Цепная реакция ядерного деления

[sergey zhukov]

Сэм Кин в книжке "Что скрывает атмосфера" приводит пример двух одинаковых несчастных случаев на Манхэттенском проекте, когда человек экспериментировал с отражающими нейтроны материалами, окружающими плутониевую сферу (плутониевая сфера в центре двух берилиевых разьемных полусфер), и в какой-то момент случайно экранировал плутониевую сферу слишком сильно. Радиоактивное излучаение плутония (скорость его деления) при этом моментально на порядки возрастало, и человек тут же получал смертельную дозу.

В детстве я слышал рассказы о том, что "соединяешь два куска урана вместе, и если полученная масса больше критической, то все это немедленно взорвется". Но на самом-то деле взорвать делящийся материал простым прикладыванием одного к другому ведь невозможно? Как только поток нейтронов увеличивается, происходит быстрый разогрев, который разбросает делящийся материал, и на этом все прекратится. Т.е. можно сказать, что развивающаяся цепная реакция разбрасывает материал и затухает, и чтобы поделился какой-то заметный процент материала, его нужно какое-то время удерживать в малом объеме (вроде обжатия внешним взрывным давлением). Правильно я понимаю?

[Anton_Peplov]

sergey zhukov в сообщении #1618731 писал(а):

Как только поток нейтронов увеличивается, происходит быстрый разогрев, который разбросает делящийся материал, и на этом все прекратится. Т.е. можно сказать, что развивающаяся цепная реакция разбрасывает материал и затухает, и чтобы поделился какой-то заметный процент материала, его нужно какое-то время удерживать в малом объеме (вроде обжатия внешним взрывным давлением). Правильно я понимаю?

Да, все верно.

[sergey zhukov]

Вот интересно, что, скажем, для тротила этого не требуется. Детонационная волна распространяется по куску взрывчатки, и вся масса вещества вступает в реакцию. Не нужно ее "обжимать". А вот реакция ядерного деления, видимо, отличается от волны детонации. Т.е. при ядерном делении нет волны, там реакция деления происходит сразу по всему объему.

[EUgeneUS]

sergey zhukov в сообщении #1618731 писал(а):

Сэм Кин в книжке "Что скрывает атмосфера" приводит пример двух одинаковых несчастных случаев на Манхэттенском проекте,

При этом они произошли с одним и тем же зарядом

[Anton_Peplov]

sergey zhukov в сообщении #1619287 писал(а):

Вот интересно, что, скажем, для тротила этого не требуется.

До определенного порога массы. Вы полагаете, что тысяча тонн тротила, наваленная грудой, вызовет взрыв в одну килотонну?

[sergey zhukov]

Anton_Peplov
Не знаю. Трудно сказать, как будет взрываться такая куча тротила. Наверное да, часть просто разлетится.

[DimaM]

sergey zhukov
По этим вопросам крайне интересна книжка "Лос-Аламосовский букварь" Роберта Сербера.

[Утундрий]

У Марка Солонина есть парочка видевов на термоядерную тему. Когда смотрел, особых ляпов не обнаружил, так что рекомендую.

[EUgeneUS]

Утундрий

(Оффтоп)

Утундрий в сообщении #1619378 писал(а):

У Марка Солонина

Солонин - резуноид, а значит фрик. Причем фрик исторический, профильный.
UPD: Пардон, наговариваю на Солонина. У него исторического образования нет. Так что он не профильный фрик, а на общественных началах.

[Утундрий]

EUgeneUS
При чём тут вообще история?

[sergey zhukov]

Утундрий в сообщении #1619378 писал(а):

У Марка Солонина

Интересно. Из его рассуждений ясно, что делящееся вещество одновременно и расширяется, и делится. Т.е. нельзя это представлять так, что скорость реакции деления настолько высока, что процесс можно разделить на две стадии: полное деление заряда при неизменной его плотности и затем расширение уже полностью поделившегося заряда. Как он сказал, в Хиросиме поделился всего 1% от общей массы заряда, и это даже при том, что в момент соединения критической массы она была дополнительно облученна нейтронами из стороннего источника, чтобы ускорить весь процесс. Т.е. быстрое расширение заряда очень мешает провести реакцию деления полностью.

Так же он говорит, что эта проблема была известна уже и для обычной взрывчатки. Т.е. большие массы ВВ трудно взорвать полностью, часть заряда разлетается. Он об этом просто быстро упомянул без глубокого анализа. Мне кажется, что теоретически такой проблемы для ВВ быть не должно. Если взять шар из ВВ и инициировать детонационную волну в центре, то, по моему, волна детонации дойдет до поверхности шара, который к этому моменту нисколько не увеличится в диаметре. И только начиная с этого момента он начнет расширяться. Т.е. тут как раз можно себе представлять процесс в два этапа: сначала детонационная волна пробегает по всему объему шара и детонирует всю массу ВВ, а уже потом происходит его расширение.

[Toolt]

sergey zhukov в сообщении #1619791 писал(а):

Т.е. тут как раз можно себе представлять процесс в два этапа: сначала детонационная волна пробегает по всему объему шара и детонирует всю массу ВВ, а уже потом происходит его расширение.

Уж точно, в отношении обычных ВВ последнее ("детонирует всю массу ВВ") это совершенно не так. Детонационная волна распространяется по заряду с высокой, но все же конечной скоростью. При этом говорят о "фронте детонационной волны". И за этим фронтом уже происходит расширение продуктов взрыва. Другое дело, что скорости детонационной волны и скорости расширения сильно различаются, поэтому в обычно применяемых зарядах (даже безоболочных) сколько-нибудь значительного разлета ВВ не происходит. Но вполне можно представить ситуацию, когда из-за недостаточного прессования заряда (скорость детонации уменьшается при снижении плотности заряда) или слишком большого диаметра заряда такой разлет будет происходить. При недостаточном прессовании заряда ВВ детонация вообще может не произойти (либо будет слабой, в этом заключается одна из лабораторных работ для студентов). Часто разлетающиеся и осевшие на поверхностях "непрореагировавшие" частицы ВВ позволяют определить тип ВВ при экспертизе на месте взрыва.
Но вообще вопрос достаточно интересен (и в части зарядов ВВ и в части ядерных зарядов). Обычно при производстве, хранении и транспортировании ВВ избегают "одноместного" расположения больших количеств ВВ. Учитывая расстояние передачи детонационного импульса, вагоны с ВВ перемежают вагонами с невзрывчатыми грузами. Тем не менее, известны взрывы ВВ в тысячи тонн (Бейрут, аммиачная селитра). Скорее всего, при таких размерах "заряда" разлет ВВ неизбежен. Скорее всего, этот разлет можно рассчитать, используя принцип Харитона, почему-то на этом обычно не заостряют внимания, сводя все к критическому диаметру.

[sergey zhukov]

Toolt в сообщении #1619817 писал(а):

Детонационная волна распространяется по заряду с высокой, но все же конечной скоростью. При этом говорят о "фронте детонационной волны". И за этим фронтом уже происходит расширение продуктов взрыва

О, это конечно. Я не хочу сказать, что происходит одновременный взрыв по всему объему. Да, фронт волны детонации бежит от центра к краю, а под этим фронтом уже происходит расширение продуктов взрыва. Но мне вот что непонятно: волна давления распространяется по шару максимум со скоростью детонационной волны, т.е. внешние слои по сути "не знают", что творится внутри, пока фронт волны до них не дошел. Почему они должны разлетаться до момента прихода фронта? Когда же фронт настигает эти слои, то разлетаться уже поздно. И потом: продукты взрыва никак не могут обогнать детонационную волну, как я это себе представляю. Может быть, они могут ее разве что ускорить.

Короче, если детонационная волна - это то, что идет впереди всего, то я не вижу, что мешает ей пройти по всей массе ВВ, которая должна покорно ждать прихода этой волны, каков бы ни был диаметр заряда. Понятно, что всякие там неоднородности, пористость и пр. неидеальности могут вносить сюда коррективы. Но если от этого отвлечься и считать заряд совершенно однородным и плотным?

[Toolt]

sergey zhukov в сообщении #1619826 писал(а):

Но если от этого отвлечься и считать заряд совершенно однородным и плотным?

Да, в этом случае, получается, Вы правы, и при идеальной структуре и плотности заряда, его диаметр может быть сколько угодно большим, и это не приведет к разлету ВВ. Хотя это и странно как-то. Видимо, упустил в свое время этот интересный вопрос, ни у Харитона, ни у Андреева это не рассматривается, и в лекциях тоже.
А что касается исходного вопроса. Возможности в части "времени удержания" сжатия частей ядерного заряда сильно малы. Важнее максимально высокая скорость сближения частей заряда, точность (синхронность) детонационной волны в зарядах ВВ, высокое давление сжатия, близкая к абсолютной химическая стабильность (и еще кое-какие свойства). Поэтому поиск новых ВВ, пригодных для использования в качестве инициатора, продолжается постоянно. (В доисторические времена мы в институте тоже в этом поучаствовали, на всякий случай отмечу, что не подошло).

[Geen]

sergey zhukov в сообщении #1619826 писал(а):

Почему они должны разлетаться до момента прихода фронта?

Потому что детонационный фронт не вечен...