No puedo decir con certeza.
Pero, después de la primaria, solo mirando los diseños de varias etapas para los que hay dibujos en la web, diría que se escalan linealmente.
Eso no quiere decir que las armas de fusión-fusión-fisión … no se pudieran fabricar a escala exponencialmente, me imagino que es posible aumentar el tamaño de cada etapa de fusión posterior en un factor constante, pero no sé cómo grande. Esto puede o no haberse hecho con armas reales, pero en realidad no he visto ningún dibujo realmente detallado de las armas de etapa de fusión múltiple conocidas, y no creo que estas sean de dominio público en absoluto.
Nunca he hecho ningún cálculo, pero hay diseños conceptuales en la web para armas de múltiples etapas, que tienen hasta siete u ocho etapas de fusión. Si busca, los encontrará, y además encontrará mucha más información útil, pero no voy a dar enlaces. Pero no podría decir personalmente que funcionarían con seguridad. Parecen plausibles, pero también lo hizo el diseño original de velas de Teller para el Super.
Es posible que el candelabro funcione incluso con una primaria lo suficientemente grande, y si es así, no creo que haya un límite en el rendimiento de la segunda etapa en dicho diseño. Solo dependería de la masa de combustible en el candelero.
Ahora, sabemos que el diseño de Teller-Ulam fue elegido al final tanto porque se demostró que el candelabro como Teller lo dibujó no podía funcionar, aunque eso no fue nada fácil de mostrar, y también se eligió porque Teller-Ulam fue el más eficiente en términos de relación rendimiento / peso en rendimientos prácticos, que es lo que importaba para los ICBM. No significa que Teller-Ulam sea el único diseño posible. Es solo el diseño sobre el que se han filtrado algunos detalles básicos con el tiempo.
Por supuesto, con una eficiencia del 100%, el rendimiento de una etapa dada dependería linealmente de la masa de combustible que se quema en ella. Pero es poco probable que se alcancen tan altas eficiencias y también hay escalas de tiempo. Los rendimientos escalan linealmente en la masa de combustible y, por lo tanto, probablemente también linealmente en la masa del arma, aunque ciertamente no está claro cuál sería la relación rendimiento / peso máximo. Las etapas posteriores podrían arder, por ejemplo, a eficiencias progresivamente más bajas, lo que pondría un límite en el número de etapas y, por lo tanto, en el posible rendimiento máximo.
Es cierto que la fisión inicial o, más probablemente, la etapa de fisión aumentada, para reducir el peso, no necesita ser un rendimiento muy alto: 40–100 kT probablemente sea suficiente. Este primario en sí mismo se desencadena por implosión química que tiene una contribución minúscula al rendimiento general, por supuesto.
Luego, en el diseño Teller-Ulam, la radiación X de la etapa inicial de “fisión” comprime un material de manipulación de alta Z aproximadamente cilíndrico, que rodea el combustible de fusión. El sabotaje puede ser fisionable o no. La compresión es mucho más eficiente que la compresión química y la compresión y el calentamiento logrados son suficientes para provocar la combustión por fusión en el combustible, que normalmente sería deuteruro de litio 6, o simplemente deuteruro de litio, lo que aumentaría el rendimiento debido a las reacciones. en litio-7. Se podría usar deuterio puro, pero necesitaría ser licuado. Esto solo se hizo una vez en el tiro de Ivy Mike. No produce un arma práctica: ese dispositivo era tan grande como un pequeño edificio de varios pisos.
Fue la URSS la que primero logró un arma de fusión entregable.
Teóricamente, después de que la primera etapa de fusión se haya quemado, entonces tienes una radiación X mucho más intensa de la reacción de fusión que podría usarse para comprimir y encender una segunda etapa de fusión. Teóricamente, este dispositivo podría ser incluso más grande que la primera etapa, posiblemente por un factor grande o incluso pequeño, pero si el diseño puede repetirse, cualquier factor constante conduciría a un crecimiento exponencial en el rendimiento para un gran número de etapas.
Pero en los diseños conceptuales que he visto, las etapas de fusión se apilan linealmente una encima de la otra dentro de una carcasa de sabotaje muy grande en forma de salchicha y, si el momento es el correcto, presumiblemente obtendrá una onda de compresión que se mueve hacia abajo de la línea encendiendo cada uno sucesiva etapa de fusión, antes de que el caso tenga tiempo de expandirse tanto que todo simplemente se detenga. Este tipo de dispositivo esperaría tener un rendimiento que se escalara linealmente en el número de etapas de fusión.
El rendimiento de una etapa de fusión depende de la cantidad de combustible incluido; probablemente haya una cantidad máxima posible que depende del rendimiento de la etapa de fisión aumentada inicial, la masa del tamper y la caja y otros parámetros. La velocidad de propagación de la radiación a través del material de baja Z que mantiene las diversas etapas en su lugar, sin duda entra en cuestión, al igual que la dinámica de fluidos de materia muy altamente comprimida. Por lo tanto, se deben hacer suposiciones muy inteligentes sobre la ecuación de estado, que simplemente no se conoce muy bien.
Sabemos por las pruebas de armas reales que el rendimiento de fusión de la primera etapa puede ser mucho mayor que el rendimiento de la primaria: hubo el famoso caso de la prueba en el atolón de Bikini que produjo alrededor de 15 MT, tres veces las 5 MT que se esperaban de cálculos, debido a la presencia de litio-6 y litio-7 en el deuteruro de litio. Los teóricos habían imaginado que el litio-7 sería inerte, pero resulta que no es inerte en absoluto. Ese fue un error muy malo.
Pero lo principal en esta arma era indudablemente tan pequeño como podría funcionar. Entonces este es un factor enorme en el rendimiento relativo.
La fusión solo puede continuar mientras la geometría no comience a expandirse físicamente demasiado; se mantiene solo por las altas presiones producidas por la ablación de la superficie de manipulación. Una vez que todo esté vaporizado, todo comenzará a expandirse debido a las enormes presiones.
Por lo tanto, cualquier diseño de etapas múltiples debe canalizar inmediatamente una gran cantidad de radiación X a la siguiente etapa de fusión, y lo que me preocupa sobre los diseños de etapas múltiples que he visto es que la radiación podría comenzar a distorsionar la carcasa externa aguas abajo demasiado pronto, o eso puede haber flujo de retorno de radiación.
Estados Unidos construyó una ojiva de tres etapas: la B-41 que tenía un rendimiento de 25 TM. No hay dibujos públicos reales del diseño real que yo sepa.
Pero espero que sea un diseño Teller-Ulam de tres etapas. Entonces: fisión-fusión-fusión-fisión, con ambas etapas de fusión teniendo probablemente el mismo rendimiento (aunque, de nuevo, ¡no he visto los dibujos!) Y apiladas una encima de la otra, o una al lado de la otra. La carcasa exterior se construyó en dos versiones, una que creo que usaba plomo, y una que contiene uranio. La versión sucia de alto rendimiento tenía el uranio. Este monstruo aparentemente pesaba unos 4500 kg.
Al usar HEU para la carcasa exterior, realmente podría aumentar el rendimiento. Pero sería muy costoso. Por lo tanto, se dice que el B-41 ha logrado una relación rendimiento / peso de aproximadamente 5 TM por tonelada.
Este rendimiento en peso realmente supera al Tsar Bomba cuando explotó, y probablemente también fue un diseño Teller-Ulam de múltiples etapas, realmente debería decir diseño Sakharov, ya que claramente inventó el diseño de forma independiente.
Pero hay algunos rumores que he visto sobre otros diseños soviéticos. Incluso se dijo que algunos de estos diseños eran multicapa y esféricamente simétricos.
Olvidé el nombre: creo que se llamaba algo así como el Sloika. No he visto ningún dibujo real.