DE2601365A1 - Ballistischer fusions-sprengkopf - Google Patents

Description

• Ballistischer Fusions-Sprengkopf Die Erfindung b e t r i f f t einen ballistischen Fusions-Sprengkopf.
• Er kann als Artilleriegeschoss, Panzerkanonen-Geschoss, Panzerraketenkopf, Flugabwehrraketenkopf, Flak-Granate, Luft-Boden-Abwehrgranate oder Luft-Boden-Abwehrraketenkopf, auch als Bomhenlcopf,Anwendung finden Er ist ein Nuclearw Kopf, dessen Sprengkraft durch Kernverschmelzung an leichten Ladungskernen herkömmliche konventionelle Waffen überbietet, obwohl er nach Kaliber und Gewicht, sowie nach Anwendung, noch taktische Waffe ist.
• Nucleare Wasserstoffwaffen gibt es bis jetzt nur in Verbindung mit dem aufwendigen Plutoniumsprengsatz, einer Atombombe in dem Atomsprengkopf. Der neue Wasserstoffsprengkopf kann auf diesen Typ von Zündung verzichten. Er braucht keine nucleare Initialzündung. Er wird billiger einfacher,kleinkalibriger und leichter als der herkömmliche Wasserstoff-Sprengkopftyp. Bis herab zu Kaliber 6,5 cm lässt er sich z.B. in Panzearabwehrgranaten bzw,-Raketen verwenden bei einem Totalgewicht 35 kp. Natürlich ist seiner Grösse nach oben keine Grenze gesetzt.
• In Anwendung als Panzerabwehrgeschoss lässt er sich auch mit Liner (Hohlladung mit Auskleidung) ausstatten und bekommt dadurch eine bisher ungeahnte Durchschlagkraft.
• Diese Erfindung ist eine weitere Anwendung in der breiten Applicationspalette des kürzlich von mir zum Patent angel meldeten " Verfahren zum Erzeugen hohen Drucks und hoher Temperatur in Gasen" wobei es um die " pyrotechnisch-baliistische Pumpe" geht, eine kanonenartige Vorrichtung, mit welcher z.B. ein Deuteriumgas oder ein gewöhnlicher Wasserstoff 7H unter Ausschluess der bisher versuchten aber nie geglückten Hilfsmittel und Verfahren, in einer einfachen Weise auf einen Druck von 31 Megabar und eine Temperatur von 25 Megagrad Cels. gebracht und insofern abreaktionsreifzum Übergang in Helium,unter Gewinn von 610 .199 Kaal je Mol He wird, wobei ferner dieser Gewinn seine Eigentemperatur über diese 25 Megagrad Cels. steigert auf etwad5oo Megagrad, wobei keinerle# toroidal-magnetischer Einschluss des Plasma mehr nötig wird.
• Die hier angemeldete erfindung eines nuclearen SprengkoBes wurde von der Hauptanmeldung deshalb getrennt, weil, sie als Waffe"Geheim"wird und sie in dieser Hinsicht die Anwendung des neuen Verfahrens zum Zünden von Fusions-Kraftreaktoren , sowie als Triebwerk für Raketen,Booster, Raumprojektile, auch als Wärmequelle für Fernheizwerke, als Kraftfahrzeugantrieb, und neue Plasmaquelle für Magnetohydrodynamische Erzeugung elektr. Energie direkt aus Wärme, nicht behindern soll. Sie ist Nebenprodukt dieses Verfahrens und dessen grösserer friedlichen Anwendungspalette.
• Diese neue Fusionswaffe resultiert daraus, dass das Verfahrensprinzip, eine hohe Temperatur durch"pyrotechnischballistisches Pumpen " mit einer Kanone zu erzeugen, invertiert wird.
• Während beim übergeordneten Verfahren das als Kolben wirksame Geschoss einer Kanone im Auslauf der " inneren Ballistik" ihres Laufes in einem ruhenden Festsysten eine Wasserstoffgas-Dosis komprimiert und heizt durch kinetische Energie des Geschosses, das den Lauf aber nicht verlässt, wird hier in das zum Feindziel fliegende Geschoss diese " innere Ballistik" eingebaut und beruht auf Trägheitswirkung Die Erfindung besteht darin, dass Im Geschoss (1) ein Kolben (3) mit Kolbenzapfen ( 4) gleitend in Bohrung (d1) eingebaut ist, welcher beim Aufprall des Projektils auf sein Ziel In der gasgefüllten Bohrung d3 , bezeichnet mit (6), eines Zylinders (5) die Kompression dieser Gasfüllung unter Trägheitswirkung des Kolbens durch seine konetische Energie ausführtSsodass unter Zündung der Zündverstärkerkette (9,10), welche vom Verfahren her bekannt ist, über sie der vom Kolben initi.iEerte ZiUndeffekt an einigen Kubikzentimeter Primärgas verstärkt übergeht auf eine Hauptgasladung (14), unter deren Zündung das Geschoss detoniert, wobei alle Zündeffekte einschliesslich des Trägheitspumpens binnen Mikrosekunden ablaufen.
• In den drei Figuren der Zeichnung sind drei verschiedene Ausführungen dieses Systems schematisch in einem Längsschnitt gezeigt.
• Figl. zeigt eine Artilleriegranate, ebenso als Bombe machbar, bei welcher dieser oben genannte im Durchmesser abgesetzte Kolben (3,4) eingebaut ist und auf die Bohrung (6) des eingebauten Zylinders (5) bzw das darin enthaltene Zündgas komprimierend einwirkt, unter Trägheit beim Aufprall des Geschosses, unter Nutzung seiner kinetischen Kolbenenergie.
• Fig.2. zeigt einen Typ, bei welchem auf diesen abgestuften trägen Kolben verzichtet wurde, An der Geschossspitze ist ein relativ dünner Schlagstift (4) in einer zündgasgefüllten Bohrung des Granatkörpers eingesteckt welche mit (6) bezeichnet ist,sodass beim Aufprall des Projektils auf sein Ziel der Stössel (4) die Gasdosis (6) durch Komprez-sion unter Ausnutzung der Kinetischen Energie des Granatkörpers zündet,wobei die Zündung übergeht auf die Zündverstärkerkette (10,11), welche dann die Hauptladung (14) zündet.
• Fig.3. zeigt dasselbe Prinzip wie die Fig.2,, in einer etwas anderen Geometrie, welche an der Granatvorderseite für Panzerabwehrgeschosse extra das Unterbringen eines " Liners" (18) zulässt (Hohlladungstyp, der Wasserstoffgranate).
• Im Einzelnen sind Bau- und Wirkungsweisen folgende: Fig. 1 Im Granathohlkörper (i) aus Stahl ist in der mittleren Zone seiner Länge (l ) der Zylinderblock (5) eingepresst, aus Stahl'oder aus Blei gefertigte Hinter ihm ist in der Bohrung d1 der Kolben (3) gleitend angeordnet.Er hat einen als Kompressorschaft wirkenden Zapfen (4). Der Kolben hat Durchmesser d1, sein Zapfen Durchmesser d3. Kolbenlänge ist ( 1), Zapfenlänge (4). Damit sich beim Kolbenvorlauf kein Vakuum bildet, sind im Granatkörper radiale Bohrungen (16) eingebracht zur Belüftung Die Granate hat Kaliber d2. Der Deckel ist mit (15) bezeichnet. Die Kammern (6,8,9,11,14) sind mit Brenngas gefüllt , z.B. mit Deuteriumgas, Tritiumgas, bei Anwendung des " Sonnenprozesses " im Bereich 25 Megagrad Cells auch mit gewöhnlichem Wasserstoff H2. In der Zone (2) hat der Granatkörper ebenfalls radiale Bohrungen ,welche im Vorlauf des Kolbens zur Dekompression dienen. Das in -(i) enthaltene Gas wird dabei als überflüssig ausgepufft. Die Hauptfüllung ist (14). Die Bohrungen (8,10,13) sind nach dem Begasen schmelzbar verstopft.
• Mit (7) ist die Bohrung bezeichnet, in welcher nach dem Druckstoss die Zünddosis des vor der ICompression in (6) enthaltenen Gases konzentriert wird. Die gasgefüllten Kammern (9,11) bilden den zweistufigen Zündverstärker. Kammer (11) ist mit Deckel (12)gedichtet und die Bohrung (13) ist schmelzbar verst#pft.
• Die Wirkungsweise ist folgende: Beim Aufprall aufs Ziel tritt am Kolben (3,) ein Trägheitsschub nach vorne ein. Er pufft das Gas (21) durch (2) aus, sein Bolzen (4) komprimiert die Gaszünddosis der Bohrung d3/l3 auf den Raum der kleinen Bohrung ( (8) mit 30 Megabar bei Temperaturerhöhung auf 25 Megagrad adiabatisch zusammen.
• Die Gasdosis zündet und geht unter @ je Mol He in Helium über,wobei sie die eigene Temperatur unter diesem Gewinn steigert auf 1,5 Gigagrad. Die Zündgas--6 dosis hat Gewicht 4,5,10 p, Der Kolben (3,4) hat ein Gewicht 25 (kp),die Granate eine Aufprallgeschwindigkeit 2000(m/sec),die Bohrung (4) von d3= 1cm und = = 3e2 (cm) ist gasgefüllt,der Kolbenzapfen (4) hat bei der Kompression Vorlaufzeit 160 Mikrosekunden, und bildet in der Zündgasdosis einen Druck 31 Megabar aus bei einer aus seiner kinetischen Energie in adiabatischer Kompression an 25 cm3 Deuterium , bezogen auf 760 Torr, sich aus der kinetischen Kolbenenergie entwickelnden Temperatur 25,4 Megagrad Cels.
• Die stossartige Kurzzeittechnik dieser Kompressionsart eingebauter Ballistik lässt der Zundgasdosis keine Chance, durch die unvermeidliche Undichte zwischen Kolben und Bohrung zu entweichen, Der Plasmaeinschluss wird bei pyrotechnisch-ballitischer Pumptechnik des genannten Verfahrens, das hier nur noch rein ballistisch ist, erzwungen, im Gegensatz zu den bisher laufenden Bemühungen mit Stellarator,Druckkammersystem, TOKANAK und JET-Hohlring, die das Plasma noch nicht zündeten,weil die "Undichte" des Toroidfeldes und die Mikroinstabilitätseffekte des ionisierten Plasma die Teilchen "entwei#hen "lassen.
• Das heisse Plasma schmilzt den Stopfen (8) aus und dringt in die brenngasgefüllte Kammer (9) der ersten Zündverstärkerstufe ein.Sie enthält 250 cm3 Deuterium oder anderes Reaktionsgas, bezogen auf 76o Torr, hat ein Gewicht 4,5.10-# # (kp) Dieses wird vom heissen Plasma gezündete Das zündende Plasma hatte bei Abreaktion 25,4 Megagrad, gewinnt bei Reaktion 3,8.105 (Kcal) Bindungswärme und wird dadurch 1,52 Gigagrad Temperatur erhalten. Das Gas von Kammer (9) bekommt Temperatur 3,8.10+5 (Kcal).
• = 8,6.107 Grad,wobei 100 (Kcal/kp.Grad).4,5. 10-5 (kp) die bei 100° C bekannte spez.Wärme von D2 für 86 Megagrad zu 100 ( Kcal/kp.Grad) angenommen wurde.
• Dieses Gas der Kammer (9) reagiert dabei ab zu Helium und gewinnt dabei an Bindungswärme 4,5.10-5kp.610. (Kcal/ Mol He) .109 = 6,9 lo (Kcal) 4 ( kp/Mol He) welche sein Eigentemperatur steigert auf 6.9.106 (Kcal) = 1,52.109 Grad C.
• 4,5.10-5 ( kp) . 100 (Kcal/ kp.Grad) Mit dieser Wärme und Temperatur zu ur und bei einem zugeordneten Druck von etwa 500 Megabar dringt dieses Gas in die zweite Zündverstärkerkammer ( 11 ) nach Ausstossen von Stopfen ((10) ein. Sie enthält 1250 cm³ Brenngas, bezogen auf ##0 Torr, -4 vom Gewicht 2,4.10 (kp) und erhält vom eindringenden Gas die Temperatur 6,9.10#(Kcal) = 2,8.108 Grad 100 ( Kcal/kp.Grad) . 2,4.10-4(kp) bei welcher es unter Gewinn von Bindungswärme 2,4.10-4(kp) . 610.109 (Kcal/mol He) = 3,8.107 (Kcal) 4 (kp/Mol He) abreagiert zu Helium und seine Eigentemperatur daraus erhöht auf 3,8.1o7 (Kcal) 4 = 1,52. 109 Grad C.
• 100 ( Kcal/kp.Grad) . 2,4.10 (kp) Mit dieser Wärme und Temperatur schmilzt es die Stopfen (13) des Deckels (12) und dringt zum Brenngas (14) der Hauptladung ein, welches 10000 cm3 Deuterium bzw. anderes Reaktionsgas, bezogen auf Normaldruck, bei Gewicht 1,8.10-3 (kp) enthält.
• Dieses erhitzt sich dabei auf 3,80.107 (Kcal) = 2,1. . 107 Grad Cels.
• 100 ( Kcal/kp.Grad) . 1,8.10-3(kp) und reagiert zu Helium ab unter einem Temperaturanstieg durch Gewinn von Bindungswärme 1,8.10-3kp.610.109 ( Kcal/Mol He) = 2,8.108 (Kcal) 4 ( kp/Mol He) auf 2,8.10 (Kcal) = 1,52 109 Grcld C.
• 100 (Kcal/kp.Grad) . 1,8.10-3(kp) und krepiert.
• Die ganze Reaktionskette von 4 Zündeffekten ,beginnend an der vom Kolbenzapfen (4) komprimierten Primärgasdosis (6) bis zur Hauptladung (14) läuft binnen Millisekunden ab und lässt bei der lediglich durch Kernverschmelzung polytrop abartenden Zustandsänderung kaum Verluste zu Die oben eingeführten baulichen Grössen, z.B. die Volumina e der Zündverstärkrkammern (9,11) sind noch unverbindlich.
• Sie werden mitunter so verkleinert, dass Die Körper (f,5) bei dem hohen Druck und der hohen Temperatur ihrer Abreaktion, bei welcher hier in diesem Zahlenbeispiel maximal 109 Grad 7 und 5,9.107 Kcal freigesetzter Wärme vorkommen, nicht krepl.eren.
• Fig.2.
• Hier ist vorne im Granatgehäuse (1) der Kompressionszylinder(6) mit Kompressionsbohrung(6) und Zündverstärkerkammern (9,11) eingepresst und befestigt. In seine Bohrung (6) taucht der vorne bis zur Granatspitze reichende Schlagbolzen (4) ein, welcher als Kolben dient. Die zu komprimierende Primärgas dosis hat Länge l3 wie bei Fig.1. Der nötige Kolbenhub ist ebensogross. Der hintere Teil des Hohlraums (14) ist mit der Gas-Hauptladung (14) besetzt, Die Spitze des Systems bildet die zerbrechliche Kappe (17)> aus Kunststoff,z.B.
• Bakelite.
• Wirkungsweise: Hier ist keine Trägheit am Systen beteiligt, im Gegensatz zu Fig.1. An deren Stelle wirkt die kinetische Energie der Granate , indem sie beim Aufprall und nach Zerbrechen von (17) den Schlagstempel (4) in die Kompressionsbohrung treibt.
• Dadurch erhält die Primärgasdosis (6) ihre Kompression und Wärme wie bei Fig.1. am Zahlenbeispiel gerechnet.
• Der Vorteil des Systems gegenüber Fig.1. ist die leichtere Bauweise und Eignung zu kleinen Kalibern.
• Nach Zünden der Primärdosis ( 6) überträgt sie ihre Wärme an die erste Verstärkerstufe (59), und diese reagiert ab zu Helium und überträgt ihre Wärme an Kammer (11), welche nach ihrer Reaktion ihre Wärme weitergibt an die Hauptladung (14), worauf diese abreagierend detoniert.
• Einer der Vorteile dieser Bauweise besteht darin, dass man nach Fig. 3. auch einen metallischen Liner(Trichter) nach Art einer Panzerbrechenden Hohlladung unterbringen kann,welcher- Dank der riesigen Überlegenheit des Deuteriums-gegenüber dem bis jetzt gebräuchlichen TNT der panzerbrechenden Hohlladungen -den Grad panzerbrechender Wirkung um mehrere Grössenordnungen anheben dürfte.
• Wobei auch zu berücksichtigen ist, dass diese Wasserstoff-Sprengköpfe auch schon allein durch ihre Detonation einen Panzer und seine Periferie ausser Gefecht setzen.
• Fig.3.
• Die Sprenggranate mit Liner hat folgende Bauweise: Wie bei Fig.2. besteht sie aus dem Rohrkörper (1), der zerbrechlichen Kappe (17) aus Bakelite oder Plexiglas, dem Boden mit Kupferring (15)welcher in seinem inneren zylindrischen Fortsatz (19) die Kompressionsbohrung (6) und die hinten anschliessenden Kammern Kammern ( 9,11) des zweistufigen Zündverstärkers nebst Bohrung (7) des Zündgasendvolumens und Zündbohrungen (8,10,13) enthält.
• Vorne ist der Trichter (Liner) (18) aus Kupfer eingesetzt in den konischen Auslauf des Mantels (1) bzw. des Kerns (19).
• der Liner ist rings umgeben vom Füllgas(14).Zu diesem Zweck hat der Kern (19) vorne auch noch radiale Fenster (20) welche dem Gas des Mantels Zutritt zum konischen Ende des Trichters (18) geben, Der Kolben (4) taucht ein Stück weit in die gasgefüllte Bohrung (6) ein und stösst vorne an der Kappe (4), von welcher er gehalten wird, an.
• Die Wirkungsweise ist wie bei Fig. 2. , unter Hinzukommen der Liner-Funlction, folgenda Das Geschoss prall auf dem harten Ziel auf, die Kappe (17) zerbricht, der Kolben (4) wird in die gasgefüllte Kompressionsbohrung (Zylinderbohrung) (6) gestossen und komprimiert die Zünddosis auf Restv#lumen (7).Sie reagieryt bei etwa 25 Megagrad und 30 Megabar ab zu Helium, welches dio verpfropfte Bohrung (8) durchstösst, die gasgefüllte Kammer (9) zündet - 12 .
• Ihr Gas reagiert ab zu Helium. Dieses stösst durch die verpfropfte Bohrung (io) in die zweite Verstärkerkammer (11) und zündet ihr Gas. Dieses reagiert ab zu Helium? stösst durch die Bohrungen (13) in den Raum (14) der Hauptgasladung und zündet sie. Die Ladung reagiert zu Helium ab, die Granate krepiert, sie beaufschlagt vorne ringsum den Liner, schmilzt ihn und bildet ihn zum "Stachel" , welcher mit 10000 m/sec. Geschwindigkeit der Detonationswelle voreilt und den Panzer mit einem Loch bricht, Die Detonationswelle bei 1 Megagrad Periferaler Temperatur tut ihr Übriges.

Claims (1)

1. Patentansprüche Anspruch Ballistischer Fusions-Sprengkopf , für Granaten,Bomben,Raketen,dessen Panzerbrechende bzw. detonierende Wirkung auf Atomkernverschmelzung eines enthaltenen Gases beruht und dessen Prozess nach dem bekannt gewordenen " Verfahren zum Erzeugen hohen Druckes und hoher Temperatur in Gasen" abläuft bzw. initiiert wird, wobei eine kleine Initialgasdosis (6) durch einen Kolben auf Verschmelzungstemperatur erhitzt eine Zündverstärkerkette (9,11) zündet und diese erst die Hauptladung (14) zündet, nach Fig.l, dadurch gekennzeichnet, dass im Geschoss ( 1) ein Kolben (3) mit Kolbenzapfen (4) gleitend in der Bohrung (#) vom Durchmesser d1 eingebaut ist, welcher beim Aufprall des Projektils auf sein Ziel durch seine kinetische Energie und Trägheitswirkung mit seinem Zapfen (4) in der Bohrung d3 die Initialgasdosis (6) auf Verschmelzungstemperatur ihrer leichten Atomkerne komprimiert,sodass sie zu Helium oder anderem Gas abreagierend Bindungswärme und weitere Temperatursteigerung gewinnt, und durch Schmelzpfropfen (8,9,13) hindurch die Zündkammern (9,1t) des Verstärkers unter Zunahme der Wärmeleistung und dann die Hauptladung (14) zFndet, wobei alle Kammern mit geeignetem Gas gefüllt sind und die Zündgasdosis im komprimierten Zustand etwa den Raum der kleinen Bohrung (7) einnimmt, und wobei die Haupt-Gasladung, Deuterium oder Tritium oder 1H , ( 14) die Granate sprengt und krepieren lässt, und wobei die Wärmeinhalte und Temperaturen der in den Kammern (7,9,11) abreagierenden Zündgasdosen so proportioniert sind, dass sie vor Zündung von (14) die Granate nicht sprengen können.

   Anspruch 2, Ballistischer Fusions-Sprengkopf nach Anspruch 1., gemä3s Fig.2. jedoch dadurch gekennzeichnet, dass anstelle eines schweren trägen Kolbens ein relativ dunner leichter Kolben Noch Anspruch 2.

   (4) an der Spitze des Geschosses angeordnet in die Bohrung (6) des Zylinders (5) ein Stückchen eintaucht,welche mit leichtkernigem Zendgas gefüllt ist und hinter sich wie bei Fig.1, die mehrgliedrige Verstärkerkette (9,11) bzw. die Restvolumenbohrung (7) und die verstopften Zündbohrungen (8,13,10) hat, sodass beim Aufschlag der Granate auf ihr Ziel von ihrer kinetischen Energie (Trägheit der gesamten Granatmasse) der Kolben (4) in die Kompressionsbohrung (6) eingeschlagen das enthaltene Gas in Bohrung (7) zur Kernverschmelzungstemperatur komprimiert t dieses zu Helium abreagierend unter Gewinn an Bindungswärme durch die Bohrung (8) die Verstärkerkette zündet, und dann der Prozess abläuft wie bei Fig.1., wobei in der Regel die Hauptladung (t4) am rückwärtigen Teil des Projektils enthalten ist,an seinerSpitze aber eine zerbrechbare Kappe(17) aus Kunststoff oder Metall (spritzguss) den Kolben (4) hält und das Geschoss windgerecht verkleidet.

   Anspruch 3.

   Ballistischer Fusions-Sprengkopf nach Anspruch 2., gemässFig.

   -3. als panzerbrechende Waffe dadurch gekennzeichnet, dass dass wie bei Fig.2. der dünne-, leichte und lange Schlagkolben (4) an der Granatspitze angeordnet , von der Kappe (17)-gehalten und windschnittig verkleidet, ein Stuckchen in die am Granatboden angefertigte Bohrung (6) des Fortsatzes (20) eintaucht, hinter ihr wie bei Fig.2. die Zündverstärkerkette, nämlich die Restvolumbohrung (7) , die Kammern (9),(11) und Zündbohrungen (8,10) folgen, die letzte Zundkammer radiale Bohuungen(13) zur ringförmigen Hauptkammer (t4) hat, sodass der Zünd- und Detonationsvorgang abläuft wie bei Fig.2. und Anspruch 2., mit dem Unterschied, dass vorne im Mantel (1) und Fortsatz (19) der bekannte aus Kupfer gefertigte Liner (Trichter)(18) angeordnet ist, welchen das Hauptgas (14) an seinem Mantelinhalt und auch durch Fenster (20) des Port-atzes (19) hindurch tangiert, sodass der Hauptdetonationswelle der vom Liner gebildete metallische Stachel vorwegeilt , den Panzer mit einem gegenüber Noch Anspruch 3.

   der TNT-Hohlladung um Grössenordnungen überlegenden Wirkung bricht, und danach die Hauptdetonationswelle des Gases seine Wirkung tut.

   Anspruch 4.

   Ballistischer Fusions-Sprengkopf nach Ahsprüchen 1. bis 3., dadurch gekennzeichnet, dass alle vier Ladungsräume des Projektils, nämlich die Kammern ( 6,7,9,11) über die Zündbohrungen (8,10,12 bzw. 13) , bei Fig.1. auch die Kammer (21) mit einer geeigneten Ladevorrichtung vor dem Schliessen der Granate gemeinsam mit Detonationsmedium geladen dann erst die Zündbohrungen geschlossen werden und der Boden eingesetzt wird,wobei das Laden aus einer Gasflasche w n höherem Druck erfolgt um die Realctionsräume klein zu halten.