, X선은 탄두 외피에 반사된다. X선은 반사되면서 2차 폭탄을 감싸는 매질을 자극하는데, 2차 폭탄은 천연 우라늄 탬퍼(pusher)로 감싸여진 기둥이나 구 형태의 리튬 중수소화물 핵융합 연료이다. X선은 탄두 내부의 펜탄 발포 폴리스티렌을 가열하여 플라스마 상태로 만들고, 2차 폭탄 외피를 강력하게 안쪽으로 폭발시킨다. 2차 폭탄 내부에는 농축 우라늄이나 플루토늄 "점화전"이 있는데, 2차 폭탄 외피의 강력한 내파로 핵분열을 시작한다. 동시에 2차 폭탄 내부의 핵융합 연료가 압축되고, 핵분열로 인한 고온으로 중수소는 헬륨으로 융합되며, 막대한 중성자를 방출한다. 중성자는 리튬을 삼중수소로 변화시켜 핵융합을 일으키고, 다량의 감마선과 더 많은 중성자를 발생시킨다. 잉여 중성자는 탬퍼, pusher, 외피 및 X선 반사재로 사용되는 천연 우라늄마저 핵분열을 일으켜 핵출력을 높인다. 이 핵분열 효과는 폭탄 핵출력을 증가시킬 뿐만 아니라, 핵분열 낙진 양도 극도로 증가시킨다. 납이나 텅스텐 같은 핵분열 불가능 물질이 우라늄이나 토륨 대신 탬퍼/pusher/외피 등에 사용되면 핵출력 및 낙진 양이 줄어든다.

일부 사람들은 "발포" 원리에 의문을 품고, 2차 폭탄 압축 원리가 X선의 "방사능 압력"이나 플라스마 상태 발포 폴리스티렌의 물리적 압력이 아니라고 지적했다. 대신, X선 방사선이 탬퍼 및 pusher를 "태워 날려버리는" 효과로 2차 폭탄이 폭발한다고 설명했다. X선은 탬퍼와 pusher를 가열하여 2차 폭탄 외피층을 증발/폭발시키고, 이 폭발이 내부 압력을 형성한다는 것이다. 즉, X선에 가열된 2차 폭탄 외부 탬퍼/pusher층은 로켓처럼 바깥으로 폭발하고, 남은 층은 반작용으로 안쪽으로 폭발한다.

핵융합은 반응에서 에너지를 방출하는 중성자를 생성한다.^[13] 무기에서 가장 중요한 핵융합 반응은 D-T 반응이다. 핵분열의 열과 압력을 이용하여 중수소(²D) 또는 수소-2가 삼중수소(³T) 또는 수소-3와 융합하여 헬륨-4(⁴He)와 중성자(n) 하나, 그리고 에너지를 생성한다.

:::

{}^2\mathrm{D} + {}^3\mathrm{T} \longrightarrow {}^4\mathrm{He} + n + 17.6\ \mathrm{MeV}

총 에너지 출력 17.6 MeV는 핵분열의 1/10이지만, 재료 질량은 1/50이므로 단위 질량당 에너지 출력은 약 5배 더 크다. 이 핵융합 반응에서 17.6 MeV 중 14 MeV(반응 에너지의 80%)는 중성자 운동 에너지로 나타나는데, 중성자는 전하가 없고 생성한 수소 원자핵과 거의 같은 질량을 가지므로, 에너지를 남기지 않고 반응을 지속하거나 폭발과 화재를 위한 X선을 생성하지 않고 현장을 빠져나갈 수 있다.

핵융합 에너지를 포획하는 실용적인 방법은 납, 우라늄, 플루토늄 등 무거운 물질로 된 거대한 용기에 중성자를 가두는 것이다. 14 MeV 중성자가 우라늄(어떤 동위원소든; 14 MeV는 ²³⁵U와 ²³⁸U 모두 핵분열 가능)이나 플루토늄에 포획되면 핵분열이 일어나고 180 MeV의 핵분열 에너지가 방출되어 에너지 출력이 10배 증가한다.

핵분열은 핵융합 시작 및 유지에 필요하며, 핵융합 중성자 에너지를 포획하고 증폭한다. 중성자 폭탄(아래 참조)의 경우, 중성자 탈출을 용이하게 하는 것이 목표이므로 마지막 요소는 적용되지 않는다.

아이비 마이크(Ivy Mike), 최초의 2단계 열핵폭발 실험, 10.4메가톤, 1952년 11월 1일

순수 핵분열 또는 핵융합 증폭 핵분열 무기는 막대한 핵분열성 물질과 삼중수소를 사용하여 수백 킬로톤의 위력을 낼 수 있지만, 10킬로톤을 넘는 핵무기 위력 증가는 2차 장치(두 번째 독립 단계)를 추가하는 것이 가장 효율적이다.

1940년대 로스앨러모스 폭탄 설계자들은 2차 장치가 액체/수소화물 형태 중수소 용기라고 생각했다. 핵융합 반응은 D-D 반응이 되어 D-T 반응보다 달성하기 어렵지만 더 저렴했다. 핵분열 폭탄은 가까운 쪽 끝을 압축, 가열하고, 핵융합은 용기를 따라 먼 쪽 끝으로 전파된다. 수학적 시뮬레이션은 삼중수소를 대량 추가해도 작동하지 않음을 보였다.

1차 장치의 부스터 장약처럼, 전체 핵융합 연료 용기는 압축, 가열을 위해 핵분열 에너지로 감싸야 한다. 1951년 1월 에드워드 텔러와 스타니슬라프 울람이 방사선 내폭을 발명하며 설계 돌파구가 마련되었다. 이는 30년 동안 텔러-울람(Teller-Ulam) 수소폭탄 비밀로만 알려졌다.^[22]^[23]

방사선 내폭 개념은 1951년 5월 9일 에니웨톡 그린하우스 작전(Operation Greenhouse) 조지(George) 실험에서 최초 시험되었고, 위력은 225킬로톤이었다. 최초 완전 실험은 1952년 11월 1일 에니웨톡 마이크(Mike) 실험으로, 위력은 10.4메가톤이었다.

방사선 내폭에서 1차 장치 X선 에너지 폭발은 2차 장치 핵 에너지 구성 요소를 둘러싼 불투명 벽 방사선 채널 내에서 포획, 포함된다. 방사선은 채널 플라스틱 폼을 플라스마로 바꾸는데, 이는 X선에 투명하며, 방사선은 2차 장치 푸셔/탬퍼 최외각 층에서 흡수, 박리되어 힘을 가한다.^[24] (로켓 엔진과 유사) 1차 장치 피트처럼 핵융합 연료 캡슐이 내폭된다. 2차 장치 내폭 시 중심 핵분열성 "점화 플러그"가 점화되어 중성자와 열을 제공, 중수소화리튬 핵융합 연료가 삼중수소를 생성, 점화된다. 핵분열, 핵융합 연쇄 반응은 중성자를 교환하여 효율을 높인다. 더 큰 내폭력, 핵융합 중성자 증폭으로 인한 "점화 플러그" 효율 향상, 핵융합 폭발 자체는 2차 장치에서 더 큰 폭발력을 제공한다.

1956년 7월 3일 레드윙 모호크 실험에서 플루트(Flute) 2차 장치가 스완(Swan) 1차 장치에 부착되었다. 플루트 지름은 약 38.10cm, 길이는 약 59.44cm로 스완과 크기가 거의 같았다. 무게는 10배, 에너지 생성량은 24배(355킬로톤 대 15킬로톤) 더 컸다.

플루트 활성 성분 비용은 스완보다 많지 않았을 것이다. 대부분 핵분열은 저렴한 U-238에서 나왔고, 삼중수소는 폭발 과정에서 생산되었다. 2차 장치 축 점화 플러그만 핵분열성이어야 했다.

구형 2차 장치는 원통형보다 높은 내폭 밀도를 달성하는데, 구형 내폭이 모든 방향에서 동일 지점으로 밀어넣기 때문이다. 그러나 1메가톤 이상 탄두는 구형 2차 장치 지름이 너무 크다. 원통형 2차 장치가 필요하다. 1970년 이후 다탄두탄도미사일의 작고 원뿔 모양 재진입체는 구형 2차 장치와 수백 킬로톤 위력 탄두를 가진다.

2단계 열핵 설계 장점은 기술 습득 후 사용하지 않을 이유가 없을 정도로 크다.

공학적 관점에서 방사선 내폭은 핵폭탄 물질 특징을 활용한다.

중수소 고밀도 저장은 중수소화리튬과 화학 결합이다. 리튬-6 동위원소는 삼중수소 생산 원료이고, 폭발 폭탄은 원자로다. 방사선 내폭은 폭탄 폭발 동안 리튬-6을 삼중수소로 전환할 만큼 오래 유지한다. 중수소 결합제는 사전 제조 삼중수소 없이 D-T 핵융합 반응을 사용한다. 삼중수소 생산 제약이 사라진다.
뜨겁고 방사선 유도 플라스마에 의해 2차 장치 내폭 시 처음 1마이크로초 동안 시원하게 유지해야 한다. 거대한 방사선(열) 차폐막으로 둘러싸야 한다. 차폐막 거대함은 탬퍼 역할을 하여 내폭에 운동량과 지속 시간을 추가한다. 우라늄-238보다 적합한 물질은 없다. U-238은 D-T 핵융합 중성자에 타격 시 핵분열한다. 푸셔(케이싱)는 3가지 역할(2차 장치 냉각, 관성적 고압축 상태 유지, 전체 폭탄 주요 에너지원)을 한다. 소모성 푸셔는 폭탄을 수소 핵융합 폭탄보다 우라늄 핵분열 폭탄에 가깝게 한다. 내부자들은 "수소폭탄" 용어를 사용하지 않았다.^[25]
핵융합 점화열은 1차 장치가 아닌 2차 장치 중심 점화 플러그(2차 핵분열 폭탄)에서 나온다. 2차 장치 내폭은 점화 플러그를 내폭, 주변 물질 핵융합을 점화하고, 점화 플러그 소모까지 중성자 환경에서 핵분열하여 위력을 높인다.

50년 동안 열핵폭탄 제조 효율적 방법을 찾은 사람은 없다. 미국, 러시아, 영국, 중국, 프랑스 5개 열핵 강국이 선택한 설계다. 2017년 9월 3일 북한은 "2단계 열핵무기" 실험을 보고했다.^[26] 테오도어 테일러 박사에 따르면, 1986년 이전 분해 무기 부품 유출 사진 검토 결과, 이스라엘은 증폭 무기를 보유했고, 핵실험 폭발 없이 메가톤급 2단계 무기는 당시 슈퍼컴퓨터가 필요했다.^[27] 인도, 파키스탄은 단일 단계 무기(증폭 무기)를 보유했을 것이다.

5. 2. 1. 고급 열핵 무기 설계

현대의 MIRV 미사일 등에서 각각의 작은 재돌입 탄두에 사용될 정도로 핵무기를 소형화하기 위해서는, 기존의 기둥 형태 대신 구 형태의 2차 폭탄을 사용하는 것으로 추정된다.

3개의 핵무기로 구성된 열핵폭탄도 개발되었는데, 여기서 세 번째 폭탄은 더 큰 핵융합 폭탄이며, 이는 2차 핵융합 폭탄의 에너지에 의해 압축된다. 이러한 3단계 핵무기로 미국에는 Mk 41이, 소비에트 연방에는 차르 봄바가 각각 존재한다. 이론상 핵폭탄의 단계에는 제한이 없지만, 5~6단계 이상의 핵무기가 실제로 필요한지는 불분명하다.

코발트 폭탄은 외피에 코발트를 사용하여 핵융합 시의 중성자가 코발트를 코발트-60으로 변화시킨다. 코발트-60은 5년이라는 긴 시간 동안 감마선을 방출하며, 심각한 방사능 오염을 유발한다. 이러한 방식의 무기는 ''salted bomb''이라고 불리며, 다른 종류의 동위 원소를 사용함으로써 다양한 낙진 효과를 낼 수 있다. 금은 며칠, 탄탈럼(tantalum)과 아연은 몇 개월 단위의 낙진을 유발한다. 첨가물의 효율성을 위해서는, 자연계에 풍부한 동위원소여야 하며, 중성자 추가로 생성된 방사선 동위원소가 강한 감마선을 생성해야 한다.

이러한 무기의 주된 목적은 특정 지역에 극도로 강한 방사능 낙진을 형성하여 진군을 막는 것이다. 코발트가 포함된 핵무기는 대기 중에서 실제로 실험된 적이 없으며, 공개적으로 제작된 적도 없다. 하지만, Castle Bravo 실험과 같이 천연 우라늄이나 농축 우라늄 등을 이용하는 마지막 핵분열 단계 자체가 강력한 낙진을 생성하는 "더러운" 열핵무기가 개발 및 폭발된 사례는 있다. 영국은 1957년 9월 14일 오스트레일리아의 Maralinga range, Tadje site에서 코발트를 방사능 추적자로 사용한 1 킬로톤 핵출력의 폭탄을 실험했지만, 실패로 판정되어 반복되지 않았다.^[35]

코발트는 포함 가능한 오염 물질 중 가장 긴 반감기를 가지며, Leó Szilárd는 이러한 무기가 잠재적인 "종말의 도구"라고 언급했다. 5년의 반감기 동안 사람들은 지하 방공호에서 오랜 시간을 보내야 하므로, 효과적인 인류 말살 수단이 될 수 있다는 것이다. 그러나, 어떤 국가도 이러한 전략을 가진 것으로 알려져 있지 않다. 영화 ''Dr. Strangelove''는 이러한 인류 최후의 무기를 중요한 구성 요소로 채택했다.

열핵무기의 변종 중 하나는 '''강화 방사능 무기'''(enhanced radiation weapon) 혹은 '''중성자 폭탄'''이다. 이는 작은 열핵무기로, 핵융합 반응으로 만들어진 다량의 중성자가 핵무기 내부에서 흡수되지 않고 방출되는 형태이다. 무기 내부의 X선 거울 및 외피가 크로뮴이나 니켈로 이루어져 중성자가 밖으로 빠져나올 수 있다.

고에너지 중성자의 강력한 폭풍은 중성자 폭탄의 중요한 파괴 방식이다. 중성자는 다른 방사능보다 관통력이 강하며, 감마선을 효과적으로 막는 방호물질도 중성자는 효율적으로 막을 수 없다. "강화 방사능"이라는 용어는 폭발 순간에 발생하는 강력한 전리 방사능을 지칭하며, 이후의 낙진이 더 강해졌다는 의미는 아니다. 그런 의미에서 낙진을 강하게 하는 salted bomb과는 차이를 보인다.

6. 핵무기 안전 및 관리

핵무기는 엄청난 파괴력을 지니고 있어, 설계자들은 우발적인 폭발을 막기 위한 다양한 장치와 절차를 고안해야 했다.

그린 그래스 핵탄두의 강철 구슬 안전 장치. 왼쪽은 채워진(안전한) 상태, 오른쪽은 작동 가능한 상태이다. 강철 구슬은 비행 전에 항공기 아래쪽 호퍼에 비워졌으며, 폭탄을 트롤리 위에서 회전시키고 호퍼를 들어 올려 깔때기를 사용하여 다시 삽입할 수 있었다.

총기형 핵무기: 리틀 보이와 같은 총기형 핵무기는 코르다이트 추진제를 비행 중에 장착하여 이륙 전 사고를 방지했다. 이는 최초로 총기형 핵무기가 완전히 조립된 순간이었다. 그러나 물에 빠지거나 화재가 발생하면 임계 사고가 발생할 수 있어 위험했다.^[66]
내파형 핵무기: 초기 내파형 핵무기는 임계 상태에 근접한 피트(핵심부)를 사용했기 때문에 우발적 폭발이 우려되었다. 팻 맨은 비행 중 피트 삽입이 가능하도록 설계되었고, 마크 4, 마크 5와 같은 구형 내파형 무기들도 이 방식을 사용했다.^[66]
안전 장치:
금속 볼: 금속 볼을 피트에 채워 밀도를 높여 사고 시 대칭적인 내파를 방지하는 방법이 사용되었다. 이 설계는 바이올렛 클럽, 옐로우 선 Mk.1 등에 사용된 그린 그래스 무기에 사용되었다.^[66]
사슬: 피트(핵심부)에 카드뮴과 같은 중성자 흡수 물질로 만들어진 가는 금속 사슬을 채워 넣어 안전하게 만들 수 있다. 무기 작동 시에는 사슬을 제거한다.^[66]

핵무기 설계에는 이 외에도 1점 안전성 테스트, 와이어 안전 장치, 강결합/약결합, 허가 작동 링크(PAL) 등 다양한 안전 장치들이 사용되었다.

6. 1. 비축 핵무기 관리 계획

냉전이 끝나고, 대부분의 핵 보유국은 정치적인 이유로 핵실험을 중단하게 되었다. 핵실험이 중단됨에 따라, 낡아가는 핵무기의 안전성과 신뢰성이 문제로 떠올랐다. 미국은 비축 핵무기 관리 계획을 가동하고 있는데, 이는 오래된 탄두의 안전성을 완전한 핵실험 없이 검증하는 계획이며, 주로 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 수행한다.^[52]

6. 2. 핵무기 설계 안전

핵무기는 우발적인 폭발을 막기 위해 여러 안전장치를 포함하여 설계된다.^[66]

총기형 핵무기: 리틀 보이와 같은 총기형 핵무기는 코르다이트 추진제를 비행 중에 장착하여 이륙 전 사고를 방지했다. 이는 최초로 총기형 핵무기가 완전히 조립된 순간이었다. 물에 빠지거나 화재가 발생하면 임계 사고가 발생할 수 있어 위험했다.
내파형 핵무기: 초기 내파형 핵무기는 임계 상태에 근접한 피트(핵심부)를 사용했기 때문에 우발적 폭발이 우려되었다. 팻 맨은 비행 중 피트 삽입이 가능하도록 설계되었고, 마크 4, 마크 5와 같은 구형 내파형 무기들도 이 방식을 사용했다.
안전 장치:
금속 볼: 금속 볼을 피트에 채워 밀도를 높여 사고 시 대칭적인 내파를 방지하는 방법이 사용되었다. 이 설계는 바이올렛 클럽, 옐로우 선 Mk.1 등에 사용된 그린 그래스 무기에 사용되었다.
사슬: 피트(핵심부)에 카드뮴과 같은 중성자 흡수 물질로 만들어진 가는 금속 사슬을 채워 넣어 안전하게 만들 수 있다. 무기 작동 시에는 사슬을 제거한다.
1점 안전성 테스트: 여러 개의 기폭장치 중 하나만 작동해도 핵분열 연쇄반응이 일어날 가능성은 낮지만, 2점식 폭발 시스템에서는 이 가능성이 중요하게 고려되었다. 1957년과 1958년 사이에 실시된 25건의 1점 안전성 테스트 중 7건은 성공, 3건은 심각한 실패, 나머지는 허용 불가능한 수율을 보였다.
와이어 안전 장치: W47은 1점 안전성 테스트에서 높은 수율을 보여, 붕소로 코팅된 와이어를 피트에 삽입하는 기계적 안전 장치가 사용되었다. 그러나 와이어가 부서지거나 걸려서 탄두가 불발될 가능성이 있었고, 피트 부식을 촉진하기도 했다.^[72]^[73]^[74]
강결합/약결합: 사고 발생 시 약결합이 먼저 파손되어 강결합(핵심 부품)으로의 에너지 전달을 막는 방식이다.
허가 작동 링크 (PAL): 핵무기의 무단 사용을 방지하는 접근 제어 장치이다.

7. 핵무기 개발 연구소

미국에서 핵무기 설계 개념에 대한 최초의 체계적인 연구는 1942년 캘리포니아 대학교 버클리에서 시작되었다.^[63] 인접한 로렌스 버클리 국립 연구소에서는 플루토늄 생산 및 분리와 관련된 중요한 초기 발견이 이루어졌다. 1943년 봄, 핵무기 설계에 대한 지식은 로버트 서버의 강의로 구성된 로스앨러모스 프라이머로 정리되어 로스앨러모스 국립 연구소로 전달되었다.^[64]

로스앨러모스 국립 연구소는 1944년 4월, 플루토늄을 사용한 총열 조립형 핵무기 개발이 불가능하다는 것을 발견하고, 내폭형 핵무기 개발에 집중했다. 1945년, 로스앨러모스 기술자들은 트리니티 실험과 리틀 보이, 팻 맨 등 초기 핵무기 개발에 핵심적인 역할을 수행했다. 1946년부터 1952년 사이에는 핵융합을 핵무기에 통합하는 연구가 진행되었고, 1951년 텔러-울람 설계가 개발되었다.

로렌스 리버모어 국립 연구소는 1952년에 설립되어 초기에는 독자적인 설계를 시도했으나 실패했다. 이후 방향을 전환하여 로스앨러모스 국립 연구소가 보류했던 아이디어를 채택하여 육군과 해군을 위한 소구경 전술 핵무기 개발에 주력했다. 1960년대에는 대륙간 탄도 미사일(ICBM)과 잠수함 발사 탄도 미사일(SLBM) 등에 사용되는 소형 핵탄두 개발에 성공했다.^[65]

1957년과 1958년, 두 연구소는 가능한 한 많은 설계를 제작하고 실험했으며, 1961년 핵실험이 재개될 무렵에는 서로 중복되는 상황이 발생했다. 1980년대 중반부터는 관성 제한 핵융합 연구의 영향을 받아 핵무기 설계 활동이 진행되고 있다.

참조

_[1] 일반
_[2] 잡지 To the Outside World, a Superbomb more Bluff than Bang https://books.google[...] 2010-06-28
_[3] 일반
_[4] 특허 Perfectionnements aux charges explosives (Improvements to explosive charges)
_[5] 서적
_[6] 웹사이트 nuclear fission Examples & Process Britannica https://www.britanni[...] 2022-05-30
_[7] 서적
_[8] 서적
_[9] 웹사이트 Nuclear explained – U.S. Energy Information Administration (EIA) https://www.eia.gov/[...] 2022-05-30
_[10] 웹사이트 NWFAQ: 4.2.5 Special Purpose Applications https://nuclearweapo[...] 2021-08-11
_[11] 웹사이트 NWFAQ: 4.4.3.4 Principles of Compression https://nuclearweapo[...] 2021-08-11
_[12] 웹사이트 Atomic Glossary https://ahf.nuclearm[...] Nuclear Museum 2023-07-24
_[13] 서적
_[14] 서적 Bombing the Marshall Islands: A Cold War Tragedy Cambridge University Press
_[15] 서적
_[16] 일반
_[17] 서적 Critical Assembly: A Technical History of Los Alamos During the Oppenheimer Years, 1943–1945 Cambridge University Press
_[18] 웹사이트 Restricted Data Declassification Decisions from 1945 until Present https://fas.org/sgp/[...]
_[19] 일반
_[20] 웹사이트 Nuclear Weapons FAQ: 4.1.6.3 Hybrid Assembly Techniques https://nuclearweapo[...] 2007-12-01
_[21] 웹사이트 Fission-Fusion Hybrid Weapons https://nuclearweapo[...]
_[22] 웹사이트 https://www.aip.org/[...]
_[23] 웹사이트 https://www.aip.org/[...]
_[24] 웹사이트 4.4 Elements of Thermonuclear Weapon Design https://nuclearweapo[...] 2011-05-01
_[25] 일반
_[26] 뉴스 North Korea hydrogen bomb: Read the full announcement from Pyongyang https://www.cnbc.com[...] CNBC News 2017-09-03
_[27] 웹사이트 Israel's Nuclear Weapon Capability: An Overview https://web.archive.[...] 2016-10-03
_[28] 이미지 Improved Security, Safety & Manufacturability of the Reliable Replacement Warhead commons:File:Reliabl[...] NNSA 2007-03
_[29] 웹사이트 https://fas.org/sgp/[...]
_[30] 뉴스 Technical hitch delays renewal of nuclear warheads for Trident https://www.theguard[...] 2008-03-06
_[31] 웹사이트 ArmsControlWonk: FOGBANK https://www.armscont[...] 2008-03-07
_[32] 웹사이트 SAND8.8 – 1151 Nuclear Weapon Data – Sigma I https://fas.org/sgp/[...] Sandia Laboratories 1988-09
_[33] 이미지 The Greenpeace drawing. https://fas.org/sgp/[...]
_[34] 웹사이트
_[35] 이미지 Bravo fallout2.png File:Bravo fallout2.[...]
_[36] 웹사이트 https://direct.mit.e[...]
_[37] 웹사이트 4.5 Thermonuclear Weapon Designs and Later Subsections https://nuclearweapo[...] 2011-05-01
_[38] 웹사이트 Operation Hardtack I https://nuclearweapo[...] 2011-05-01
_[39] 웹사이트 Operation Redwing https://nuclearweapo[...] 2011-05-01
_[40] 논문 Radiological investigations at the "Taiga" nuclear explosion site: Site description and in situ measurements https://linkinghub.e[...] 2011-07
_[41] 논문 Radiological investigations at the "Taiga" nuclear explosion site, part II: man-made γ-ray emitting radionuclides in the ground and the resultant kerma rate in air https://linkinghub.e[...] 2012-07
_[42] 서적 The Role and Control of Weapons in the 1990s https://books.google[...] Routledge 2020-11-02
_[43] 웹사이트 Bulletin of the Atomic Scientists https://books.google[...] Educational Foundation for Nuclear Science, Inc 2020-11-02
_[44] 서적 SDI: Technology, survivability, and software https://books.google[...] DIANE 2020-11-02
_[45] 서적 The Role and Control of Weapons in the 1990s https://books.google[...] Routledge 2020-11-02
_[46] arXiv Fourth Generation Nuclear Weapons: Military effectiveness and collateral effects
_[47] 웹사이트 Never say "never" http://whyfiles.org/[...] 2011-05-01
_[48] 웹사이트 Restricted Data Declassification Decisions, 1946 to the Present (RDD-7) https://sgp.fas.org/[...] 2001-01-01
_[49] 서적 The Effects of Nuclear Weapons https://books.google[...] U.S. Department of Defense, U.S. Atomic Energy Commission
_[50] 논문 Radiological investigations at the 'Taiga' nuclear explosion site: Site description and in situ measurements
_[51] 논문 Radiological investigations at the 'Taiga' nuclear explosion site, part II: man-made γ-ray emitting radionuclides in the ground and the resultant kerma rate in air
_[52] 서적 The Release of Thermonuclear Energy by Inertial Confinement: Ways Towards Ignition https://books.google[...] World Scientific 2020-11-02
_[53] 서적 Weapons of Mass Destruction: An Encyclopedia of Worldwide Policy, Technology, and History https://books.google[...] ABC-CLIO, Inc. 2020-11-02
_[54] 웹사이트 Fission, Fusion and Staging https://www.ieri.be/[...] 2013-05-22
_[55] 웹사이트 The Air Force and Strategic Deterrence 1951–1960. USAF historical division Liaison Office by George F. Lemmer 1967, p. 13. Formerly restricted data https://nsarchive2.g[...]
_[56] 웹사이트 In Search of a Bigger Boom https://blog.nuclear[...] 2012-09-12
_[57] 웹사이트 2013 FOIA Log https://documents.th[...] 2014-10-06
_[58] 웹사이트 Case No. FIC-15-0005 https://www.energy.g[...] 2016-10-25
_[59] 웹사이트 An Unearthly Spectacle: The Untold Story of the World's Biggest Bomb https://thebulletin.[...] Bulletin of the Atomic Scientists 2021-10-29
_[60] 웹사이트 A new use for nuclear weapons: hunting rogue asteroids A persistent campaign by weapons designers to develop a nuclear defense against extraterrestrial rocks slowly wins government support 2013 https://publicintegr[...] 2013-10-16
_[61] 웹사이트 The mother of all bombs would sit in wait in an orbitary platform http://www.dailytech[...] 2013-10-17
_[62] 웹사이트 planetary defense workshop LLNL 1995 https://web.archive.[...]
_[63] 뉴스 The Hidden Travels of The Bomb: Atomic insiders say the weapon was invented only once, and its secrets were spread around the globe by spies, scientists and the covert acts of nuclear states New York Times 2008-12-09
_[64] 서적 The Los Alamos Primer University of California Press 1992
_[65] 간행물 Warhead Politics: Livermore and the Competitive System of Nuclear Warhead Design UCRL-LR-124754 1995-06
_[66] 웹사이트 Declaration for the Wen Ho Lee case https://fas.org/irp/[...] 2000-05-17
_[67] 서적 The Swords of Armageddon 1995
_[68] 서적 Swords of Armageddon https://www.uscoldwa[...] 1995
_[69] 서적 Swords of Armageddon https://www.uscoldwa[...] 1995
_[70] 잡지 We Were Trapped by Radioactive Fallout The Saturday Evening Post 1957-07-20
_[71] 서적 Dark Sun; the Making of the Hydrogen Bomb https://archive.org/[...] Simon and Schuster
_[72] 서적 The Swords of Armageddon
_[73] 학술지 Nuclear Weapons Safety:The Case of Trident https://scienceandgl[...] 1994-01-01
_[74] 서적 From Polaris to Trident: The Development of the U.S. Fleet Ballistic Missile Technology https://books.google[...]

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