уранова бомба
Принцип на действие
Ядрените оръжия се основават на неконтролирана верижна реакция на ядрено делене. Има две основни схеми: "оръдие", иначе наричано балистично, и имплозивно.
« оръдие"схемата е типична за най-примитивните модели ядрени оръжия от 1-во поколение, както и артилерия и малки оръжия ядрени оръжия, като има ограничения за калибъра на оръжията. Неговата същност се състои в „изстрелването“ един към друг на два блока делящ се материал с подкритична маса. Този метод на детонация е възможен само в уранови боеприпаси, тъй като плутоният има по-висок неутронен фон, което води до увеличаване на необходимата скорост на свързване на части от заряда, надвишаваща технически постижимата.
"Имплозивен"схемата предполага получаване на суперкритично състояние чрез компресиране на делящ се материал с фокусиран ударна вълна, създадена от експлозия на конвенционални химически експлозиви, на която се придава много сложна форма за фокусиране и детонацията се извършва едновременно в няколко точки с прецизна точност.
Мощност на ядрения заряд работещи изключително на принципите на делене на тежки елементи, ограничено до стотици килотона . Възможно е, но изключително трудно да се създаде по-мощен заряд, базиран само на ядрено делене. Най-мощният боеприпас в света, базиран само на ядрено делене, е тестван в САЩ на 15 ноември 1952 г., мощността на експлозията е 500 kt.
За да може реакцията да се поддържа, е необходимо подходящо „гориво“, което се използва в първите етапи като изотоп на уран.
Уранът се среща в природата под формата на два изотопа - уран-235 и уран-238. Когато уран-235 абсорбира неутрон по време на процеса на разпадане, се освобождават от един до три неутрона:
Уран-238, от друга страна, не освобождава нови неутрони, когато абсорбира неутрони с умерена енергия, предотвратявайки ядрена реакция. Той се превръща в уран-239, след това в нептуний-239 и накрая в относително стабилен плутоний-239.
За да се осигури производителност ядрена бомбасъдържанието на уран-235 в ядреното гориво трябва да бъде най-малко 80%, в противен случай уран-238 бързо ще потуши ядрената верижна реакция. Почти целият естествен уран (около 99,3%) се състои от уран-238. Следователно при производството на ядрено гориво се използва сложен и многоетапен процес на обогатяване на уран, в резултат на което се увеличава делът на уран-235.
Бомбата на основата на уран стана първото ядрено оръжие, използвано от човека в бойни условия (бомбата "Хлапе", пусната над Хирошима). Поради редица недостатъци (трудности при получаването, разработването и доставката) те в момента не са често срещани, отстъпвайки на по-модерните бомби, базирани на други радиоактивни елементи с по-ниска критична маса.
Първото ядрено оръжие, детонирано за тестови цели, беше ядрено устройство„Приспособление“, „Нещо“ (англ. джаджа- устройство, дрънкулка) - прототипът на плутониевата бомба Fat Man, пусната над Нагасаки. Тестовете са проведени на полигон близо до град Аламогордо в Ню Мексико.
Структурно тази бомба се състоеше от няколко сфери, вложени една в друга:
- Импулсен неутронен инициатор (INI, "таралеж", "таралеж" (англ. таралеж)) - топка с диаметър около 2 см, изработена от берилий, покрита с тънък слой от сплав от итрий-полоний или метален полоний-210 - основният източник на неутрони за рязко намаляване на критичната маса и ускорение на началото на реакцията. Той стреля в момента на прехвърляне на бойното ядро в суперкритично състояние (по време на компресията се получава смес от полоний и берилий с освобождаване на голям брой неутрони). Понастоящем краткотрайният полоний-210 е заменен от дългоживещ плутоний-238, който също е способен на мощен неутронен импулс, когато се смеси с берилий.
- Плутоний. Най-чистият плутоний-239 изотоп е желателен, макар и за повишаване на стабилността физични свойства(плътност) и подобряване на свиваемостта на заряда плутоний се легира с малко количество галий.
- черупка (английски) подправяне), който служи като рефлектор на неутрони (от уран).
- притискаща обвивка тласкач) от алуминий. Осигурява по-голяма равномерност на компресия от ударната вълна, като в същото време предпазва вътрешните части на заряда от директен контакт с експлозиви и горещи продукти от разпадането му.
- Експлозив със сложна детонационна система, която осигурява синхронизиране на детонацията на целия експлозив. Синхронността е необходима за създаване на строго сферична компресивна (насочена вътре в топката) ударна вълна. Несферична вълна води до изхвърляне на материала на топката чрез нехомогенност и невъзможност за създаване на критична маса. Създаването на такава система за локализиране на експлозиви и детонация навремето беше една от най-трудните задачи. Използва се комбинирана схема (система от лещи) от "бързи" и "бавни" експлозиви - боратол и TATV.
- Корпусът е изработен от дюралуминиеви щамповани елементи - два сферични капака и колан, свързани с болтове.
Бойна железопътна ракетна система БЖРК 15П961 "Молодец" с междуконтинентална ядрена ракета
Ракета RT-23 UTTH и ракетна системакато цяло развит в<КБ>Юг в Днепропетровск, генерален дизайнер академик V.F. Utkin. Влакът и пусковата установка са разработени в KBSM, Ленинград, главен конструкторАкадемик А.Ф. Уткин. През 1987-1991г Изградени 12 комплекса .
Съставът на BZHRK включва:
1. Минимум три модула за стартиране
2. Команден модул, състоящ се от 7 коли
3. Автоцистерна със запаси от ГСМ
4. Три локомотива DM62
Минималният стартов модул включва три коли:
1. Стая за управление на пусковата установка 2.
2. Стартер
3. 3. Захранващ блок
Стартер Колата е построена в завода в Калинин през 1986 г.
Бойната глава на ракета MIRV с десет бойни глави с мощност 0,43 Mt и набор от средства за преодоляване на противоракетната отбрана.
През 1963 г., когато само четири щата имаха ядрени арсенали, правителството на Съединените щати прогнозира, че през следващото десетилетие ще има 15 до 25 щата с ядрени оръжия; други прогнозират, че броят им може дори да нарасне до 50. Към 2004 г. е известно, че само осем държави притежават ядрени арсенали. Един силен режим на неразпространение на ядрени оръжия – въплътен от МААЕ и Договора – помогна драстично да се забави прогнозираният темп на разпространение.
От доклад на ООН, 2005 г
По темата на деня. Накратко и просто ядрени оръжия
*****
****
ВНИМАНИЕ!
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ за лица от женски пол и непълнолетни от двата пола: Всичко по-долу е написано с вулгарен хумор и особен цинизъм!
******
******
Съдържание:
Част 2. Технически. Описание на устройството на типичните NED (ядрени взривни устройства)
Част 3. По въпроса за бойната способност на ядрените оръжия
********
********
Част 1. Въведение в същността на материята
Атомната бомба се състои от няколко субкритични маси на ядрен експлозив (уран-235 или плутоний-239). При насочена експлозия всички субкритични маси са свързани заедно. Така се образува атомен заряд със свръхкритична маса – възниква атомна експлозия. Почти всеки знае това. Помислете за устройството на термоядрени (водородни) бомби. Такива боеприпаси се основават на образуването (синтеза) на ядра от хелиеви атоми от ядрата на водородни и литиеви изотопи. Първоначално те се опитаха да използват изотопи на водорода: деутерий и тритий като изходни продукти в термоядрени реакции. Поради това такива бомби бяха наречени водородни бомби и запазиха името си доскоро. Наличието в тялото на бомбата на инсталация за втечняване на деутерий и тритий направи дизайна на такава бомба изключително тежък. Посочено е, че теглото му достига 62 тона, с тегло на активното вещество 14 кг. Абсолютно ясно е, че използването на бомби с такова тегло като бойни термоядрени боеприпаси е изключително трудно. Следователно деутеридът литий-6 се използва като оборудване за термоядрени бомби (бойни глави) от съвременни типове. Теглото на такива водородни боеприпаси ще им позволи да бъдат доставени до целта с балистични ракети и бомбардировачи. Характеристика на термоядрените боеприпаси от всякакъв калибър е наличието на атомен заряд в тях, чиято експлозия трябва да създаде висока температура, необходима за протичане на термоядрената реакция. Случаят на термоядрените боеприпаси има значително по-здрава обвивка от атомните боеприпаси. Това обстоятелство е и причината за увеличаване на теглото на термоядрените бомби (боеприпаси). Да обобщим: в основата водородна бомбалежи атомен заряд, с експлозията си позволява да започне термоядрена реакция, протича термоядрена реакция, използвайки литий-6 като термоядрено гориво, много по-издръжливо тяло позволява увеличаване на коефициента на бойно използване на термоядрен заряд. Тегло на кутията термоядрена бомбае "мъртвото" тегло по отношение на доставянето на бомбата до целта с ракети или самолет. Разходите за доставка на всеки килограм тегло са значителни, особено ако доставката се извършва с балистични ракети или самолети за далечни разстояния.
Характеристики на устройството на съвременните термоядрени бойни глави. Такива боеприпаси се наричат водородно-уранови, уранови или трифазни. В такъв боеприпас първо експлодира атомен заряд-детонатор (реакцията на делене на уран или плутоний е първата фаза). След това, под въздействието на високи температури, започва термоядрена реакция с освобождаване на голям брой неутрони (реакция на синтез - втората фаза). Под действието на неутроните се разцепват ядрата на естествения уран-238, от които се изгражда обвивката (корпуса) на заряда (реакция на делене - трета фаза). В този случай мощността на заряда може значително да се увеличи в сравнение с конвенционален термоядрен боеприпас, който няма уранова обвивка. Трябва също да се отбележи, че увеличаването на мощността се дължи на сравнително евтино вещество, което е естествен уран, който се състои от 99% от уран-238. Неразумно е да се прави такава черупка за ядрено оръжие, енергията на неутроните при конвенционална ядрена експлозия е недостатъчна за деленето на ядрата на уран-238. В откритата литература се посочва, че при производството на заряд от този дизайн с диаметър 1 метър и дебелина на урановата обвивка около 5 сантиметра, теглото на уран-238 е около 3000 килограма. Смята се, че ако приблизително 15% от уран-238 реагира по време на експлозията, т.е. около 500 кг, тротиловият еквивалент на експлозия би бил около 10 мегатона. Уран-238 е много тежък, твърд и огнеупорен метал. Бойни глави с обвивка от естествен уран могат да навлязат в атмосферата на планетата със скорост от около 24 хиляди километра в час, превръщайки се в огнена топка от триене в плътен въздух. Урановата обвивка позволи на бойната глава да не изгори в процеса. Освен това може да се заключи, че унищожаването на бойна глава със снаряд от уран-238 от конвенционални и дори мощни лазерни оръжия на бъдещето е много, много проблематично.
*******
*******
Част 2. Технически
Всъщност има два вида атомни бомби. Класически, използвайки верижна реакция на разпадане на атоми. И по-мощен водород (термоядрен). Използването на неконтролиран термоядрен синтез прави водородната бомба свързана с процесите, протичащи във вътрешността на звездите.
****
Помислете за класическата атомна бомба.
Първо трябва да имате "оръжеен" уран. Обогатяването на уран е процес на разделяне на изотопи на уран с атомни маси 238 и 235. Само уран-235 е подходящ за използване в оръжия и ядрени реактори, той съставлява по-малко от 1% от общото количество уран в земната кора.
Уранът реагира много активно с околен свят. Следователно той съществува само под формата на различни уранови оксиди. За да се извърши процесът на разделяне, уранът се поставя в контакт с мощна киселина (обикновено флуороводородна), превръщайки го в газообразна форма.
След това полученият газ се поставя във въртящ се барабан (центрофуга) и се върти до скорости, които причиняват претоварване до няколко хиляди G. В същото време центрофугата се върти с честота до 2 хиляди оборота в секунда и това налага специални изисквания към дизайна за точност, лекота и баланс. Уран-235 е по-лек от уран-238 (18,9 срещу 19,3 g/cm3), той се придвижва по-лесно под въздействието на центробежни сили към ръбовете на центрофугата, причинявайки повишена концентрация на желания изотоп на ръба на центрофугата.
Уранов хексафлуорид с повишена концентрация на изотоп с атомна маса 235 се отстранява от центрофугата и се подава отново в нея. Обикновено заводът за обогатяване на уран поддържа до няколко хиляди от тези центрофуги, за да получи всякаква приемлива степен на пречистване и количество изходен материал. Обикновено необходимата концентрация е само 5%. След като процесът приключи, уранът се връща обратно в металното си състояние чрез реакцията на оксида с калций, произвеждайки чист метал и калциев флуорид. Сега може да се използва за атомни електроцентрали и производство на оръжия.
Като материал за атомна бомбаизползва се и плутоний. Оръжейният плутоний е по-малко взискателен към концентрацията на делящ се материал, има няколко пъти по-ниска критична маса и е много по-лесен за отделяне от отработеното гориво, отколкото изолирането на 235U от руда или радиоактивни отпадъци. Типичен реактор на атомна електроцентрала произвежда стотици килограми плутоний годишно. Количеството плутоний, необходимо за една бомба, се съдържа само в две отработени горивни касети (те стават такива около година след зареждането им в реактора). Полученият от реактора плутоний е смес от изключително трудни за разделяне изотопи с атомни номера от 238 до 241, някои от които са нестабилни и се разпадат с течение на времето, освобождавайки радиация (включително топлина) и разпадни продукти (включително газове), които развалят продукта и го направи неизползваем. Отливките от чист плутоний се напукват. След кратък период на съхранение във въздуха металният плутоний става крехък и токсичен, лесно се запалва, което затруднява обработката му. За да се намалят тези ефекти, плутоният се легира (например с галий), а продуктите, направени от него, се покриват със слой от нетоксичен метал. Смята се, че плутониевата бомба е структурно по-сложна от уранова бомба и изисква много по-голяма прецизност при производството.
Основният принцип на действие на атомна бомба е прост.Достатъчно е да се комбинират две (или повече) парчета "оръжеен" уран, чиито маси (размери) са отделно субкритични (неспособни да инициират верижна реакция ), но заедно те образуват суперкритична маса (причина ядрен взрив). За да се случи ядрена експлозия, трябва да свържете и двете части много бързо. За бързо сближаване на парчета делящ се материал с подкритична маса можете да използвате конвенционален експлозив. Друг начин за бързо комбиниране на субкритичните маси е, че те са разположени в непосредствена близост една до друга, разделени само от тънък слой от вещество, което силно абсорбира неутрони. Ядрената експлозия на такава бомба се извършва (с помощта на дистанционно управление) чрез рязко отстраняване на абсорбера или чрез въвеждане на източник на допълнителни неутрони, така че действието на абсорбера става неефективно.
Критична маса - минималната маса на делящ се материал, при която в него може да възникне самоподдържаща се реакция на ядрено делене. Ако масата на материята е под критичната маса, тогава твърде много неутрони, необходими за реакцията на делене, се губят и верижната реакция не протича. С маса по-голяма от критичната верижната реакция може да се ускори лавинообразно, което води до ядрен взрив.
Критичната маса зависи от размера и формата на делящата се проба, тъй като те определят изтичането на неутрони от пробата през нейната повърхност. Сферичната проба има минималната критична маса, тъй като нейната повърхност е най-малка. Критичната маса на чистия метален сферичен плутоний-239 е 11 kg (диаметърът на такава сфера е 10 cm), уран-235 е 50 kg (диаметърът на сферата е 17 cm). Критичната маса също зависи от химичен съставпроба. Отражателите на неутрони и модераторите около делящия се материал могат значително да намалят критичната маса.
******
Технология за ядрено оръжие.
Уранът и плутоният, използвани в съвременните атомни заряди, имат висока чистота - повече от 90% в лесно делящи се изотопи. С намаляване на концентрацията се увеличава критичната маса, а оттам и количеството материал, необходим за експлозията (тази зависимост е особено изразена за 235U). С намаляване на концентрацията става структурно по-трудно да се задържи делящият се материал за необходимото време в малък обем, така че ядрената реакция да има време да премине, преди освободената енергия да разбие цялото устройство в различни посоки. От друга страна, висока концентрация изобщо не е необходима, ако не се изисква висока ефективност на устройството.
На практика атомните бомби използват неутронен рефлектор (например от берилий или уран-238), което позволява няколко пъти да намали критичната маса и да постигне експлозия (моментна критичност) при относително ниска концентрация на делящ се материал. Например, за да постигнете критична маса без рефлектор, ви трябват 50 кг метален уран-235 (всъщност се използва уранов диоксид, който се нуждае от още един път и половина повече), но ако използвате Be рефлектор, тогава критичната маса е намалена до 15 кг (това са приблизителни цифри, така че колко зависи от дизайна на бомбата). Приблизително същият е случаят с оръжейния плутоний и 233U. По правило вътре в устройството се поставя друг източник на неутрони (например полоний), за да се провокира надеждно верижна ядрена реакция.
За атомната бомба горните две схеми се считат за класически. Въпреки това, противно на общоприетото мнение в популярната литература, за да се постигнат критични параметри, две или повече подкритични маси най-често не се свързват заедно, а куха сфера от лесно делящи се изотопи се компресира чрез експлозия, достигайки определена плътност на ядрени експлозиви. Бомбата, разработена през 70-те години на миналия век от южноафрикански специалисти, трябваше да компресира твърда топка от порест метален уран, в порите на която бяха изпомпвани деутерий и тритий. Колкото по-силна е компресията, толкова по-голяма е плътността и толкова по-малко делящ се материал е необходим за ядрена експлозия.
За създаване на ефект на имплозия – т.нар. "експлозия отвътре" - устройството е или заобиколено от друга дебелостенна топка, или блокове, от специален експлозив (съдържащ хексоген). Всеки блок е подобен по дизайн на профилния заряд, използван в гранатометите, само в резултат на експлозията не се образува тясна струя, а напротив, широка, насочена към центъра на топката. Всеки блок има високоточен бърз електродетонатор (критрон). Експлозивната експлозия трябва да осигури равномерна ударна вълна, насочена към центъра, и това е една от основните трудности при проектирането на бомбата. В реалните устройства се използват още няколко слоя експлозиви и рефлектор, които позволяват образуването на имплозивна ударна вълна и предотвратяват преждевременното разширяване на делящите се материали. След детонацията на експлозивните блокове, разположеният под него рефлекторен слой се втурва към центъра и избутва ядрения експлозив пред себе си. Плътността му се увеличава няколко пъти и се постига мигновена критичност (за което спомага неутронен източник, разположен в центъра). Първото действително взривено ядрено устройство (16 юли 1945 г. в Аламогордо) е направено точно по тази схема.
Схемата на оръдието е конструктивно по-проста и е реализирана в първата атомна (уранова) бомба, хвърлена над Хирошима. В кух канал (при бомбата в Хирошима това беше парче от цев на оръдие), компактен снаряд от уран, обогатен с лесно делящ се изотоп, се ускорява до скорост от около 2 km / s и се комбинира с друго парче от същия уран. Общата маса на лесно делящите се изотопи значително надвишава критичната маса. Реакцията започва още когато парчетата се приближат, така че трябва да имате време да ги свържете, преди освободената енергия да разруши структурата. Дори при определената скорост на връзката ядрената реакция е много неефективна. Бомбата на Хирошима използва 64 кг уран, който съдържа около 90% от изотопа 235U, от който по-малко от 1% успява да реагира. Според някои доклади плутоният изобщо не може да се използва в схема с оръдия или трябва да се ускори в канал до много по-високи скорости. Това е така, защото плутоний-239 достига критичност много по-лесно и започва да се дели, когато парчетата са сравнително далеч едно от друго, което кара устройството да се срине, преди да са изпълнени условията за ядрена експлозия. Схемата на оръдието се използва там, където поради ограничени размери е невъзможно да се използва имплозивна схема (например в снаряди и минометни мини на оперативно-тактически ядрени оръжия).
Теорията за имплозията е разработена в началото на 1940 г. от немските инженери Готфрид Гудерли и Курт Дибнер в Германия и независимо от Клаус Фукс в САЩ. Много от неговите аспекти, особено тези, свързани с нестабилността на процеса, все още остават една от ключовите атомни тайни. Както в свързаната област - аеродинамиката - процесът на създаване на ефективна схема за имплозия изисква голям брой пълномащабни тестове.
Кратко обобщение. За бомба, направена по схемата на оръдието, е необходимо голямо количество високо пречистен уран-235. За бомба с имплозия може да се използва не много чист уран-235 (теоретично може да бъде само 20% или дори 14%), но тогава експлозията изисква висока степен на компресия, което е изключително трудно за постигане. Плутоният изглежда малко по-добре (също изисква имплозия), но изисква ядрен реактор (или поне касети с отработено гориво), за да го получи.
******
H-бомба.
Това е ядрено оръжие с голяма разрушителна сила (от порядъка на мегатони в тротилов еквивалент), чийто принцип на действие се основава на реакцията на термоядрен синтез на леки ядра. Енергийният източник на експлозията са процеси, подобни на тези, протичащи на Слънцето и други звезди.
термоядрени реакции. Вътрешността на Слънцето съдържа гигантско количество водород, който е в състояние на свръхвисока компресия при температура от ок. 15 000 000 K. При такава висока температура и плътност на плазмата, водородните ядра изпитват постоянни сблъсъци едно с друго, някои от които завършват със сливането им и в крайна сметка образуването на по-тежки хелиеви ядра. Такива реакции, наречени термоядрен синтез, са придружени от освобождаване на огромно количество енергия. Според законите на физиката, отделянето на енергия при термоядрен синтез се дължи на факта, че при образуването на по-тежко ядро част от масата на леките ядра, влизащи в неговия състав, се превръща в колосално количество енергия. Ето защо Слънцето, имайки гигантска маса, губи ок. 100 милиарда тона материя и освобождава енергия, благодарение на които животът на Земята стана възможен.
Изотопи на водорода. Водородният атом е най-простият от всички съществуващи атоми. Състои се от един протон, който е неговото ядро, около което се върти един електрон. Внимателни изследвания на вода (H2O) показват, че тя съдържа незначителни количества "тежка" вода, съдържаща " тежък изотоп» водород - деутерий (2Н). Ядрото на деутерия се състои от протон и неутрон, неутрална частица с маса, близка до тази на протона.
Има трети изотоп на водорода, тритий, който съдържа един протон и два неутрона в ядрото си. Тритият е нестабилен и претърпява спонтанен радиоактивен разпад, превръщайки се в изотоп на хелия. Следи от тритий са открити в земната атмосфера, където той се образува в резултат на взаимодействието на космическите лъчи с газовите молекули, изграждащи въздуха. Тритий се получава и изкуствено в ядрен реактор чрез облъчване на изотопа литий-6 с неутронен поток.
Предварителен теоретичен анализ показа, че термоядреният синтез се осъществява най-лесно в смес от деутерий и тритий. Възприемайки това като основа, американските учени в началото на 50-те години на миналия век започнаха да изпълняват проект за създаване на водородна бомба (HB). Първите тестове на модел на ядрено устройство са извършени на полигона Ениветок през пролетта на 1951 г.; но тогава термоядреният синтез беше само частичен. Значителен успех беше постигнат на 1 ноември 1951 г. при тестване на масивно ядрено устройство, чиято експлозивна мощност беше 4-8 Mt в TNT еквивалент.
Първата водородна авиационна бомба е взривена в СССР на 12 август 1953 г., а на 1 март 1954 г. американците детонират по-мощна (около 15 Mt) авиационна бомба на атола Бикини. Оттогава и двете сили детонират модерни термоядрени оръжия.
Експлозията е съпроводена с изпускане на голямо количество радиоактивни вещества. Но тъй като термоядреният синтез произвежда стабилен хелий, радиоактивността при експлозията на чисто водородна бомба не трябва да бъде повече от тази на атомен детонатор на термоядрена реакция. Въпреки това често прогнозираните и действителните радиоактивни утайки се различават значително по количество и състав.
Последователността на процесите, протичащи по време на експлозията на водородна бомба, може да бъде представена по следния начин. Първо, зарядът-инициатор на термоядрена реакция (атомна бомба с ниска мощност), разположен вътре в обвивката на HB, експлодира, в резултат на което възниква неутронна светкавица и се създава висока температура, която е необходима за започване на термоядрен синтез. Неутроните бомбардират вложка, направена от литиев деутерид, съединение на деутерий с литий (използва се литиев изотоп с масово число 6). Литий-6 се разделя от неутрони на хелий и тритий. Така атомният предпазител създава необходимите за синтез материали директно в самата бомба.
След това започва термоядрена реакция в смес от деутерий и тритий, температурата вътре в бомбата се повишава бързо, включвайки все повече и повече водород в синтеза. При по-нататъшно повишаване на температурата може да започне реакция между ядрата на деутерий, което е характерно за чисто водородна бомба. Всички реакции протичат толкова бързо, че се възприемат като мигновени.
Разделяне, синтез, разделение (супербомба). Всъщност в термоядрена бомба последователността от процеси, описани по-горе, завършва на етапа на реакция на деутерий с тритий. Освен това дизайнерите предпочитат да използват не синтеза на ядра, а тяхното делене. Сливането на ядрата на деутерий и тритий произвежда хелий и бързи неутрони, чиято енергия е достатъчно голяма, за да предизвика делене на ядрата на уран-238 (основният изотоп на урана, много по-евтин от уран-235, използван в конвенционалните атомни бомби). Бързите неутрони разделят атомите на урановата обвивка на супербомбата. Деленето на един тон уран създава енергия, еквивалентна на 18 Mt. Енергията отива не само към експлозията и отделянето на топлина. Всяко ураново ядро се разделя на два силно радиоактивни „фрагмента“. Продуктите на делене включват 36 различни химични елемента и близо 200 радиоактивни изотопа. Всичко това съставлява радиоактивните отлагания, които съпътстват експлозиите на супербомби. Благодарение на уникалния дизайн и описания механизъм на действие, оръжията от този тип могат да бъдат направени толкова мощни, колкото желаете. Тя е много по-евтина от атомните бомби със същата мощност.
*****
Енергията на експлозията на имплозивна атомна бомба се усилва от детонацията на a централен регионтермоядрен заряд (под формата на газ от деутерий и тритий). Заедно те от своя страна детонират основния термоядрен заряд от литиев деутрид, затворен в дебелостенен цилиндър или елипсоид от метален уран (238U) или волфрам. Цилиндър с литиев деутрид има масивен капак, който го отделя от атомния заряд, а вътре има куха пръчка, направена от лесно делящ се изотоп на уран или плутоний. От източника, разположен в горната част, се въвежда неутронен поток в центъра на първата степен (атомна бомба). Пространството около цилиндъра с литиев деутрид е запълнено с полимер. В първите наносекунди след детонацията на атомна бомба получената радиация превръща цялата структура в многократно йонизирана плазма. Преди да има време да се разпръсне в различни посоки, протичат няколко последователни процеса, които отнемат общо около сто наносекунди. Полимерните атоми (водород и въглерод) преизлъчват енергията на експлозията в меки рентгенови лъчи (като hohlraum при лазерен синтез) и това лъчение причинява аблация (аблация на материята) на повърхността на цилиндъра. Масивното покритие предпазва литиевия деутрид от радиация, идваща директно от атомна експлозия. Поради аблацията (отнемането на материята) на масивното тяло на цилиндъра (елипсоида) възниква реактивна сила, която компресира термоядрения заряд, намалявайки обема му десетки пъти. Неутроните, преминаващи през литиевия деутерид, се забавят (литият действа като модератор) и, достигайки централния прът, провокират експлозията му, която компресира термоядрения експлозив още повече. Плътността на литиевия деутрид се увеличава хилядократно и в него започва реакцията на термоядрен синтез. Експлозията на такава бомба е в състояние напълно да унищожи град с население от няколко милиона души.
Няма критична маса за термоядрена бомба, а най-голямата взривена досега е 5 хиляди пъти по-мощен от бомбахвърлен върху Хирошима. Общо в арсеналите различни странивече са натрупани повече от 50 хиляди водородни бомби, всяка от които е около 20 пъти по-мощна от първата атомна бомба. Девет държави (САЩ, Русия, Китай, Англия, Франция, Израел, Индия, Пакистан, Северна Корея) разполагат с технологии за ядрени оръжия и около още осем държави (Германия, Япония, Бразилия, Южна Африка, Испания, Италия, Канада, Иран ) са близо до производството му. Освен това Южна Африка вече е разработила, тествала и разполагала с 6 ядрени взривни устройства, но доброволно изоставила ядрени оръжия. С една дума, създаването на атомна бомба сега не е проблем.
******
Горните описания на бомбите ще се сторят на специалистите твърде условни и дори наивни. В индустриално произведени ядрени бойни главиподобни по смисъл, но очевидно различни конструктивни решения са реализирани, получени в резултат на дългогодишни много скъпи изследвания и тестове. С други думи, въпреки привидната простота на принципите, е възможно да се произведе сравнително ефективно ядрено устройство само в резултат на мащабна програма за развитие, която ще продължи няколко години и ще струва астрономическа сума. Обемът на техническата документация за готовия продукт може да се измери в кубични метри и дори да приемем, че най-важната част от нея може да бъде открадната (както се случи с проекта Манхатън през 40-те години на миналия век), някоя изключително богата организация като наркокартел или не може една популярна религиозна секта да събере под свое крило няколкостотин специалисти и куп специфична техника и материали, за да не стане скоро известна на съответните компетентни органи.
*****
Нека да проучим устройството на три атомни бомби.
Уранова атомна бомба Хлапе. Урановият заряд в бомбата се състои от две части: мишена и снаряд. Снарядът с диаметър 10 и дължина 16 сантиметра представлява комплект от шест уранови пръстена. Съдържа около 25,6 kg - 40% от целия уран. Пръстените в снаряда се поддържат от диск от волфрамов карбид и стоманени пластини и са вътре в стоманено тяло. Мишената е с маса 38,46 кг и е направена под формата на кух цилиндър с диаметър 16 см и дължина 16 см. Конструктивно тя е направена под формата на две отделни половини. Мишената е монтирана в корпус, който служи като рефлектор на неутрони. По принцип количеството уран, използвано в бомбата, дава критична маса без рефлектор, но неговото присъствие, както и производството на снаряд от по-обогатен уран (89% U-235) от целта (80% U -235), ви позволява да увеличите мощността на зареждане.
Плутониева атомна бомба Дебел човек. Ядрото на бомбата е набор от вложени сфери. Тук те са изброени по ред на влагане, дадени са размерите за външните радиуси на сферите: * експлозивна обвивка - 65 cm, * неутронен абсорбатор - 23 cm, * уранов корпус / неутронен отражател - 11,5 cm, * плутониева сърцевина - 4,5 см. Плутониев заряд. 9 см сфера, с 2,5 см кухина в центъра за неутронния инициатор. Тази форма на заряд е предложена от Робърт Кристи за намаляване на асиметрията и нестабилността по време на имплозия. Ураново тяло/неутронен рефлектор. Плутониевият заряд е заобиколен от обвивка от естествен уран с тегло 120 кг и диаметър 23 см. Тази обвивка образува седемсантиметров слой около плутония. Дебелината на урана се дължи на проблема със запазването на неутроните, така че слой от няколко сантиметра е достатъчен, за да се осигури забавяне на неутроните. По-дебелото тяло (с дебелина над 10 cm) допълнително осигурява значително запазване на неутрони за цялата структура, но ефектът на "времева абсорбция", присъщ на бързите, експоненциално развиващи се верижни реакции, намалява ползите от използването на по-дебел рефлектор.
Около 20% от енергията на бомбата се освобождава от бързото делене на урановата обвивка. Ядрото и тялото заедно образуват минимално подкритична система. Когато сглобката се компресира с до 2,5 пъти нормалната си плътност с помощта на експлозия на имплозия, ядрото започва да съдържа около четири до пет критични маси.
Експлозивна обвивка и детонационна система. Експлозивният снаряд е слой от силно експлозивно вещество. Дебелината му е около 47 см, а теглото му е поне 2500 кг. Тази система съдържа 32 експлозивни лещи, 20 от които са шестоъгълни и 12 са петоъгълни. Лещите са свързани помежду си като футболна топка, образувайки сферичен експлозивен комплект с диаметър около 130 см. Всеки има 3 части: две от тях са направени от експлозив (ВВ) с висока скорост на детонация, една - с ниска. Най-външната част на бързодетониращия експлозив има конусовидна вдлъбнатина, пълна с експлозиви с ниска скорост на детонация. Тези свързващи части образуват активна леща, способна да създава кръгла, нарастваща ударна вълна, насочена към центъра. Вътрешността на бързо детониращия експлозив почти покрива алуминиевата сфера, за да подобри конвергиращия удар.
Лещите бяха направени чрез прецизно леене, така че експлозивът трябваше да се разтопи преди употреба. Основният бързо детониращ експлозив беше състав B, смес от 60% хексаген (RDX) - много бързо детониращ, но слабо топящ се експлозив, 39% TNT (TNT) - силно експлозивен и лесно топим експлозив и 1% восък. „Бавният“ експлозив беше баратолът - смес от тротил и бариев нитрат (делът на тола обикновено е 25-33%) с 1% восък като свързващо вещество. Съставът и плътността на лещите бяха прецизно контролирани и останаха непроменени. Системата от лещи беше монтирана с много близък допуск, така че нейните части бяха свързани една с друга с точност по-малка от 1 mm, за да се избегнат нехомогенности в ударната вълна, но подравняването на повърхността на лещите беше още по-важно отколкото да ги напасвате един към друг.
За да се постигне много точно синхронизиране на детонатора, стандартните детонатори нямаха първични/вторични експлозивни комбинации и имаха електрически нагрети проводници. Тези проводници са парчета тънък проводник, които незабавно се изпаряват от удара на тока, получен от мощен кондензатор. Задейства се експлозивен детонатор. Разреждането на кондензаторната батерия и изпаряването на проводника за всички детонатори може да стане почти едновременно - разликата е +/-10 наносекунди. задна странатакава система изисква големи батерии, захранване с високо напрежение и мощна банка от кондензатори (наречена X-Unit, около 200 kg тегло), предназначена да изстреля 32 детонатора едновременно. Готовият експлозивен снаряд се поставя в корпус от дуралуминий. Дизайнът на корпуса се състоеше от централен пояс, сглобен от 5 машинно обработени дуралуминиеви отливки, и горната и долната полусфера, образуващи пълна обвивка.
окончателен етап на сглобяване. Окончателният проект на бомбата предвижда специален "капак", през който накрая се полагат делящи се материали. Зарядът може да бъде направен като цяло, с изключение на плутониевата вложка с инициатора. От съображения за безопасност изграждането приключва малко преди това практическо приложение. Дюралуминиевата полусфера се отстранява заедно с една от експлозивните лещи. Неутронният инициатор се монтира между плутониевите полусфери и се монтира в 40-килограмов уранов цилиндър, след което цялата конструкция се вгражда в урановия рефлектор. Лещата се връща на мястото си, към нея е свързан детонатор, отгоре се завинтва капак.
Дебелият представляваше сериозна опасност по отношение на доставката и съхранението в готово за употреба състояние, но дори и в най-лошия случай опасността все още беше по-малка от тази на Хлапето. Критичната маса на активна зона с уранов рефлектор е 7,5 кг плутоний за делта фазата и само 5,5 кг за алфа фазата. Всяка случайна детонация на експлозивната обвивка може да доведе до компресиране на ядрото на 6,2 kg Fat Man в свръхкритичната алфа фаза. Приблизителната мощност на експлозията от такава неоторизирана операция на заряда ще варира от десетки тонове (грубо казано, с порядък повече от експлозивния заряд в бомба) до няколкостотин тона TNT еквивалент. Но основната опасност се крие в потока от проникваща радиация по време на експлозията. Гама лъчите и неутроните могат да причинят смърт или сериозно заболяване далеч извън зоната на взрива. Така малка ядрена експлозия от 20 тона ще причини смъртоносна доза радиация от 640 rem на разстояние 250 m.
Супербомба с капацитет 50 Mt. Разработването на устройството супербомба започва на 10 юли 1961 г., преди тази серия максимално зареждане, тестван в СССР беше 2,9-мегатонен. През 1961 г. те се готвят да тестват устройството на 4, 10 и 12,5 Mt. Разбира се, вече е имало разработки в дизайна на свръхголеми заряди, но като се има предвид рекордната мощност и най-краткото време за разработка, става ясно, че е свършена огромна работа.
Устройството беше завършено и тествано само след 112 дни. Супер бомбата трябваше да бъде взривена възможно най-скоро. Развитието вървеше с ускорени темпове. Имаше голям натиск върху екипа за разработка, който се засили с публичното обявяване на предстоящия тест и плановете да съвпаднат със закриването на XXII конгрес на КПСС. Някъде в средата на август се взема решение за детониране на заряд, намален до мощност 50 Mt, и САЩ са информирани за предстоящия тест. Публично изявление за планираната суперексплозия е направено от Хрушчов в реч, посветена на възобновяването на тестовете на 1 септември 1961 г. (първият тест от тази серия е направен на същия ден).
За да се ускори процесът, едновременно с монтажа бяха извършени приблизителни и прогнозни изчисления. Монтажът се състоя на железопътна платформа, на която бомбата беше доставена на летището. Но имаше и съмнения относно производителността на устройството. Те възникнаха в средата на октомври, когато бомбата беше почти завършена. Бяха извършени допълнителни изчисления и бяха направени промени в дизайна .. 6 дни преди теста, на 24 октомври, беше публикуван окончателният доклад с теоретични изчисления и изчисления за дизайна на бомбата. Сега оставаше само да се изчака завършването на изграждането му и резултатът от теста.
Бомбата е създадена в RFNC-VNIITF (Челябинск-70) с ядрен заряд, разработен във VNIIEF (Арзамас-16). Използването на такава „супербомба“ от самолет-носител изискваше създаването на високоефективна спирачна парашутна система и тя беше създадена в Научно-изследователския институт на парашутистите съгласно заданието и с прякото участие на ВНИИТФ. Размерите на тази парашутна система бяха необичайни. Площта на главния парашутен купол беше 1600 квадратни метра. м, което позволи на самолета-носител да отиде на безопасно разстояние от мястото на експлозията.
Бомбата имаше тристепенна схема, като американската Mk-41, максималната разработена в САЩ, с капацитет 25 Mt. Грубо казано, конвенционален ядрен взрив запалва 1-ви термоядрен заряд, който от своя страна активира 2-ри термоядрен заряд. На всеки етап мощността се "изпомпва" от 10 до 100 пъти. Телата на капсулите с термоядрено гориво могат да бъдат направени от ниско обогатен уран, което води до допълнително увеличение на мощността (в този случай удвояване). Тези примери показват сложността на поставените задачи за производството на атомно оръжие.
Компютърно моделиране. Бързото развитие на компютрите отчасти помогна да се изоставят тестовете на атомни бомби на полигоните. Днес ядрени експлозии могат да бъдат симулирани само с помощта на суперкомпютри, налични само в няколко лаборатории в света, и тази симулация е в състояние само частично да замени пълномащабните ядрени опити.
Вероятно този път ще доведе до производството на "домашна" бомба. След известно време някой настолен компютър с пиратска програма може да успее да изчисли сравнително проста схема на имплозия. Щом теоретично възникне такава възможност, очевидно ще се намери хакер, който от любопитство или наглост ще пусне тази схема в интернет, за да я видят всички. Най-вероятно това ще бъде цяла интернет общност, която ще се състезава, чиято схема е по-проста и по-евтина. И може би нечия схема ще бъде много по-лесна за изпълнение от тези, използвани в съвременния дизайн. Възможно е също така малко количество отработено ядрено гориво да е преносимо химическа лабораторияи конвенционален металообработващ цех за направата на компютърно изчислена бомба. Бъдещето ще покаже вероятността от такъв сценарий.
*********
*********
3. По въпроса за бойната способност на ядреното оръжие
****
Lachesis написа:
ъъъ, не, Мародер. Русия не знае как да направи това. И все още никой в света не може да го направи. Оръжейният плутоний не се отделя. Ще трябва да се справя с вашата образователна програма, въпреки присъщия ми лош вкус. Готов съм да ви изнеса малко разбираема лекция във въвеждащ курс за оръжеен плутоний, така че да имате правилната представа и никога повече да не казвате, че Русия може да отделя плутоний.
......
Оръжейният аспект може да се образува не само от плутоний, но и от уран. Но за урана трябва точно разделението, което приписахте по отношение на плутония. Защото това разделение е възможно, Мародер. Газодифузионен метод с хиляди повторения на цикъла. Защо е възможно и защо има толкова много цикли? Тъй като оръжейният уран - U-235 - има разлика в масата с неоръжейния изотоп U-238 с цели три нуклона: 238 - 235 = 3. Това е доста: 0,0127659, или, грубо, 1,28%. Съответно, разделянето ще се случи с този процент и дори по-малко по време на едно преминаване през системата за разделяне (без да навлизаме в нейните подробности) - възможностите за разделяне все още успяват да „уловят“, „закачат“ тази масова разлика в изотопите на урана и работят, макар и слабо , но работа. И за да се увеличи степента на разделяне, това „слабо“ се повтаря 3-5 хиляди пъти. В резултат на това се натрупва разделяне и получаваме U-235. По пътя получаваме още по-ранни по-леки изотопи: U-234, от който можете да направите бомба, U-233 и U-232, които с течение на годините причиняват силно замърсяване на оръжеен материал със своето делене и също трябва да бъде отделен от оръжейния материал (а също така е възможно да се денатурира оръжеен уран с този изотоп. Чрез производството на денатуриран алкохол е невъзможно терористите да произведат бомба - за една година радиоактивността на такъв материал, поради забележим (макар и много малък) примес на U-232, се увеличава десетократно, след две години - сто, и процесът продължава по-нататък - материалът на бомбата променя параметрите си толкова много, че става неконтролируем, и термичното разрушаване на бомбата се случва твърде рано преди активната експлозия, само на подстъпите към нея U-233 се натрупва при получаване на U-235 - обогатява се в същия технологичен процес по същия начин) дори от самолет, дори от сателит теоретично.
-***
Но плутоният не може да бъде разделен по този начин. Защо? И тъй като има два изотопа, оръжие и не-оръжие, се различават само с един нуклон - техните атомни маси са съседни: оръжие 239 и не-оръжие 240 (други изотопи, Pl-238, Pl-241, Pl-242, Pl- 243 и Pl-244 не се разглеждат в това есе). 1/239 = 0,0041841 или 0,42%. Подобно разграничение вече не се „ангажира“ от индустриалните „уранови методи“ за разделяне. Има експериментални методи и разработки като електромагнитно разделяне, газова дифузияи центрофугиране, лазерно изпаряване, но това не е индустриализирано в нито една страна. Въпреки че ще го овладеят, може би съвсем скоро, след десет до двадесет години.
Lachesis написа:
Сега относно подкопаването. Уранът може да бъде взривен чрез комбиниране на парчета с подкритична маса в един блок със суперкритична маса. И тогава ще има експлозия. Но въпросът е как точно да се свърже. Ако доближите две субкритични парчета U-235 до определено разстояние, тогава те ще започнат да се нагряват от обмена на неутрони помежду си и засилването на тази реакция на разпадане и освобождаването на енергия. Да се приближим още повече - ще се нажежат до червено. След това стана бяло. След това се стопяват. Стопилката, приближавайки се до краищата, ще започне да се нагрява допълнително и да се изпарява. Нещо повече, енергийните запаси в парче уран са такива, че нажежени парчета могат да бъдат потопени в поток от вода, изтичаща от ледник - те ще бъдат също толкова ослепително нажежени, а при по-нататъшно приближаване ще се стопят, и не отстраняването на топлината или охлаждането може да предотврати топенето и изпарението.
-***
Следователно, точно както не събирате парчетата заедно по ежедневни начини, преди да се свържат, те ще се стопят и изпарят всяко устройство, което осъществява това сближаване, и ще се изпарят сами, разпръсквайки се, разширявайки се, отдалечавайки се едно от друго и след това само охлаждайки , защото ще се окажат на увеличено взаимно разстояние . Възможно е да се оформят парчетата в едно суперкритично само чрез развиване на толкова огромни скорости на конвергенция, че увеличаването на плътността на неутронния поток няма да бъде в крак с приближаването на парчетата. Това се постига при скорости на приближаване от порядъка на 2,5 км в секунда. Тогава те имат време да се впият един в друг, преди да се затоплят от освобождаването на енергия. И тогава последващото освобождаване на енергия ще бъде толкова пиково, че ще се получи ядрен взрив с гъба. Барутът не може да се ускори до такива скорости - размерът на бомбата и пътеките на ускорение са малки, това не е дуло за зенитно оръдие. Затова те се разпръскват с експлозиви, комбинирайки "бавни" и "бързи" експлозиви, тъй като веднага "бързите" експлозиви ще предизвикат взривно унищожаване на парче уран от ударна вълна с високо налягане. Но в крайна сметка те получават основното - осигуряват скоростта на прехвърляне на системата в свръхкритично състояние, преди тя да се срине термично поради нарастващото отделяне на топлина по време на приближаване. И такава схема се нарича "оръдие", защото подкритичните парчета "стрелят" един към друг, имайки време да се комбинират в едно свръхкритично парче и след това да освободят мощността на атомна експлозия по пиков начин.
Но с плутония такова нещо не работи. Той е много по-„реактивен“, много по-бързо реагира на сближаването на парчетата. Това е различен метал. Алфа активността на плутония например е двеста хиляди пъти по-висока от тази на уран-235. Компактният лят плутоний винаги е топъл на допир, има температура от 50-60 градуса от непрекъснато протичаща реакция. Сто грама плутоний отделят приблизително същото количество топлина като сто грама от човешкото тяло чрез метаболизъм. Плутоният е изкусителен, защото може да има критична маса от 5 кг, а не 50 като урана. 5 кг плутоний е приблизително колкото пилешки жълтък. Парче с размер на яйце ще даде експлозия от 20 килотона. Но как да го подкопаете? При приближаване ще започне да ускорява освобождаването на енергия с такава скорост, че не оръдна схеманяма да помогне. Трябват ни скорости от 10-12 или повече км в секунда. Никакви експлозиви не могат да разпръснат който и да е фрагмент до такава скорост. Ускоряването на масата е разход на енергия и колкото по-висока е скоростта на ускорената маса, толкова повече енергия трябва да се инвестира в нея. А взривоопасните процеси са преходни. Да, и няма натиск на енергия - химическа реакцияима своите ограничения в този смисъл.
*****
Lachesis написа:
Но плутоният е удивителен метал в много отношения. Включително по отношение на плутониевата металургия. Той има например шест (и в зависимост от това как броите седем) различни фазови състояния - повече от всеки друг химичен елемент. В някои от фазовите си форми той се свива при нагряване и не се разширява, както всички нормални метали и вещества. По време на прехода от една фаза към друга, тя може да промени плътността необичайно - с 25%! Освен това при триста градуса той е в лека делта фаза и с понижаване на температурата се установява в плътна алфа фаза, като по този начин увеличава плътността с 25%. Делта фазата е нестабилна и се връща към алфа фаза при стайна температура и атмосферно налягане, но ако добавите малко галий, три процента, към плутоний, стабилизирайки го, тогава делта фазата ще бъде метастабилна - ще остане такава дори при стайна температура. Но ако се компресира с налягане от 1 килобар, тогава ще се свие в плътна алфа фаза с увеличаване на плътността.
......
Това е мястото, където те започнаха да се доближават до неговия взрив. Ако парче плутоний се постави в силно неутронно поле, в най-плътния неутронен импулс, така че да не остава много преди критичните условия, и след това плътността се увеличи с 25%, така че тези критични условия да бъдат преминати и да се зададат суперкритични условия в, тогава ще започне ядрена верижна реакция и парчето ще експлодира. Необходими са два фактора: да се създаде мощно неутронно поле на оригиналното парче и след това да се компресира в това плътно неутронно поле, за да се превърне в суперкритично. как? Експлозия от експлозиви от всички страни на парчето! Ако вземем много мощен експлозив, тогава скоростта на неговата ударна вълна ще бъде (и още повече в метала) от порядъка на 5-6 km / s от всяка страна на парчето. Сумирайте от двете страни - ще бъде 10-12 км в секунда. И експлозивното налягане в тази ударна вълна, преминавайки през парчето, ще го компресира в плътна алфа фаза. Освен това скоростта от 5-6 km / s ще бъде реална - ние не ускоряваме масата, това не е скоростта на тялото, а на ударната вълна! Скоростта на звука в релсата от удар с чук също е няколко километра в секунда.
-***
Ето го решението, ключът към детонирането на плутоний: необходимо е да се организира точна и бърза детонация на експлозиви от всички страни на парче плутоний в началната "светлина" фаза, която много бързо ще прехвърли плутония от лек кристална фаза в плътна и я потапя едновременно в много плътно неутронно поле. Това поле се създава от специално устройство или компонент на бомбата, така нареченият INI, импулсен неутронен инициатор. Той, без да навлизаме в подробности за работата му, при (контролирано) изстрелване дава пикова емисия на неутрони и неутронен поток с висока плътност. В този момент, от много точки (най-малко 32, но колкото повече, толкова по-добре) строго едновременно, с контрол на ниво микросекунда, след това чест с точност до една милионна от секундата, експлозивният слой около плутония се взривява. Получава се сферична експлозия, насочена навътре - имплозия (имплозията може, най-общо казано, да бъде цилиндрична, както в схемата на водородната бомба на Улам-Телер. Основното е експлозия, насочена навътре и компресираща обекта). В същото време трябва да бъде много точен - при най-малкото изкривяване и неравномерност на ударната вълна плутониевата сърцевина ще бъде смачкана на прах от взривно действие. И само ако плутониевото ядро е напълно симетрично, от всички страни, чрез натискане на ударната вълна, няма да има къде плутониевото ядро да бъде смачкано, всички потенциални фрагменти, напротив, ще бъдат компресирани към центъра - плутоният ще премине в плътна алфа фаза без разрушение. Следователно имплозията трябва да бъде с много високо качество - преди всичко по отношение на скорост и равномерност и стабилно налягане във фронта на вълната. Качеството на имплозия е ключът към подкопаването.
Lachesis написа:
И тук, след като разбрахме начина за подкопаване на плутония, се връщаме към въпроса - какъв плутоний да подкопаем?
-***
В резултат на това в реактора се образуват два изотопа на плутоний: Pl-239 и Pl-240. Първият, Pl-239, е подходящ за оръжия: той е по-„реактивен“, има нужда от по-малко подкопаване. Второ, той няма толкова висока спонтанна активност като съседа си с атомна маса Pl-240. Какво не е наред със спонтанната активност? Фактът, че материалът на бомбата ще се промени поради разпад и облъчване с произведени неутрони. Но основното е, че материалът, който е по-„светещ“ с неутрони, ще освободи енергия по-рано от очакваното (поради допълнителния принос на „спонтанните“ неутрони и генерираната остатъчна активност) и имплозията няма да има време, защото е предназначен за определен материал. А наличието на неутрони в момент, когато свръхкритичната маса все още се достига, води до преждевременна ядрена реакция, недостатъчно производство на енергия и в някои случаи до пълна повреда на оръжието, леко „пукане“. Но задачата на експлозията е да подчертае силата, написана на етикета на бомбата. И основният източник на такъв неутронен фон е наличието на изотопа Pl-240, чието ниво на спонтанно делене е достатъчно, за да произведе 106 неутрона/s*kg. Следователно, бомба с такъв неутронен фон е неконтролируема или нейната гарантирана експлозия изисква толкова високо качество на имплозия, че е невъзможно да се постигне това качество за момента по същия начин, както все още е невъзможно практически да се постигнат скорости от 10 -12 км в секунда при зареждане на оръдие.
-***
Изчисленията и практиката показват, че Pl-239, съдържащ около 5% Pl-240, може да бъде взривен чрез схема на имплозия. И такъв плутоний се нарича оръжеен, или оръжеен. Но когато съдържанието на Pl-240 е повече от 5-6% (6% изискват изключително високо качество на имплозия), вече не е възможно да се взриви. В реактори, предназначени за производство на електроенергия, се получава плутоний-239 със съдържание на Pl-240 от порядъка на 20-30-40%. Следователно такъв плутоний се нарича плутоний за реакторно качество или реакторно качество. И е почти невъзможно да го взривиш. Остава прост въпрос: как да получите оръжеен плутоний, ако все още е невъзможно да го отделите или разделите (вижте началото)? Отговорът също е тромав - днес може да се развива само в специален оръжеен реактор.
........
Добре? плутоний, оказва се, не е лесно да се взриви. Никога не съм засягал въпросите за контрола на заряда и неговата автоматизация. Състояния на заряд, последователност от експлозивни команди, алгоритми за защита и техните принципи. Може би е време. Но вероятно е твърде рано.
****
Lachesis, в продължение на темата за плутония.
Остана нерешен въпросът с гаранционните срокове за съхранение на зарядите.
Какво ограничава този период и какъв е той за конкретни видове.
С надежда.
Lachesis написа:
Това е обширна тема, Netlog.)) Освен това, какво означава "гаранционни периоди на съхранение"? Разглобено? Гарантиран срок на експлоатация на ядрен заряд? По принцип гаранционният срок обикновено предполага експлоатация, защото да се произведе ядрен заряд, за да се съхранява нормално, вместо да се работи. В същото време гаранционният срок на експлоатация се разбира като такъв период, през който зарядът запазва способността да експлодира с практическо освобождаване на мощност, изписано на етикета му. По време на експлоатация две неща са най-важни от гледна точка на влияние върху гаранционния срок (но не само): условията на работа и рутинната поддръжка. И двата компонента са свързани с промяна в свойствата на зарядните материали, предимно радиоактивни. Условията на работа определят промените в състоянието на заряд по време на работа. Ясно е, че в зависимост от състава на делящия се материал (а има и небойни делящи се материали и техните промени също влияят върху детонацията на бомбата и освободената мощност - повече за това по-долу), ядрени реакции ще възникнат в плутоний (уран) елемент от спонтанния разпад на съдържащите се изотопи - например плутоний-240. Освен това, едновременно със спонтанния разпад в плутониевия елемент, има и индуциран, индуциран разпад - поради делене, причинено от спонтанно разпадащи се неутрони. С течение на времето изотопният състав се променя - появява се америций-241, появяват се други изотопи и остатъците от първичния разпад допълнително участват в реакции на каскадно разпадане. В зависимост от промените в плътността на плутониевото тяло, улавянето на освободените неутрони се променя леко, докато плътността се променя главно поради температурни условия (теоретично, също поради промени в състава), които изискват непрекъснато регулиране. Процесът се усложнява. че плутоният отделя доста топлина, температурата на компактно парче във въздуха е около 60 градуса (в зависимост от формата и състава), и в допълнение, плутоният в своето предексплозивно състояние на делта фазата се свива при нагряване и не се разширява, както всички нормални вещества - когато се компресира, скоростта на реакция леко се увеличава, намалявайки гаранционния период. Ако бойната глава е прекарала известно време без охлаждане, тя става неексплозивна - всички бойни глави в ракетите на потъналите подводници, бомби, изгубени в океана от бомбардировачи, не представляват никаква експлозивна заплаха, те отдавна и неизбежно и завинаги са загубили способността да експлодира. В случай на повреда на системите за контрол на температурата на зареждане, той се извежда от експлоатация и се връща на производителя за изхвърляне чрез разглобяване. Загубата на експлозивни свойства се обяснява с по-ранните високи нива на освобождаване на енергия по време на бойна работа на заряда поради натрупаната висока присъща радиоактивност на материала - устройството няма време да премине през редовните етапи на прехвърляне в суперкритично състояние и експлозия, тъй като тези процеси се прекъсват от ранно освобождаване на енергия и устройството престава да съществува като устройство до освобождаването на стандартна мощност или дори осезаема мощност, преди началото на активна експлозия - активната експлозия по същество се заменя с термична експлозия на устройството, "поп".
Това е всичко в общи линии. Следва продължение, но малко по-късно - вече заето. Ще ти кажа въпроса ти, Netlog.))
****
Ако сведем въпроса (и възможния отговор) до минимум - кое е първо, разграждането на заряда поради промяна в изотопния състав на Pu на отливката или поради промяна във формата му.
Lachesis написа:
Ще се опитам до минимум.)) Няма само един кастинг на Ru, Netlog. На вашия въпрос относно влошаването на заряда във вашата формула не може да се отговори точно, това ще бъдат относителни условия. Тъй като разграждането на заряда е доста сложен процес. Деградацията може да бъде различна - електронна или ядрена деградация на плутониеви отливки, като суперпозиция на всички ядрени процеси, протичащи в заряда, всичко се свежда до борба с деградацията, като прекратяване на способността да се произвежда номинална мощност с такъв и такъв толеранс , разпространение на енергия. Промени във формата, с внимателен контрол на температурата, може да няма промени във формата в продължение на десетилетия, но зарядът ще се разгради по ядрен начин, според своя собствен сложен закон. Съответно е необходимо да се променя температурният контрол - поради постепенното увеличаване на самонагряването на плутония. Свеж килограм подчертава 2.2. ват, а след петнадесет години - сто и десет вата, вземете това предвид, когато организирате работата на заряда. И формата му няма да се промени. Ще настъпи ядрено разграждане въз основа на периодите на полуразпад. С всичко това има бойна деградация на заряда. Той взема предвид много фактори, не само промените в плутониеви отливки. В крайна сметка бомбата също съдържа военни материали, но не плутоний. А има и небойни делящи се материали. Плутониевият заряд може да бъде усилен чрез водородно усилване, на практика това е капсула с няколко грама деутериево-тритиева смес, потопена вътре в заряда. Или сместа веднага се разполага равномерно в плутониевото ядро, както в южноафриканските заряди. Тритият е радиоактивен и се разпада доста бързо. Следователно, капсулата трябва да се смени, преди да настъпи разграждането на плутониевата отливка. В допълнение, схемите за синтез на тритий се използват в импулсни неутронни инициатори, които задействат действието на заряда, след като той е прехвърлен в суперкритично състояние. Има както термоядрени реакции от локално компресиране на сместа, така и ускоряване на деутерий върху тритиева мишена от ускорител, ако си спомняте и т.н. Следователно бойната деградация на заряда, невъзможността за експлозия, ще дойде много по-рано, отколкото ще се случи поради деградацията на самите плутониеви бойни глави. За бойните плутониеви елементи като такива експлоатационният живот е някъде до петнадесет години, може би малко повече, но не значително. Ако се използват нормално и не са прегрявани. Въпреки това, всички тритиеви елементи ще загубят свойствата си много по-рано и те трябва да бъдат заменени в регламентите, според продължителността на цикъла, свързана с полуживота на изотопите на тези елементи. Променя се капсулата за бойно усилване, сменят се тритиевите импулсни неутронни източници. (И за да не се променят значителни обеми на основния етап на водородни заряди, те не съдържат тритий, заменят го с литий и се отърват от подмяната на основните части.). С организирането на нормален температурен контрол и навременна дежурна подмяна на краткотрайни части от заряда, с изграждането на известна автоматизация на тези процеси, ще получим неговия гаранционен срок от 15-18 години. Това е за големи натоварвания.
****
След това Lachesis изчезна от този интернет ресурс ....
Страница 1
Плутониевата бомба (виж фиг. 2b) съдържа берилиев източник на неутрони. Около него има плутониева сфера, а зад нея има заряд от обикновена материя. Когато детонаторът избухне под въздействието високо наляганегазове, плутониевата сфера се компресира, образува се критична маса плутоний и се получава експлозия. Радарът n тук служи за точно поддържане на височината на експлозията.
Какво ограничава мощността на урановите и плутониеви бомби.
Това е плутониева бомба от имплозиен тип.
Не, Йосиф Висарионович, наистина е така плутониева бомба, но тъй като плутоният е отровен, той има никелов филм отгоре за безопасност. И можете да проверите дали е топъл, защото в него протичат спонтанни ядрени реакции с нисък интензитет.
Високата температура, необходима за започване на реакцията, се постига с конвенционална уранова или плутониева бомба, която играе същата роля като капсулата с живачен фулминат в конвенционален взривител. Експлозията на водородна бомба може да достигне мощност от 20 мегатона TNT и следователно е 1000 пъти по-голяма от експлозията на първата бомба 235U, хвърлена над Хирошима с мощност от 20 килотона. Досега не са намерени средства за използване на огромната енергия от синтеза на хелий от водород за мирни цели.
Масивната обвивка на водородна бомба съдържа уранова или плутониева бомба и вещества, които се превръщат в хелий по време на термоядрена реакция - тежки и свръхтежки изотопи на водорода (деутерий и тритий) под формата на съединения с литий. За да се обадите термоядрена реакцияв такава система първо се взривява уранова или плутониева бомба. Това води до рязко повишаване на температурата, което прави възможно синтезирането на хелий.
Пресата описва конструкцията на първите американски атомни бомби, богохулно наречени Малка и Дебела. Бебето беше оборудвано с ядрено гориво под формата на уран-235 и хвърлено върху японския град Хирошима. Дебелият човек беше плутониева бомба, град Нагасаки пострада не по-малко тежко от него.
Подготвени са още две бомби. уранова бомбаБебето (дълго 3 метра, ширина 60 сантиметра и тегло 45 тона) е хвърлено от американците в японския град Хирошима на 6 август 1945 г.; нейната експлозия е записана от най-далечните радари. Няколко дни по-късно над Нагасаки е хвърлена плутониевата бомба Дебелия човек (35 х 15 метра, тежаща 5 тона).
Действието на водородна или термоядрена бомба се основава на реакцията на образуване на хелиеви ядра от водородни ядра. Някои бомби използват тритий като ядрено гориво, други използват литий и деутерий под формата на литиев деутерид LiD. Високата температура, необходима за започване на реакцията, се постига чрез използване на уранова или плутониева бомба като предпазител.
Тази реакция протича в рамките на 3 - 10 6 s и протича с голямо освобождаване на енергия. Въпреки това се нуждае от много висока температура, за да започне. Тази температура се развива по време на експлозията на атомна бомба. Следователно във водородна бомба, съдържаща смес от деутерий и тритий, атомна плутониева бомба служи като детонатор. При термоядрена експлозия на водородна бомба всъщност първо експлодира атомна бомба и след това възниква термоядрена реакция.
Откриването и изследването на трансуранови елементи е едно от най-новите и важни постижения в химията. Благодарение на това човек вече може да създава нови елементи. Пример за този вид нови елементи е плутоният, вторият от откритите трансуранови елементи. Плутоният е открит по време на Втората световна война и по същото време са разработени методи за неговото производство. Светът научи за откритието му, когато плутониевата бомба беше хвърлена над Нагасаки. Сега този елемент играе важна роля в мирното използване на ядрената енергия за производство на електрическа енергия. Плутоний и други трансуранови елементи могат да се използват като мощни източници на енергия, концентрирани в малък обем, за използване както в космоса, така и на Земята поради способността да преобразуват енергията, освободена при радиоактивния им разпад.
Страници: 1
