uranbomb
Funktionsprincip
Kärnvapen är baserade på en okontrollerad kärnklyvningskedjereaktion. Det finns två huvudscheman: "kanon", annars kallad ballistisk, och implosiv.
« Kanon" schemat är typiskt för de mest primitiva modellerna av kärnvapen från den första generationen, såväl som artilleri och handeldvapen kärnvapen, med restriktioner på vapenkalibern. Dess väsen ligger i "skjutningen" mot varandra av två block av klyvbart material med subkritisk massa. Denna detonationsmetod är endast möjlig i uranammunition, eftersom plutonium har en högre neutronbakgrund, vilket leder till en ökning av den erforderliga hastigheten för anslutning av delar av laddningen, som överstiger tekniskt möjliga.
"Implosiv" schemat innebär att man erhåller ett superkritiskt tillstånd genom att komprimera ett klyvbart material med en fokuserad stötvåg, skapad av explosionen av konventionella kemiska sprängämnen, som ges en mycket komplex form för fokusering och detonation utförs samtidigt på flera punkter med precisionsnoggrannhet.
Kärnladdningskraft uteslutande på principerna för fission av tunga grundämnen, begränsad till hundratals kiloton . Det är möjligt, men extremt svårt, att skapa en mer kraftfull laddning baserad enbart på kärnklyvning. Den mest kraftfulla ammunitionen i världen, endast baserad på kärnklyvning, testades i USA den 15 november 1952, explosionsutbytet var 500 kt.
För att reaktionen ska klara sig själv behövs ett lämpligt "bränsle", som användes i de första stegen som en uranisotop.
Uran förekommer i naturen i form av två isotoper - uran-235 och uran-238. När uran-235 absorberar en neutron under sönderfallsprocessen frigörs från en till tre neutroner:
Uranium-238, å andra sidan, släpper inte ut nya neutroner när det absorberar neutroner med måttlig energi, vilket förhindrar en kärnreaktion. Det förvandlas till uran-239, sedan till neptunium-239 och slutligen till det relativt stabila plutonium-239.
För att säkerställa prestanda atombomb innehållet av uran-235 i kärnbränsle måste vara minst 80 %, annars kommer uran-238 snabbt att släcka kärnkedjereaktionen. Nästan allt naturligt uran (cirka 99,3%) består av uran-238. Därför används i produktionen av kärnbränsle en komplex och flerstegs urananrikningsprocess, som ett resultat av vilket andelen uran-235 ökar.
Den uranbaserade bomben blev det första kärnvapnet som användes av människan under stridsförhållanden (”Kid”-bomben släpptes på Hiroshima). På grund av ett antal brister (svårigheter att erhålla, utveckla och leverera) är de för närvarande inte vanliga och ger efter för mer avancerade bomber baserade på andra radioaktiva grundämnen med lägre kritisk massa.
Det första kärnvapnet som detonerades för teständamål var kärnteknisk anordning"Gadget", "Thing" (eng. grej- armatur, prydnadsföremål) - en prototyp av Fat Man-plutoniumbomben som släpptes på Nagasaki. Testerna utfördes på en testplats nära staden Alamogordo i New Mexico.
Strukturellt sett bestod denna bomb av flera sfärer kapslade i varandra:
- Pulserande neutroninitiator (INI, "hedgehog", "urchin" (eng. urchin)) - en boll med en diameter på cirka 2 cm gjord av beryllium, täckt med ett tunt lager av en legering av yttrium-polonium eller metallisk polonium-210 - den primära källan till neutroner för en kraftig minskning av den kritiska massan och accelerationen av reaktionens början. Den avfyras i det ögonblick då stridskärnan överförs till ett superkritiskt tillstånd (under kompression uppstår en blandning av polonium och beryllium med frigörandet av ett stort antal neutroner). För närvarande har kortlivad polonium-210 ersatts av långlivad plutonium-238, som också kan producera en kraftfull neutronpuls när den blandas med beryllium.
- Plutonium. Den renaste plutonium-239 isotopen är önskvärd, men för att öka stabiliteten fysikaliska egenskaper(densitet) och förbättra kompressibiliteten av laddningen plutonium är dopat med en liten mängd gallium.
- skal (engelska) manipulera), som fungerar som en neutronreflektor (från uran).
- klämmande slida påskjutare) från aluminium. Ger större enhetlighet för kompression av stötvågen, samtidigt som den skyddar de inre delarna av laddningen från direkt kontakt med explosiva ämnen och heta nedbrytningsprodukter.
- Ett sprängämne med ett komplext detonationssystem som säkerställer att detonationen av hela sprängämnet synkroniseras. Synkronicitet är nödvändig för att skapa en strikt sfärisk kompressiv (riktad inuti bollen) stötvåg. En icke-sfärisk våg leder till att bollens material kastas ut genom inhomogenitet och omöjligheten att skapa en kritisk massa. Skapandet av ett sådant system för lokalisering av sprängämnen och detonation var på en gång en av de svåraste uppgifterna. Ett kombinerat schema (linssystem) används från "snabba" och "långsamma" sprängämnen - boratol och TATV.
- Kroppen är gjord av duraluminstämplade element - två sfäriska lock och ett bälte anslutet med bultar.
Combat railway missil system BZHRK 15P961 "Molodets" med interkontinental kärnvapenmissil
Raket RT-23 UTTH och missilsystem allmänt utvecklats i<КБ>Söder i Dnepropetrovsk, allmän designer akademiker V.F. Utkin. Tåget och bärraketen utvecklades i KBSM, Leningrad, chefsdesigner Akademikern A.F. Utkin. 1987-1991 12 komplex byggda .
Sammansättningen av BZHRK inkluderar:
1.Tre minsta startmoduler
2. Kommandomodul bestående av 7 bilar
3. Tankbil med lager av bränslen och smörjmedel
4. Tre lok DM62
Minimistartmodulen inkluderar tre bilar:
1. Launcher kontrollrum 2.
2. Launcher
3. 3. Försörjningsenhet
Launcher Bilen byggdes vid fabriken i Kalinin 1986.
Stridsspetsen till en MIRV-missil med tio stridsspetsar med en kapacitet på 0,43 Mt och en uppsättning medel för att övervinna missilförsvar.
1963, när endast fyra stater hade kärnvapenarsenaler, förutspådde USA:s regering att det skulle finnas 15 till 25 stater med kärnvapen under det kommande decenniet; andra har förutspått att antalet till och med kan stiga till 50. Från och med 2004 är endast åtta stater kända för att ha kärnvapenarsenaler. En stark icke-spridningsregim - som förkroppsligas av IAEA och fördraget - har bidragit till att dramatiskt bromsa den beräknade spridningstakten.
Från en FN-rapport, 2005
På dagens ämne. Kort och enkelt kärnvapen
*****
****
UPPMÄRKSAMHET!
VARNING för kvinnor och minderåriga av båda könen: allt följande är skrivet med vulgär humor och speciell cynism!
******
******
Innehåll:
Del 2. Tekniskt. Beskrivning av anordningen för typiska NED (nuclear explosive devices)
Del 3. Om frågan om kärnvapenens stridsförmåga
********
********
Del 1. Introduktion till sakens väsen
En atombomb består av flera subkritiska massor av ett kärnsprängämne (uran-235 eller plutonium-239). Med en riktad explosion kopplas alla subkritiska massor samman. Det är så en atomladdning av superkritisk massa bildas - en atomexplosion inträffar. Nästan alla vet detta. Tänk på enheten av termonukleära (väte) bomber. Sådan ammunition är baserad på bildandet (syntes) av kärnor av heliumatomer från kärnorna av väte- och litiumisotoper. Inledningsvis försökte de använda väteisotoper: deuterium och tritium som initiala produkter i termonukleära reaktioner. Därför kallades sådana bomber vätebomber och behåller sitt namn tills nyligen. Närvaron i bombkroppen av en installation för flytande av deuterium och tritium gjorde utformningen av en sådan bomb extremt tung. Det indikerades att dess vikt nådde 62 ton, med en aktiv substansvikt på 14 kg. Det är helt klart att användningen av bomber med en sådan vikt som bekämpning av termonukleär ammunition är extremt svår. Därför används litium-6-deuterid som utrustning för termonukleära bomber (stridsspetsar) av modern typ. Vikten av sådan vätevapen kommer att tillåta dem att levereras till målet med ballistiska missiler och bombplan. En egenskap hos termonukleär ammunition av alla kaliber är närvaron av en atomladdning i dem, vars explosion borde skapa den höga temperatur som krävs för att den termonukleära reaktionen ska fortsätta. Fallet med termonukleär ammunition har ett betydligt starkare skal än atomammunition. Denna omständighet är också orsaken till ökningen av vikten av termonukleära bomber (ammunition). För att sammanfatta: i kärnan vätebomb ligger en atomladdning, med sin explosion tillåter den en termonukleär reaktion att börja, en termonukleär reaktion fortsätter med litium-6 som ett termonukleärt bränsle, en mycket mer hållbar kropp gör det möjligt att öka stridsanvändningsfaktorn för en termonukleär laddning. Boettvikt termonukleär bombär den "döda" vikten när det gäller att leverera bomben till målet med missiler eller flygplan. Kostnaden för att frakta varje kilogram vikt är betydande, särskilt om leveransen sker med ballistiska missiler eller långdistansflygplan.
Funktioner hos enheten för moderna termonukleära stridsspetsar. Sådan ammunition kallas väte-uran, uran eller trefas. I en sådan ammunition exploderar först en atomladdsprängkapsel (klyvningsreaktionen av uran eller plutonium är den första fasen). Sedan, under påverkan av höga temperaturer, börjar en termonukleär reaktion med frisättningen av ett stort antal neutroner (fusionsreaktion - den andra fasen). Under inverkan av neutroner delas kärnorna av naturligt uran-238, från vilket skalet (höljet) av laddningen görs (klyvningsreaktion - den tredje fasen). I det här fallet kan laddningskraften ökas avsevärt jämfört med en konventionell termonukleär ammunition, som inte har ett uranskal. Det bör också noteras att effektökningen beror på ett relativt billigt ämne, som är naturligt uran, som består av 99% av uran-238. Det är irrationellt att göra ett sådant skal för kärnvapen; neutronernas energi i en konventionell kärnexplosion är otillräcklig för klyvning av uran-238 kärnor. I den öppna litteraturen anges att vid tillverkningen av en laddning av denna design med en diameter på 1 meter och en uranskaltjocklek på cirka 5 centimeter, är vikten av uran-238 cirka 3000 kg. Man tror att om cirka 15 % av uran-238 reagerar under explosionen, d.v.s. cirka 500 kg, skulle TNT-motsvarigheten till en explosion vara cirka 10 megaton. Uranium-238 är en mycket tung, hård och eldfast metall. Stridsspetsar med ett skal av naturligt uran kan komma in i planetens atmosfär med en hastighet av cirka 24 tusen kilometer i timmen och förvandlas till ett eldklot från friktion i tät luft. Uranskalet gjorde att stridsspetsen inte brann ut under processen. Det kan dessutom dras slutsatsen att förstörelsen av en stridsspets med en uran-238-skal av konventionella och till och med kraftfulla laservapen i framtiden är mycket, mycket problematisk.
*******
*******
Del 2. Tekniskt
Det finns faktiskt två typer av atombomber. Klassisk, med hjälp av en kedjereaktion av sönderfall av atomer. Och kraftfullare väte (termonukleärt). Användningen av okontrollerad termonukleär fusion gör att vätebomben relateras till de processer som sker i stjärnornas inre.
****
Tänk på den klassiska atombomben.
Först måste du ha "vapenklassat" uran. Urananrikning är processen att separera uranisotoper med atommassa 238 och 235. För användning i vapen och kärnreaktorer är endast uran-235 lämpligt, det utgör mindre än 1 % av den totala mängden uran i jordskorpan.
Uran reagerar mycket aktivt med miljö. Därför finns det bara i form av olika uranoxider. För att utföra separationsprocessen bringas uran i kontakt med en kraftfull syra (vanligtvis fluorväte), vilket gör det till en gasform.
Därefter placeras den resulterande gasen i en roterande trumma (centrifug) och snurrar upp till hastigheter som orsakar en överbelastning på upp till flera tusen G. Samtidigt roterar centrifugen med en frekvens på upp till 2 tusen varv per sekund och detta ställer speciella krav på designen för noggrannhet, lätthet och balans. Uran-235 är lättare än uran-238 (18,9 mot 19,3 g/cm3), det rör sig lättare under centrifugalkrafter till centrifugens kanter, vilket orsakar en ökad koncentration av den önskade isotopen vid kanten av centrifugen.
Uranhexafluorid med en ökad koncentration av en isotop med en atommassa på 235 avlägsnas från centrifugen och matas in i den igen. Vanligtvis underhåller en urananrikningsanläggning upp till flera tusen av dessa centrifuger för att erhålla en godtagbar grad av rening och mängd utgående material. Typiskt är den erforderliga koncentrationen endast 5 %. När processen är klar, förs uranet tillbaka till sitt metalltillstånd genom reaktionen av oxiden med kalcium, vilket ger den rena metallen och kalciumfluoriden. Den kan nu användas för kärnkraftverk och vapentillverkning.
Som material för atombomb plutonium används också. Vapenplutonium är mindre krävande på koncentrationen av klyvbart material, har en flera gånger lägre kritisk massa och är mycket lättare att separera från använt bränsle än att isolera 235U från malm eller radioaktivt avfall. En typisk kärnkraftsreaktor producerar hundratals kilo plutonium årligen. Mängden plutonium som krävs för en bomb finns i endast två använt bränsleelement (de blir sådana ungefär ett år efter att de lastats in i reaktorn). Det plutonium som erhålls från reaktorn är en blandning av extremt svåra att separera isotoper med atomnummer från 238 till 241, av vilka några är instabila och sönderfaller över tid, vilket frigör strålning (inklusive värme) och sönderfallsprodukter (inklusive gaser) som förstör produkten och göra den oanvändbar. Ren plutonium gjutgods spricker. Efter en kort tids lagring i luft blir metalliskt plutonium skört och giftigt, det antänds lätt vilket gör det svårt att bearbeta. För att minska dessa effekter legeras plutonium (till exempel med gallium), och produkter gjorda av det beläggs med ett lager av giftfri metall. Man tror att en plutoniumbomb är strukturellt mer komplex än en uranbomb och kräver mycket större precision vid tillverkning.
Grundprincipen för en atombombs funktion är enkel. Det räcker att kombinera två (eller flera) uranstycken av "vapenkvalitet", vars massor (storlekar) är separata subkritiska (inte kapabla att initiera en kedjereaktion ), men tillsammans bildar de en superkritisk massa (orsak kärnkraftsexplosion). För att en kärnvapenexplosion ska inträffa måste du ansluta båda dessa delar mycket snabbt. För snabb konvergens av delar av klyvbart material med subkritiska massor kan du använda ett konventionellt sprängämne. En annan metod för snabb förening av subkritiska massor är förknippad med det faktum att de är belägna i närheten av varandra, endast åtskilda av ett tunt lager av ett ämne som starkt absorberar neutroner. Kärnexplosionen av en sådan bomb utförs (med hjälp av fjärrkontroll) genom ett skarpt avlägsnande av absorbatorn eller införande av en källa för ytterligare neutroner så att absorbatorns verkan blir ineffektiv.
Kritisk massa - den minsta massan av ett klyvbart material vid vilken en självförsörjande kärnklyvningsreaktion kan inträffa i det. Om massan av materia är under den kritiska massan, förloras för många neutroner som behövs för fissionsreaktionen, och kedjereaktionen fortsätter inte. Med en massa större än den kritiska kedjereaktionen kan accelereras som en lavin, vilket leder till en kärnvapenexplosion.
Den kritiska massan beror på storleken och formen på det klyvbara provet, eftersom de bestämmer läckaget av neutroner från provet genom dess yta. Ett sfäriskt prov har den minsta kritiska massan, eftersom dess yta är den minsta. Den kritiska massan av rent metalliskt sfäriskt plutonium-239 är 11 kg (diametern på en sådan sfär är 10 cm), uran-235 är 50 kg (diametern på en sfär är 17 cm). Den kritiska massan beror också på kemisk sammansättning prov. Neutronreflektorer och moderatorer som omger det klyvbara materialet kan avsevärt minska den kritiska massan.
******
Kärnvapenteknik.
Uran och plutonium, som används i moderna atomladdningar, har en hög renhet - mer än 90 % i lättklyvbara isotoper. Med en minskning av koncentrationen ökar den kritiska massan, och därmed mängden material som krävs för explosionen (detta beroende är särskilt uttalat för 235U). Med en minskning av koncentrationen blir det strukturellt svårare att hålla det klyvbara materialet under nödvändig tid inom en liten volym så att kärnreaktionen hinner passera innan den frigjorda energin slår sönder hela anordningen i olika riktningar. Å andra sidan är en hög koncentration inte alls nödvändig, om hög effektivitet hos anordningen inte krävs.
I praktiken använder atombomber en neutronreflektor (till exempel från beryllium eller uran-238), vilket gör det möjligt att reducera den kritiska massan med flera gånger och uppnå en explosion (momentan kriticitet) vid en relativt låg koncentration av klyvbart material. Till exempel, för att uppnå kritisk massa utan reflektor, behöver du 50 kg metalliskt uran-235 (i själva verket används urandioxid, som behöver ytterligare en och en halv gånger mer), men om du använder en Be-reflektor, då kritisk massa reduceras till 15 kg (detta är ungefärliga siffror, så hur mycket beror på bombens design). Ungefär samma sak är fallet med plutonium av vapenkvalitet och 233U. Som regel placeras en annan neutronkälla (till exempel polonium) inuti enheten för att tillförlitligt provocera fram en kärnkedjereaktion.
För atombomben anses ovanstående två scheman vara klassiska. I motsats till den populära uppfattningen i populärlitteraturen, för att uppnå kritiska parametrar, är två eller flera subkritiska massor oftast inte sammanfogade, utan en ihålig sfär av lättklyvbara isotoper komprimeras av en explosion och når en viss densitet av kärnkraft. explosiva varor. I bomben, som utvecklades på 1970-talet av sydafrikanska specialister, var den tänkt att komprimera en solid boll av poröst metalliskt uran, i vars porer deuterium och tritium pumpades. Ju starkare kompression, desto större densitet och desto mindre klyvbart material krävs för en kärnexplosion.
För att skapa effekten av implosion - den så kallade. "explosion inuti" - enheten är antingen omgiven av en annan tjockväggig kula, eller block, från ett speciellt sprängämne (innehållande hexogen). Varje block liknar sin design till den formade laddningen som används i granatkastare, bara som ett resultat av explosionen bildas inte en smal jet, utan tvärtom en bred riktad mot mitten av bollen. Varje block har en snabb elektrisk detonator med hög precision (krytron). Den explosiva explosionen måste ge en enhetlig stötvåg riktad mot mitten, och detta är en av de största svårigheterna vid bombkonstruktion. I riktiga enheter används ytterligare flera lager av sprängämnen och en reflektor, som gör det möjligt att bilda en implosiv stötvåg och förhindra för tidig expansion av klyvbart material. Efter detonationen av de explosiva blocken rusar reflektorskiktet under det till mitten och skjuter kärnsprängämnet framför sig. Dess densitet ökar flera gånger och omedelbar kritik uppnås (vilket underlättas av en neutronkälla placerad i mitten). Den första faktiskt exploderade kärnkraftsanordningen (16 juli 1945 i Alamogordo) gjordes exakt enligt detta schema.
Kanonschemat är strukturellt enklare och implementerades i den första atombomben (uran) som släpptes på Hiroshima. I en ihålig kanal (i Hiroshimabomben var det en bit av en kanonpipa) accelererar en kompakt projektil från uran berikad med en lättklyvbar isotop till en hastighet av cirka 2 km/s och kombineras med en annan del av samma uran. Den totala massan av lättklyvbara isotoper överstiger avsevärt den kritiska massan. Reaktionen börjar redan när bitarna närmar sig, så du behöver hinna koppla ihop dem innan den frigjorda energin förstör strukturen. Även vid den angivna anslutningshastigheten är kärnreaktionen mycket ineffektiv. Hiroshimabomben använde 64 kg uran, som innehöll cirka 90 % av 235U-isotopen, varav mindre än 1 % lyckades reagera. Enligt vissa rapporter kan plutonium inte användas i ett kanonschema alls, eller så måste det accelereras i en kanal till mycket högre hastigheter. Detta beror på att plutonium-239 når kriticitet mycket lättare och börjar klyvas när delarna är relativt långt ifrån varandra, vilket gör att enheten kollapsar innan villkoren för en kärnvapenexplosion är uppfyllda. Kanonschemat används där det på grund av begränsade dimensioner är omöjligt att använda ett implosivt schema (till exempel i granater och mortelminor av operativt-taktiska kärnvapen).
Implosionsteorin utvecklades i början av 1940-talet av de tyska ingenjörerna Gottfried Guderley och Kurt Diebner i Tyskland och oberoende av Klaus Fuchs i USA. Många av dess aspekter, särskilt de som är relaterade till processens instabilitet, är fortfarande en av de viktigaste atomhemligheterna. Liksom i det relaterade området - aerodynamik - kräver processen att skapa ett effektivt implosionsschema ett stort antal fullskaliga tester.
Kort sammanfattning. För en bomb tillverkad enligt kanonschemat krävs en stor mängd högrenat uran-235. För en implosionsbomb kan inte särskilt rent uran-235 användas (teoretiskt kan det bara vara 20% eller till och med 14%), men explosionen kräver då en hög grad av kompression, vilket är extremt svårt att uppnå. Plutonium ser något bättre ut (kräver också implosion), men det kräver en kärnreaktor (eller åtminstone använda bränslepatroner) för att få det.
******
H-bomb.
Detta är ett kärnvapen med stor destruktiv kraft (i storleksordningen megaton i TNT-ekvivalent), vars funktionsprincip är baserad på termonukleär fusionsreaktion av lätta kärnor. Explosionens energikälla är processer som liknar de som sker på solen och andra stjärnor.
termonukleära reaktioner. Solens inre innehåller en gigantisk mängd väte, som är i ett tillstånd av superhög kompression vid en temperatur av ca. 15 000 000 K. Vid en så hög temperatur och plasmadensitet upplever vätekärnor ständiga kollisioner med varandra, varav några slutar i att de går samman och i slutändan bildar tyngre heliumkärnor. Sådana reaktioner, som kallas termonukleär fusion, åtföljs av frigörandet av en enorm mängd energi. Enligt fysikens lagar beror energifrigöringen vid termonukleär fusion på att när en tyngre kärna bildas, omvandlas en del av massan av de lätta kärnorna som ingår i dess sammansättning till en kolossal mängd energi. Det är därför solen, som har en gigantisk massa, förlorar ca. 100 miljarder ton materia och frigör energi, tack vare vilket liv på jorden blev möjligt.
Isotoper av väte. Väteatomen är den enklaste av alla existerande atomer. Den består av en proton, som är dess kärna, runt vilken en enda elektron kretsar. Noggranna studier av vatten (H2O) har visat att det innehåller försumbara mängder "tungt" vatten som innehåller " tung isotop» väte - deuterium (2H). Deuteriumkärnan består av en proton och en neutron, en neutral partikel med en massa nära en protons.
Det finns en tredje isotop av väte, tritium, som innehåller en proton och två neutroner i sin kärna. Tritium är instabilt och genomgår spontant radioaktivt sönderfall och förvandlas till en isotop av helium. Spår av tritium har hittats i jordens atmosfär, där det bildas som ett resultat av samspelet mellan kosmiska strålar och gasmolekyler som utgör luften. Tritium erhålls också artificiellt i en kärnreaktor genom att bestråla litium-6-isotopen med ett neutronflöde.
En preliminär teoretisk analys visade att termonukleär fusion enklast utförs i en blandning av deuterium och tritium. Med detta som grund började amerikanska forskare i början av 1950-talet genomföra ett projekt för att skapa en vätebomb (HB). De första testerna av en kärnkraftsmodell utfördes på Eniwetok-testplatsen våren 1951; men då var termonukleär fusion bara partiell. Betydande framgång uppnåddes den 1 november 1951, när man testade en massiv kärnkraftsanordning, vars explosionskraft var 4-8 Mt i TNT-ekvivalent.
Den första vätebomben detonerades i Sovjetunionen den 12 augusti 1953 och den 1 mars 1954 detonerade amerikanerna en kraftigare (cirka 15 Mt) luftbomb på Bikini-atollen. Sedan dess har båda makterna detonerat avancerade termonukleära vapen.
Explosionen åtföljs av utsläpp av en stor mängd radioaktiva ämnen. Men eftersom termonukleär fusion producerar stabilt helium, bör radioaktiviteten i explosionen av en ren vätebomb inte vara mer än den för en atomdetonator av en termonukleär reaktion. Ofta förutspådda och faktiska radioaktiva nedfall skilde sig dock avsevärt i mängd och sammansättning.
Sekvensen av processer som inträffar under explosionen av en vätebomb kan representeras enligt följande. Först exploderar laddningsinitiatorn för en termonukleär reaktion (en lågkraftig atombomb) placerad inuti HB-skalet, som ett resultat uppstår en neutronblixt och en hög temperatur skapas, vilket är nödvändigt för att initiera termonukleär fusion. Neutroner bombarderar en insats gjord av litiumdeuterid, en förening av deuterium med litium (en litiumisotop med masstalet 6 används). Litium-6 delas av neutroner till helium och tritium. Således skapar atomsäkringen de material som behövs för syntes direkt i själva bomben.
Sedan börjar en termonukleär reaktion i en blandning av deuterium och tritium, temperaturen inuti bomben stiger snabbt, vilket involverar mer och mer väte i fusionen. Med ytterligare temperaturhöjning kunde en reaktion mellan deuteriumkärnor börja, vilket är karakteristiskt för en ren vätebomb. Alla reaktioner går så snabbt att de uppfattas som momentana.
Division, syntes, division (superbomb). Faktum är att i en termonukleär bomb slutar sekvensen av processer som beskrivits ovan i steget för reaktionen mellan deuterium och tritium. Vidare föredrog formgivarna att inte använda syntesen av kärnor, utan deras klyvning. Fusion av deuterium- och tritiumkärnor producerar helium och snabba neutroner, vars energi är tillräckligt stor för att orsaka klyvning av uran-238-kärnor (huvudisotopen för uran, mycket billigare än uran-235 som används i konventionella atombomber). Snabba neutroner delar atomerna i superbommens uranskal. Klyvningen av ett ton uran skapar en energi motsvarande 18 Mt. Energi går inte bara till explosion och utsläpp av värme. Varje urankärna delas upp i två mycket radioaktiva "fragment". Fissionsprodukter inkluderar 36 olika kemiska grundämnen och nästan 200 radioaktiva isotoper. Allt detta utgör det radioaktiva nedfallet som följer med explosionerna av superbomber. På grund av den unika designen och den beskrivna verkningsmekanismen kan vapen av denna typ göras så kraftfulla som önskas. Det är mycket billigare än atombomber av samma kraft.
*****
Energin från explosionen av en implosiv atombomb förstärks genom detonationen av en centrala regionen termonukleär laddning (i form av gas från deuterium och tritium). Tillsammans detonerar de i sin tur den huvudsakliga termonukleära laddningen av litiumdeutrid, innesluten i en tjockväggig cylinder eller ellipsoid av metalliskt uran (238U) eller volfram. En cylinder med litiumdeutrid har ett massivt lock som skiljer den från atomladdningen, och inuti den finns en ihålig stav gjord av en lättklyvbar isotop av uran eller plutonium. Från källan i den övre delen införs ett neutronflöde i mitten av det första steget (atombomben). Utrymmet runt cylindern med litiumdeutrid är fyllt med polymer. Under de första nanosekunderna efter detonationen av en atombomb förvandlar den resulterande strålningen hela strukturen till en multipeljoniserad plasma. Innan den hinner spridas åt olika håll sker flera på varandra följande processer som tar totalt cirka hundra nanosekunder. Polymeratomer (väte och kol) återutsänder explosionens energi till mjuka röntgenstrålar (som hohlraum i en laserfusion) och denna strålning orsakar ablation (ablation av materia) av cylinderytan. Det massiva höljet skyddar litiumdeutriden från strålning som kommer direkt från atomexplosion. På grund av ablationen (ablationen av materia) av cylinderns massiva kropp (ellipsoid) uppstår en reaktiv kraft som komprimerar den termonukleära laddningen, vilket minskar dess volym med dussintals gånger. Neutroner som passerar genom litiumdeuteriden saktas ner (litium fungerar som en moderator) och när de når den centrala staven provocerar de dess explosion, vilket komprimerar det termonukleära sprängämnet ännu mer. Tätheten av litiumdeutrid ökar tusen gånger och den termonukleära fusionsreaktionen börjar i den. Explosionen av en sådan bomb är kapabel att fullständigt förstöra en stad med en befolkning på flera miljoner människor.
Det finns ingen kritisk massa för en termonukleär bomb, och den hittills största exploderade är 5 tusen gånger starkare än en bomb släppte på Hiroshima. Totalt i arsenaler olika länder mer än 50 tusen vätebomber har nu samlats, som var och en är cirka 20 gånger kraftfullare än den första atombomben. Nio länder (USA, Ryssland, Kina, England, Frankrike, Israel, Indien, Pakistan, Nordkorea) har kärnvapenteknologi och uppskattningsvis åtta länder till (Tyskland, Japan, Brasilien, Sydafrika, Spanien, Italien, Kanada, Iran ) är nära sin produktion. Dessutom har Sydafrika redan utvecklat, testat och haft sex kärnvapen, men frivilligt övergett kärnvapen. Med ett ord, att göra en atombomb nu är inget problem.
******
Ovanstående beskrivningar av bomberna kommer att förefalla experter vara mycket villkorade och till och med naiva. I industriellt tillverkade kärnstridsspetsar liknande innebörd, men uppenbarligen implementerades olika designlösningar, erhållna som ett resultat av många år av mycket dyr forskning och testning. Med andra ord, trots principernas uppenbara enkelhet är det möjligt att producera en relativt effektiv kärnteknisk anordning endast som ett resultat av ett storskaligt utvecklingsprogram som kommer att pågå i flera år och kosta en astronomisk summa. Volymen av teknisk dokumentation för en färdig produkt kan mätas i kubikmeter, och även om man antar att den viktigaste delen av den kan bli stulen (som hände med Manhattan Project på 1940-talet), någon extremt rik organisation som en drogkartell eller en populär religiös sekt kan inte samlas under sin egen flygel av flera hundra specialister och en massa specifik utrustning och material så att den inte snart skulle bli känd för de relevanta behöriga myndigheterna.
*****
Låt oss studera enheten med tre atombomber.
Uran atombomb Kid. Uranladdningen i en bomb består av två delar: ett mål och en projektil. Projektilen med en diameter på 10 och en längd på 16 centimeter är en uppsättning av sex uranringar. Den innehåller cirka 25,6 kg - 40% av allt uran. Ringarna i projektilen stöds av en hårdmetallskiva och stålplåtar och är inuti en stålkropp. Målet har en massa på 38,46 kg och är gjord i form av en ihålig cylinder med en diameter på 16 cm och en längd av 16 cm. Strukturellt är den gjord i form av två separata halvor. Målet är monterat i ett hus som fungerar som neutronreflektor. I princip ger mängden uran som används i bomben en kritisk massa utan reflektor, dock dess närvaro, samt tillverkning av en projektil av mer anrikat uran (89% U-235) än målet (80% U) -235), låter dig öka laddningseffekten.
Plutonium atombomb Fet man. Bombens kärna är en uppsättning kapslade sfärer. Här är de listade i kapsordning, dimensionerna för sfärernas yttre radier anges: * explosivt skal - 65 cm, * neutronabsorbator - 23 cm, * uranhölje / neutronreflektor - 11,5 cm, * plutoniumkärna - 4,5 cm Plutoniumladdning. 9 cm sfär, med en 2,5 cm hålighet i mitten för neutroninitiatorn. Denna form av laddning föreslogs av Robert Christy för att minska asymmetri och instabilitet under implosion. Urankropp/neutronreflektor. Plutoniumladdningen är omgiven av ett hölje av naturligt uran som väger 120 kg och 23 cm i diameter. Detta hölje bildar ett sjucentimeters lager runt plutoniumet. Uranets tjocklek beror på problemet med neutronbevarande, så ett lager på flera centimeter är tillräckligt för att säkerställa neutronretardation. Den tjockare kroppen (över 10 cm tjock) ger dessutom betydande neutronbevarande för hela strukturen, men den "temporala absorptions"-effekten som är inneboende i snabba, exponentiellt utvecklande kedjereaktioner minskar fördelarna med att använda en tjockare reflektor.
Cirka 20 % av bombens energi frigörs från den snabba klyvningen av uranskrovet. Kärnan och kroppen bildar tillsammans ett minimalt subkritiskt system. När en sammansättning komprimeras med upp till 2,5 gånger sin normala densitet med hjälp av en implosionsexplosion, börjar kärnan innehålla cirka fyra till fem kritiska massor.
Explosiv granat och detonationssystem. Det explosiva skalet är ett lager av högexplosivt ämne. Dess tjocklek är cirka 47 cm och vikten är minst 2500 kg. Detta system innehåller 32 explosiva linser, varav 20 är sexkantiga och 12 är femkantiga. Linserna är sammanfogade på samma sätt som en fotboll och bildar en sfärisk explosiv enhet, cirka 130 cm i diameter. Var och en har 3 delar: två av dem är gjorda av sprängämne (BB) med hög detonationshastighet, en - med en låg. Den yttersta delen av det snabbt detonerande sprängämnet har en konformad urtagning fylld med sprängämnen med låg detonationshastighet. Dessa parningsdelar bildar en aktiv lins som kan skapa en cirkulär, växande stötvåg riktad mot mitten. Insidan av det snabbt detonerande sprängämnet täcker nästan aluminiumsfären för att förstärka den konvergerande stöten.
Linserna tillverkades genom precisionsgjutning, så sprängämnet måste smältas ner innan användning. Det huvudsakliga snabbt detonerande sprängämnet var "komposition B", en blandning av 60% hexagen (RDX) - ett mycket snabbt detonerande men dåligt smältande högexplosivt ämne, 39% TNT (TNT) - ett högexploderande och lättsmältande sprängämne och 1% vax. Det "långsamma" sprängämnet var baratol - en blandning av TNT och bariumnitrat (andelen av tol är vanligtvis 25-33%) med 1% vax som bindemedel. Linsernas sammansättning och densitet kontrollerades exakt och förblev oförändrade. Linssystemet var anpassat till en mycket nära tolerans, så att dess delar var anslutna till varandra med en noggrannhet på mindre än 1 mm, för att undvika inhomogeniteter i stötvågen, men inriktningen av linsernas yta var ännu viktigare än att anpassa dem till varandra.
För att uppnå en mycket exakt detonatortid saknade standarddetonatorer primära/sekundära sprängämneskombinationer och hade elektriskt uppvärmda ledare. Dessa ledare är bitar av tunn tråd som omedelbart avdunstar från strömstyrkan som tas emot från en kraftfull kondensator. En explosiv detonator detoneras. Urladdningen av kondensatorbanken och förångningen av tråden för alla detonatorer kan göras nästan samtidigt - skillnaden är +/-10 nanosekunder. baksidan ett sådant system kräver stora batterier, en högspänningsströmförsörjning och en kraftfull samling kondensatorer (kallad X-Unit, cirka 200 kg i vikt) konstruerade för att avfyra 32 detonatorer samtidigt. Det färdiga explosiva skalet placeras i ett duraluminhölje. Skrovdesignen bestod av ett centralt bälte, sammansatt av 5 bearbetade duralumingjutgods, och de övre och nedre halvkloten, som bildar ett komplett skal.
sista monteringsfasen. Bombens slutprojekt tillhandahåller ett speciellt "lock" genom vilket klyvbart material läggs i slutet. Laddningen kan göras som en helhet, med undantag för plutoniuminsatsen med initiatorn. Av säkerhetsskäl slutar bygget strax innan praktisk applikation. Duraluminhemisfären tas bort tillsammans med en av de explosiva linserna. Neutroninitiatorn installeras mellan plutoniumhalvorna och monteras inuti en 40-kilos urancylinder, och sedan bäddas hela strukturen in i uranreflektorn. Linsen återgår till sin plats, en detonator är ansluten till den, ett lock skruvas på plats ovanpå.
The Fat Man utgjorde en allvarlig fara när det gäller leverans och förvaring i ett bruksfärdigt skick, men även i värsta fall var faran fortfarande mindre än för Kid. Den kritiska massan för en kärna med uranreflektor är 7,5 kg plutonium för deltafasen och endast 5,5 kg för alfafasen. Varje oavsiktlig detonation av den explosiva granaten kan resultera i komprimering av den 6,2 kg Fat Man-kärnan till den superkritiska alfafasen. Explosionens uppskattade kraft från en sådan obehörig operation av laddningen kommer att sträcka sig från tiotals ton (i grova drag, en storleksordning mer än sprängladdningen i en bomb) till ett par hundra ton TNT-ekvivalent. Men den största faran ligger i flödet av penetrerande strålning under explosionen. Gammastrålar och neutroner kan orsaka dödsfall eller allvarlig sjukdom långt bortom sprängzonen. En liten kärnvapenexplosion på 20 ton kommer alltså att orsaka en dödlig stråldos på 640 rem på ett avstånd av 250 m.
Superbomb med en kapacitet på 50 Mt. Utvecklingen av superbombanordningen började den 10 juli 1961, före denna serie maximal avgift, testad i USSR var 2,9 megaton. 1961 förberedde de sig för att testa enheten på 4, 10 och 12,5 Mt. Naturligtvis fanns redan utvecklingen av utformningen av superstora laddningar, men med tanke på rekordkraften och den kortaste utvecklingstiden blir det tydligt att ett enormt arbete har lagts ned.
Enheten färdigställdes och testades efter bara 112 dagar. Superbomben var tvungen att detoneras så snart som möjligt. Utvecklingen gick i snabbare takt. Det var ett stort tryck på utvecklingsteamet, vilket intensifierades med det offentliga tillkännagivandet av det kommande testet och planer på att sammanfalla med stängningen av CPSU:s XXII:e kongress. Någonstans i mitten av augusti fattas beslut om att detonera en laddning reducerad till en kraft av 50 Mt, och USA informeras om det kommande testet. Ett offentligt uttalande om den planerade superexplosionen gjordes av Chrusjtjov i ett tal tillägnat återupptagandet av tester den 1 september 1961 (det första testet i denna serie gjordes samma dag).
För att påskynda processen genomfördes ungefärliga och uppskattade beräkningar samtidigt med monteringen. Monteringen skedde på en järnvägsplattform, på vilken bomben levererades till flygfältet. Men det fanns också tvivel om enhetens prestanda. De uppstod i mitten av oktober, när bomben nästan var klar. Ytterligare beräkningar genomfördes och ändringar gjordes i konstruktionen.. 6 dagar före testet, den 24 oktober, släpptes slutrapporten med teoretiska beräkningar och beräkningar för bombens konstruktion. Nu återstod det bara att vänta på slutförandet av dess konstruktion och testresultatet.
Bomben byggdes vid RFNC-VNIITF (Chelyabinsk-70) med en kärnladdning utvecklad vid VNIIEF (Arzamas-16). Användningen av en sådan "superbomb" från ett bärarflygplan krävde skapandet av ett mycket effektivt bromsfallskärmssystem, och det skapades vid Research Institute of Fallskärmsjägare enligt referensvillkoren och med direkt deltagande av VNIITF. Dimensionerna på detta fallskärmssystem var ovanliga. Arean av huvudfallskärmskupolen var 1600 kvadratmeter. m, vilket gjorde det möjligt för bärarflygplanet att gå till ett säkert avstånd från explosionsplatsen.
Bomben hade ett trestegsschema, som den amerikanska Mk-41, den maximalt utvecklade i USA, med en kapacitet på 25 Mt. Grovt sett antänder en konventionell kärnvapenexplosion den 1:a termonukleära laddningen, som i sin tur aktiverar den 2:a termonukleära laddningen. Vid varje steg "pumpas" kraften från 10 till 100 gånger. Fusionsbränslekapselkroppar kan tillverkas av låganrikat uran, vilket resulterar i en ytterligare effektökning (fördubbling i detta fall). Dessa exempel visar komplexiteten i de uppgifter som ställs för tillverkning av atomvapen.
Datormodellering. Den snabba utvecklingen av datorer bidrog delvis till att man övergav testningen av atombomber på testplatser. Idag kan kärnvapenexplosioner simuleras endast med hjälp av superdatorer, som bara finns tillgängliga i ett fåtal laboratorier i världen, och denna simulering kan bara delvis ersätta kärnvapenprov i full skala.
Förmodligen kommer denna väg att leda till tillverkningen av en "hem"-bomb. Efter en tid kan en stationär dator med ett piratkopierat program kanske beräkna ett relativt enkelt implosionsschema. Så snart en sådan möjlighet teoretiskt uppstår, kommer det uppenbarligen att finnas en hacker som av nyfikenhet eller bravader kommer att lägga detta schema på Internet för alla att se. Troligtvis kommer det att vara en hel Internetgemenskap, som konkurrerar, vars system är enklare och billigare. Och kanske kommer någons schema att vara mycket lättare att implementera än de som används i modern design. Det är också möjligt att en liten mängd använt kärnbränsle, en bärbar kemiskt laboratorium och en konventionell metallverkstad för att tillverka en datorberäknad bomb. Framtiden kommer att visa sannolikheten för ett sådant scenario.
*********
*********
3. På frågan om kärnvapenens stridsförmåga
****
Lachesis skrev:
eh, nej, Marodör. Ryssland vet inte hur man gör detta. Och ingen i världen kan göra det ännu. Vapenplutonium separeras inte. Jag måste ta itu med ditt utbildningsprogram, trots min inneboende dåliga smak. Jag är redo att ge dig en liten begriplig föreläsning i en introduktionskurs om plutonium av vapenkvalitet, så att du har rätt idé och aldrig mer säger att Ryssland kan separera plutonium.
......
Vapenaspekten kan bildas inte bara av plutonium, utan också av uran. Men för uran behöver du exakt den indelning som du tillskrev i förhållande till plutonium. För denna uppdelning är möjlig, Marauder. Gasdiffusionsmetod med tusentals upprepningar av cykeln. Varför är det möjligt och varför finns det så många cykler? Eftersom uran av vapenkvalitet - U-235 - har en massaskillnad med isotopen U-238 som inte är av vapenkvalitet med så mycket som tre nukleoner: 238 - 235 = 3. Detta är ganska mycket: 0,0127659, eller ungefär, 1,28 %. Följaktligen kommer separation att ske med denna procent och ännu mindre under en körning genom separationssystemet (utan att gå in på dess detaljer) - separationsmöjligheterna lyckas fortfarande "fånga", "haka" denna massskillnad i uranisotoper och arbeta, om än svagt , men jobba. Och för att öka graden av separation upprepas detta "svagt" 3-5 tusen gånger. Som ett resultat ackumuleras separation och vi får U-235. På vägen får vi ännu tidigare lättare isotoper: U-234, som man kan göra en bomb av, U-233 och U-232, som genom åren ger en kraftig kontaminering av vapenklassat material med sin klyvning, och det måste också separeras från vapenklassat material (och det är också möjligt att denaturera vapenklassat uran med denna isotop. Genom att göra denaturerad alkohol är det omöjligt för terrorister att producera en bomb - på ett år kan radioaktiviteten av sådant material, på grund av en märkbar (om än mycket liten) förorening av U-232, tiodubblas, på två år - hundra, och processen fortsätter ytterligare - bombens material ändrar sina parametrar så mycket att det blir okontrollerbart, och den termiska förstörelsen av bomben inträffar för tidigt före den aktiva explosionen, endast vid inflygningarna till den U-233 ackumuleras vid mottagandet av U-235 - den berikas i samma tekniska process på samma sätt) även från ett flygplan, även från en satellit teoretiskt.
-***
Men plutonium kan inte delas på detta sätt. Varför? Och eftersom det har två isotoper, vapen och icke-vapen, skiljer sig bara med en nukleon - deras atommassor är närliggande: vapen 239 och icke-vapen 240 (andra isotoper, Pl-238, Pl-241, Pl-242, Pl- 243 och Pl- 244 beaktas inte i denna uppsats). 1/239 = 0,0041841 eller 0,42 %. En sådan distinktion är inte längre "engagerad" av de industriella "uranmetoderna" för separation. Det finns experimentella metoder och utvecklingar som elektromagnetisk separation, gasdiffusion och centrifugering, laserindunstning, men detta är inte industrialiserat i något land. Fast de kommer att bemästra det, kanske snart nog, om tio till tjugo år.
Lachesis skrev:
Nu om att underminera. Uran kan sprängas genom att kombinera bitar av subkritisk massa till ett block av superkritisk massa. Och då blir det en explosion. Men frågan är exakt hur man kopplar. Om du för två subkritiska bitar av U-235 närmare ett visst avstånd, kommer de att börja värmas upp från utbytet av neutroner med varandra och förstärkningen av denna sönderfallsreaktion och frigörandet av energi. Låt oss komma ännu närmare - de kommer att bli glödheta. Sedan blev det vitt. Sedan smälter de. Smältan, som närmar sig kanterna, kommer att börja värmas upp ytterligare och avdunsta. Dessutom är energireserverna i en bit uran sådana att vitglödiga bitar kan sänkas ner i en ström av vatten som forsar från en glaciär - de blir lika bländande glödheta, och när de närmar sig ytterligare kommer de att smälta, och inte värmeavlägsnande eller kylning kan förhindra smältning och avdunstning.
-***
Därför, precis som du inte sammanför delarna på vardagliga sätt, innan de ansluts, kommer de att smälta och avdunsta alla enheter som implementerar detta närmande, och förånga sig själva, spridas, expandera, flytta bort från varandra och sedan bara kylas ner. eftersom de kommer att befinna sig på ett ökat ömsesidigt avstånd. Det är möjligt att forma bitarna till en superkritisk en endast genom att utveckla så enorma konvergenshastigheter att ökningen av tätheten av neutronflödet inte kommer att hålla jämna steg med delarnas konvergens. Detta uppnås vid inflygningshastigheter i storleksordningen 2,5 km per sekund. Det är då de hinner sticka in i varandra innan de värmer upp från energisläppet. Och då kommer den efterföljande energifrisättningen att vara så hög att en kärnvapenexplosion med en svamp kommer att inträffa. Krut kan inte accelereras till sådana hastigheter - bombens storlek och accelerationsvägarna är små, detta är inte en luftvärnspistol. Därför sprängs de med sprängämnen, och kombinerar "långsamma" och "snabba" sprängämnen, eftersom omedelbart "snabba" sprängämnen kommer att orsaka en sprängförstörelse av en bit uran av en högtrycksstötvåg. Men i slutändan får de det viktigaste - de säkerställer hastigheten för att överföra systemet till ett superkritiskt tillstånd innan det kollapsar termiskt på grund av den växande värmeavgivningen under inflygning. Och ett sådant schema kallas "kanon", eftersom subkritiska pjäser "skjuter" mot varandra, har tid att kombineras till en superkritisk pjäs och sedan släpper kraften i en atomexplosion på ett topp sätt.
Men med plutonium fungerar inte en sådan sak. Det är mycket mer "reaktivt", det reagerar på konvergensen av bitar mycket snabbare. Det är en annan metall. Alfaaktiviteten för plutonium är till exempel tvåhundratusen gånger högre än för uran-235. Kompakt gjutet plutonium är alltid varmt vid beröring, det har en temperatur på 50-60 grader från en kontinuerligt pågående reaktion. Hundra gram plutonium avger ungefär samma mängd värme som hundra gram av människokroppen genom ämnesomsättningen. Plutonium är frestande eftersom det kan ha en kritisk massa på 5 kg snarare än 50 som uran. 5 kg plutonium är ungefär lika stor som en kycklinggula. En bit stor som ett ägg ger en explosion på 20 kiloton. Men hur undergräver man det? När den närmar sig kommer den att börja accelerera energiutsläppet med en sådan hastighet att nej kanonschema kommer inte att hjälpa. Vi behöver hastigheter på 10-12 eller mer km per sekund. Inga sprängämnen kan sprida fragment till sådana hastigheter. Acceleration av massan är kostnaden för energi, och ju högre hastighet den accelererade massan har, desto mer energi måste investeras i den. Och explosiva processer är övergående. Ja, och det finns inget energitryck - kemisk reaktion har sina begränsningar i denna mening.
*****
Lachesis skrev:
Men plutonium är en fantastisk metall på många sätt. Inklusive med avseende på plutoniummetallurgi. Den har till exempel sex (och beroende på hur man räknar sju) olika fastillstånd - fler än någon annan kemiskt element. I vissa av dess fasformer drar den ihop sig vid upphettning och expanderar inte, som alla vanliga metaller och ämnen. Under övergången från en fas till en annan kan den ändra densiteten onormalt - med 25%! Dessutom, vid trehundra grader, är den i en lätt deltafas, och med en minskning av temperaturen sätter den sig i en tät alfafas, vilket ökar densiteten med 25%. Deltafasen är instabil och återgår till alfafasen vid rumstemperatur och atmosfärstryck, men om du tillsätter lite gallium, tre procent, till plutonium och stabiliserar det, kommer deltafasen att vara metastabil - det kommer att förbli så även vid rumstemperatur. Men om den komprimeras med ett tryck på 1 kilobar, kommer den att krympa till en tät alfafas med en ökning av densiteten.
......
Det var här de började komma nära hans explosion. Om en bit plutonium placeras i ett starkt neutronfält, i den tätaste neutronpulsen, så att det inte finns mycket kvar innan kritiska förhållanden, och då ökas densiteten med 25 % så att dessa kritiska förhållanden klaras och superkritiska förhållanden ställs in. in, då kommer en kärnkedjereaktion att starta och pjäsen kommer att explodera. Två faktorer behövs: att skapa ett kraftfullt neutronfält av originaldelen och sedan komprimera det i detta täta neutronfält för att omvandla det till superkritiskt. På vilket sätt? En explosion av sprängämnen från alla sidor av verket! Om vi tar ett mycket kraftfullt sprängämne, kommer hastigheten på dess stötvåg att vara (och ännu mer i metall) i storleksordningen 5-6 km/s på varje sida av stycket. Lägg ihop på båda sidor – det blir 10-12 km per sekund. Och det explosiva trycket i denna stötvåg, som passerar genom stycket, kommer att komprimera det till en tät alfafas. Dessutom kommer hastigheten på 5-6 km / s att vara verklig - vi accelererar inte massan, det här är inte kroppens hastighet utan chockvågen! Ljudhastigheten i skenan från ett hammarslag är också flera km/sek.
-***
Här är lösningen, nyckeln till att detonera plutonium: det är nödvändigt att organisera en exakt och snabb detonation av sprängämnen från alla sidor av en bit plutonium i den initiala "lätta" fasen, vilket mycket snabbt kommer att överföra plutonium från ett ljus kristallin fas till en tät fas, och doppa den samtidigt i ett mycket tätt neutronfält. Detta fält skapas av en speciell anordning, eller komponent av bomben, den så kallade INI, en pulsad neutroninitiator. Utan att gå in på detaljerna i dess funktion, när den (kontrollerad) avfyras, ger den en maximal emission av neutroner och ett neutronflöde med hög densitet. I detta ögonblick, från många punkter (minst 32, men ju fler, desto bättre) strikt samtidigt, med kontroll på mikrosekundsnivå, sedan heder med en noggrannhet på en miljondels sekund, detoneras det explosiva lagret runt plutoniumet. En sfärisk explosion riktad inåt inträffar - implosion (implosion kan generellt sett vara cylindrisk, som i Ulam-Teller-vätebombens schema. Huvudsaken är en explosion som riktas inåt och komprimerar föremålet). Samtidigt måste det vara mycket exakt - vid minsta förvrängning och ojämnhet i stötvågen kommer plutoniumkärnan att krossas till damm genom en sprängverkan. Och bara om plutoniumkärnan är helt symmetrisk, från alla sidor, genom att trycka på stötvågen, kommer det inte att finnas någonstans för plutoniumkärnan att krossas, alla potentiella fragment, tvärtom, kommer att komprimeras mot mitten - plutonium kommer att passera till en tät alfafas utan förstörelse. Därför måste implosionen vara av mycket hög kvalitet - främst vad gäller hastighet och likformighet, och av stabilt tryck i vågfronten. Implosionskvalitet är nyckeln till att underminera.
Lachesis skrev:
Och här, efter att ha förstått sättet att underminera plutonium, återgår vi till frågan - vilken typ av plutonium att undergräva?
-***
Som ett resultat bildas två isotoper av plutonium i reaktorn: Pl-239 och Pl-240. Den första, Pl-239, är lämplig för vapen: den är mer "reaktiv", den behöver mindre för att undergräva. För det andra har den inte så hög spontan aktivitet som dess granne med atommassa, Pl-240. Vad är det för fel på spontan aktivitet? Det faktum att bombens material kommer att förändras på grund av sönderfall och bestrålning med producerade neutroner. Men det viktigaste är att materialet som är mer "ljusande" med neutroner kommer att frigöra energi tidigare än förväntat (på grund av det ytterligare bidraget från "spontana" neutroner och den genererade kvarvarande aktiviteten), och implosionen kommer inte att hinna, eftersom den är designad för ett visst material. Och närvaron av neutroner vid en tidpunkt då den superkritiska massan fortfarande nås leder till en för tidig kärnreaktion, otillräcklig energiproduktion och, i vissa fall, till vapenfel helt och hållet, en liten "pop". Men explosionens uppgift är att lyfta fram kraften skriven på bombens etikett. Och huvudkällan till en sådan neutronbakgrund är närvaron av Pl-240-isotopen, vars nivå av spontan fission är tillräcklig för att producera 106 neutroner/s*kg. Därför är en bomb med en sådan neutronbakgrund okontrollerbar, eller dess garanterade explosion kräver en så hög implosionskvalitet att det är omöjligt att uppnå denna kvalitet för tillfället på samma sätt som det fortfarande är omöjligt att praktiskt uppnå hastigheter på 10 -12 km per sekund i en kanonladdning.
-***
Beräkningar och praxis visar att Pl-239, som innehåller cirka 5 % Pl-240, kan sprängas av ett implosionsschema. Och sådant plutonium kallas vapen-grade, eller vapen-grade. Men när innehållet i Pl-240 är mer än 5-6% (6% kräver en extremt hög implosionskvalitet) är det inte längre möjligt att spränga det. I reaktorer konstruerade för att generera elektricitet erhålls plutonium-239 med en Pl-240-halt i storleksordningen 20-30-40%. Därför kallas sådant plutonium reaktor-grade eller reactor-grade plutonium. Och det är nästan omöjligt att spränga det. En enkel fråga kvarstår: hur får man plutonium av vapenkvalitet, om det är omöjligt att separera eller separera det ännu (se början)? Svaret är också klumpigt – idag kan det bara utvecklas i en speciell vapenreaktor.
........
Väl? Det visar sig att plutonium inte är lätt att spränga. Jag har aldrig berört frågorna om laddningskontroll och dess automatisering. Laddningstillstånd, sekvens av explosiva kommandon, skyddsalgoritmer och deras principer. Kanske är det dags. Men det är nog för tidigt.
****
Lachesis, i fortsättning på plutoniumtemat.
Frågan om garantiperioder för lagring av avgifter förblev olöst.
Vad begränsar denna period och vad är det för specifika typer.
Med hopp.
Lachesis skrev:
Detta är ett omfattande ämne, Netlog.)) Dessutom, vad betyder "garantiperioder för lagring"? Demonterad? Garanterad livslängd för en kärnladdning? I allmänhet innebär garantiperioden vanligtvis drift, eftersom att producera en kärnladdning för att helt enkelt lagra den normalt istället för att driva den. Samtidigt förstås garantiperioden för driften som en sådan period under vilken laddningen behåller förmågan att explodera med ett praktiskt strömavbrott skrivet på dess etikett. Under drift är två saker viktigast när det gäller påverkan på garantitiden (men inte de enda): driftförhållanden och rutinunderhåll. Båda dessa komponenter är förknippade med en förändring av egenskaperna hos laddningsmaterial, främst radioaktiva sådana. Driftförhållandena bestämmer förändringar i laddningstillståndet under drift. Det är uppenbart att beroende på sammansättningen av det klyvbara materialet (och det finns även icke-stridsklyvbara material, och deras förändringar påverkar även bombens detonation och den kraft som frigörs - mer om det nedan), kommer kärnreaktioner att inträffa i plutonium (uran) grundämne från det spontana sönderfallet av de ingående isotoperna - till exempel Plutonium-240. Dessutom, samtidigt med spontant sönderfall i plutoniumelementet, finns det också ett inducerat, inducerat sönderfall - på grund av klyvningar orsakade av spontana sönderfallsneutroner. Med tiden förändras isotopsammansättningen - Americium-241 dyker upp, andra isotoper uppträder, och resterna av det primära sönderfallet deltar ytterligare i kaskadsönderfallsreaktioner. Beroende på förändringar i plutoniumkroppens densitet ändras fångsten av frigjorda neutroner något, medan densiteten förändras främst på grund av temperaturförhållanden (teoretiskt, även på grund av förändringar i sammansättningen), som kräver kontinuerlig reglering. Processen försvåras. att plutonium släpper ut ganska mycket värme, temperaturen på ett kompakt stycke i luft är cirka 60 grader (beroende på form och sammansättning), och dessutom drar plutonium ihop sig i sitt preexplosiva tillstånd i deltafasen vid upphettning, och expanderar inte, som alla vanliga ämnen - när den komprimeras ökar hastighetsreaktionen något, vilket minskar garantiperioden. Om stridsspetsen har tillbringat en tid utan att svalna, blir den icke-explosiv - alla stridsspetsar i missiler från sjunkna ubåtar, bomber som förlorats i havet från bombplan utgör inget explosivt hot, de har länge och oundvikligen och för alltid förlorat förmågan att explodera. I händelse av fel på ladtas den ur drift och returneras till tillverkaren för kassering genom demontering. Förlusten av explosiva egenskaper förklaras av tidigare höga nivåer av energiutsläpp under stridsdrift av laddningen på grund av materialets ackumulerade höga inre radioaktivitet - enheten har inte tid att gå igenom de vanliga stadierna av överföring till det superkritiska tillståndet och explosion, eftersom dessa processer avbryts av tidig energiutlösning, och enheten upphör att existera som en enhet tills standardeffekten eller till och med påtaglig kraft släpps, innan en aktiv explosion börjar - en aktiv explosion ersätts i huvudsak av en termisk explosion på enheten, "pop".
Detta är allt i allmänhet. Fortsättning följer, men lite senare - nu upptagen. Jag ska ge dig din fråga, Netlog.))
****
Om vi komprimerar frågan (och det möjliga svaret) till ett minimum - vad kommer först, laddningsnedbrytning på grund av en förändring i Pu-isotopsammansättningen av gjutgodset, eller på grund av en förändring i dess form.
Lachesis skrev:
Jag ska försöka till ett minimum.)) Det finns inte bara en Ru-casting, Netlog. Din fråga om laddningsförsämring i din formulering kan inte besvaras exakt, det kommer att vara relativa termer. Eftersom laddningsförsämring är en ganska komplicerad process. Nedbrytning kan vara olika - elektronisk, eller nukleär nedbrytning av plutoniumgjutgods, som en överlagring av alla kärntekniska processer som sker i en laddning, allt handlar om att bekämpa försämring, som upphörandet av förmågan att producera standardkraft med sådan och sådan tolerans , energi sprids. Formförändringar, med noggrann temperaturkontroll, kanske det inte blir några formförändringar på decennier, men laddningen kommer att brytas ned på ett nukleärt sätt, enligt sin egen komplexa lag. Följaktligen är det nödvändigt att variera temperaturkontrollen - på grund av den gradvisa ökningen av självuppvärmning av plutonium. Ett nytt kilo framhäver 2.2. watt, och efter femton år - hundra och tio watt, ta hänsyn till detta när du organiserar driften av laddningen. Och dess form kommer inte att förändras. Nukleär nedbrytning kommer att ske, baserat på halveringstider. Med allt detta finns det en stridsnedbrytning av laddningen. Det tar hänsyn till många faktorer, inte bara förändringar i plutoniumgjutgods. Bomben innehåller trots allt också krigsmaterial, men icke-plutonium. Och det finns icke-stridiga klyvbara material. Plutoniumladdningen kan förstärkas genom väteförstärkning, i praktiken är det en kapsel med flera gram av en deuterium-tritiumblandning, nedsänkt inuti laddningen. Eller så är blandningen omedelbart placerad jämnt i plutoniumkärnan, som i sydafrikanska laddningar. Tritium är radioaktivt och sönderfaller ganska snabbt. Därför måste kapseln bytas innan nedbrytningen av plutoniumgjutningen sker. Dessutom används tritiumsyntesscheman i pulsade neutroninitiatorer som utlöser verkan av en laddning efter att den har överförts till det superkritiska tillståndet. Det finns både termonukleära reaktioner från lokal kompression av blandningen, och acceleration av deuterium på ett tritiummål med en accelerator, om du kommer ihåg, etc. . Därför kommer den stridande nedbrytningen av laddningen, oförmågan att explodera, att komma mycket tidigare än den kommer att inträffa på grund av nedbrytningen av själva plutoniumstridsspetsarna. För bekämpande plutoniumelement som sådana är livslängden någonstans upp till femton år, kanske lite längre, men inte nämnvärt. Om de används normalt och inte överhettas. Men alla tritiumelement kommer att förlora sina egenskaper mycket tidigare, och de måste ersättas i reglerna, enligt cykelns varaktighet, kopplade till halveringstiden för dessa grundämnens isotoper. Stridsförstärkningskapseln byts ut, de tritiumpulsade neutronkällorna ändras. (Och för att inte ändra betydande volymer av huvudsteget på väteladdningar, innehåller de inte tritium, ersätter det med litium och blir av med bytet av huvuddelarna.). Med organisationen av normal temperaturkontroll och snabbt byte av kortlivade delar av laddningen, med konstruktion av en viss automatisering av dessa processer, kommer vi att få dess garantiperiod på 15-18 år. Detta är för stora belastningar.
****
Efter det försvann Lachesis från denna internetresurs ....
Sida 1
Plutoniumbomben (se fig. 2b) innehåller en berylliumkälla av neutroner. Runt den finns en plutoniumsfär, och bakom den finns en laddning av vanlig materia. När sprängkapseln exploderar under påverkan högt tryck gaser, plutoniumsfären komprimeras, en kritisk massa av plutonium bildas och en explosion inträffar. Radarn n här tjänar till att noggrant upprätthålla höjden på explosionen.
Vad begränsar kraften hos uran- och plutoniumbomber.
Det här är en plutoniumbomb av implosionstyp.
Nej, Iosif Vissarionovich, det är det verkligen plutonium bomb, men eftersom plutonium är giftigt har det en nickelfilm ovanpå för säkerhets skull. Och du kan kontrollera att det är varmt, eftersom det pågår lågintensiva spontana kärnreaktioner i den.
Den höga temperatur som krävs för att starta reaktionen uppnås med en konventionell uran- eller plutoniumbomb, som spelar samma roll som kvicksilverfulminatkapseln i en konventionell säkring. Explosionen av en vätebomb kan nå en avkastning på 20 megaton TNT och är därför 1000 gånger större än explosionen av den första 235U-bomben som släpptes på Hiroshima med en avkastning på 20 kiloton. Hittills har inga medel hittats för att använda den enorma energin från syntesen av helium från väte för fredliga ändamål.
Det massiva skalet av en vätebomb innehåller en uran- eller plutoniumbomb och ämnen som förvandlas till helium under en termonukleär reaktion - tunga och supertunga isotoper av väte (deuterium och tritium) i form av föreningar med litium. För att ringa termonukleär reaktion i ett sådant system detoneras först en uran- eller plutoniumbomb. Detta leder till en kraftig ökning av temperaturen, vilket gör det möjligt att syntetisera helium.
Pressen beskriver konstruktionen av de första amerikanska atombomberna, hädiskt namngivna Little and Fat. Bebisen var utrustad med kärnbränsle i form av uran-235 och släpptes på den japanska staden Hiroshima. Den tjocke mannen var en plutoniumbomb, staden Nagasaki led inte mindre hårt av den.
Ytterligare två bomber förbereddes. uranbomb Bebisen (3 meter lång, 60 centimeter bred och vägande 45 ton) släpptes av amerikanerna i den japanska staden Hiroshima den 6 augusti 1945; hennes explosion registrerades av de mest avlägsna radarerna. Några dagar senare släpptes Fat Man-plutoniumbomben (35 x 15 meter, vägande 5 ton) på Nagasaki.
Verkan av en väte- eller termonukleär bomb är baserad på reaktionen av bildandet av heliumkärnor från vätekärnor. Vissa bomber använder tritium som kärnbränsle, andra använder litium och deuterium i form av litiumdeuterid LiD. Den höga temperaturen som krävs för den initiala exciteringen av reaktionen uppnås med en uran- eller plutoniumbomb, som spelar rollen som en säkring.
Denna reaktion fortskrider inom 3 - 10 6 sekunder och sker med en stor frisättning av energi. Den behöver dock en mycket hög temperatur för att starta. Denna temperatur utvecklas under explosionen av en atombomb. Därför, i en vätebomb som innehåller en blandning av deuterium och tritium, fungerar en atomär plutoniumbomb som en detonator. Vid en termonukleär explosion av en vätebomb exploderar faktiskt en atombomb först, och sedan inträffar en termonukleär reaktion.
Upptäckten och studien av transuranelement är en av de nyaste och viktigaste landvinningarna inom kemi. Tack vare detta kan en person nu skapa nya element. Ett exempel på denna typ av nya grundämnen är plutonium, det andra av de upptäckta transuranelementen. Plutonium upptäcktes under andra världskriget och samtidigt utvecklades metoder för dess framställning. Världen fick veta om hans upptäckt när plutoniumbomben släpptes på Nagasaki. Nu spelar detta element en viktig roll i den fredliga användningen av kärnenergi för produktion av elektrisk energi. Plutonium och andra transuranelement kan användas som kraftfulla energikällor, koncentrerade i en liten volym, för användning både i rymden och på jorden på grund av förmågan att omvandla den energi som frigörs under deras radioaktiva sönderfall.
Sidor: 1
