Все посты, приведённые в теме, запостчены в далёком 2005 году.
В теме
"Термоядерная Бомба. На кухне. На коленке.. Легко.."Сама тема давным-давно удалена, остались лишь вольно сделанные копии в интернете, откуда я и брал материал.
Marauder писал(а):
Плутоний можно разделить промышленным путём. То же самое касается и на "боевой" и "небоевые" изотопы. Россия это делать умеет
Лахезис писал(а):
э, нет, Marauder. Россия этого делать не умеет. И никто пока в мире не умеет. Оружейный плутоний не разделяют. Придётся мне заняться вашим ликбезом, несмотря на присущий мне дурной тон. Готова прочесть вам небольшую внятную лекцию вводного курса по оружейному плутонию, чтобы вы имели верное представление и никогда больше не говорили, что Россия умеет разделять плутоний.
......
Оружейный аспект может складываться не только из плутония, но и из урана. Но для урана нужно как раз то разделение, которое вы приписали в отношении плутония. Потому что это разделение возможно, Marauder. Газодиффузионным способом с тысячекратными повторениями цикла. Почему возможно и почему так много циклов? Потому что уран оружейный – У-235 – имеет массовое различие с неоружейным изотопом У-238 на целых три нуклона: 238 – 235 = 3. Это достаточно много: 0.0127659, или, грубо, 1.28 %. Соответственно, на этот процент и даже меньше произойдёт разделение при одной прогонке через разделительную систему ( не вдаваясь в её подробности ) – возможности разделения таки успевают «поймать», «зацепить» это массовое отличие изотопов урана и сработать, хотя и слабо, но сработать. А для увеличения степени разделения это «слабо» повторяют 3-5 тысяч раз. В итоге разделённость накапливается, и мы получаем У-235. Попутно мы ещё раньше получаем и все более лёгкие изотопы: У-234, из которого можно сделать бомбу, У-233 и У-232, который дает с годами сильное загрязнение оружейного материала своим делением, и его тоже надо отделять от оружейного материала ( а можно и денатурировать оружейный уран этим изотопом. Изготовляя денатурат, создают невозможность для производства бомбы террористами - за год радиоактивность такого материала из-за ощутимой ( хотя очень малой ) примеси У-232 возрастает в десятки раз, за два года - в сотню, и процесс продолжается далее - материал бомбы настолько меняет свои параметры, что становится неуправляемым, и происходит слишком раннее тепловое разрушение бомбы до активного взрыва, только на подходах к нему.) Ну и потом, У-233 по характерной сигнатуре излучения позволяет определять оружейный уран ( в котором У-233 накапливается при получении У-235 – точно так же обогащается в том же технологическом процессе ) хоть с самолёта, хоть со спутника теоретически.
-
А вот плутоний разделить так нельзя. Почему? А потому что у него два изотопа, оружейный и неоружейный, отличаются лишь на один нуклон – их атомные массы соседние: оружейный 239 и неоружейный 240 ( другие изотопы, Пл-238, Пл-241, Пл-242, Пл-243 и Пл-244 не рассматриваем в данном эссе ). 1/239 = 0.0041841, или 0.42%. Такое различие промышленные «урановые методы» разделения уже «не зацепляют». Есть экспериментальные способы и разработки, такие как электромагнитная сепарация, газовая диффузия и центрифугование, лазерное испарение, но промышленно это не освоено ни в одной стране. Хотя освоят, возможно, достаточно скоро, лет через десять-двадцать.
Лахезис писал(а):
Теперь про подрыв. Уран можно взорвать, соединив куски докритической массы в один блок сверхкритической массы. И тогда произойдёт взрыв. Но вопрос в том, как именно осуществить соединение. Если сблизить два докритических куска У-235 на некоторое расстояние, то они начнут разогреваться от обмена друг с другом нейтронами и усилением от этого реакции распада и выделением энергии. Сблизим ещё сильнее – раскалятся докрасна. Потом добела. Потом расплавятся. Расплав, сближаясь краями, начнёт разогреваться далее и испаряться. Причём запасы энергии в куске урана таковы, что раскалённые добела куски можно погрузить в поток воды, мчащийся с ледника – они будут такие же ослепительно-раскаленные, и при дальнейшем сближении будут расплавляться, и никакой теплосъём или остужение не смогут предотвратить расплавление и испарение.
-
Поэтому, как куски не сближай бытовыми способами, они до того, как соединиться, расплавят и испарят любое устройство, осуществляющее это сближение, и испарятся сами, разлетевшись, расширившись, удалившись друг от друга и тогда лишь остыв, потому что окажутся на возросшем взаимном удалении. Слепить же куски в один сверхкритический можно, только развив такие огромные скорости сближения, что рост плотности нейтронного потока не будет поспевать за сближением кусков. Это достигается при скоростях сближения порядка 2.5 км в секунду. Вот тогда они успеют влипнуть друг в друга прежде, чем разогреются от энерговыделения. И тогда последующее энерговыделение будет таким пиковым, что возникнет ядерный взрыв с грибом. Порохом до таких скоростей разогнать невозможно – малы размеры бомбы и путей разгона, это не ствол зенитки. Поэтому разгоняют взрывчаткой, комбинируя «медленную» и «быструю» взрывчатки, ибо сразу «быстрая» взрывчатка вызовет бризантное разрушение куска урана высоконапорной ударной волной. Но в итоге получают главное – обеспечивают скорость перевода системы в сверхкритическое состояние до того, как она разрушится тепловым образом из-за растущего тепловыделения при сближении. И схему такую называют «пушечной», потому что докритические куски «выстреливаются» навстречу друг другу, успевая соединиться в один сверхкритический кусок и после этого пиковым образом высвободить мощность атомного взрыва.
А вот с плутонием такая штука не проходит. Он гораздо более «реактивный», реагирует на сближение кусков куда быстрее. Это другой металл. Альфа-активность плутония, например, в двести тысяч раз выше урана-235. Плутоний компактной отливки всегда тёплый на ощупь, он имеет температуру 50-60 градусов от непрерывно идущей реакции. Сто грамм плутония выделяют примерно столько же тепла, сколько сто грамм человеческого тела за счёт метаболизма. Плутоний заманчив, поскольку его критическая масса может быть 5 кг, а не 50, как у урана. 5 кг плутония – это примерно размер куриного желтка. Кусок размером в яйцо даст взрыв в 20 килотонн. Но как его подорвать? При сближении он начнёт ускорять энерговыделение с такой скоростью, что никакая пушечная схема не поможет. Нужны скорости 10-12 и более км в сек. Никакая взрывчатка до таких скоростей никакой осколок разогнать неспособна. Разгон массы – затраты энергии, и чем выше скорость разгоняемой массы, тем больше в неё надо вложить энергии. А взрывные процессы скоротечны. Да и напора энергии того нет – химическая реакция имеет свои ограничения в этом смысле.
Лахезис писал(а):
Но плутоний – удивительный металл во многих отношениях. В том числе и в отношении металлургии плутония. Он имеет, например, шесть ( а смотря как считать и семь ) разных фазовых состояний – более, чем любой другой химический элемент. В некоторых своих фазовых формах он при нагревании сжимается, а не расширяется, как все нормальные лю… металлы и вещества. При переходе из одной фазы в другую он может менять аномально плотность - на 25% ! Причем при трёхстах градусах он находится в легкой дельта-фазе, а с понижением температуры оседает в плотную альфа-фазу с этим самым увеличение плотности на 25%. Дельта-фаза нестабильна и возвращается в альфа-фазу при кромнатной температуре и атмосферном давлении , но если добавить в плутоний чуточку галлия, процента три, стабилизировав его, то дельта-фаза будет метастабильна – останется таковой уже и при комнатной температуре. А вот если её обжать давлением 1 килобар, то он сожмётся в плотную альфа-фазу с ростом плотности.
......
Вот отсюда и начали подбираться к его взрыву. Если кусок плутония поместить в сильное нейтронное поле, в плотнейший импульс нейтронов, чтобы до критических условий оставалось немного, а потом увеличить плотность на 25% так, чтобы эти критические условия были пройдены и наступили условия сверхкритические, то цепная ядерная реакция запустится и кусок взорвётся. Нужно два фактора: создать мощное нейтронное поле исходного куска и затем в этом плотном нейтронном поле обжать его для перевода в сверхкритику. Чем? Взрывом взрывчатки со всех сторон куска! Если взять очень мощную взрывчатку, то скорость её ударной волны будет ( а тем более в металле ) порядка 5-6 км/сек с каждой стороны куска. С обоих сторон сложить – будет 10-12 км в сек. А взрывное давление в этой ударной волне, проходя по куску, обожмёт его в плотную альфа-фазу. Причем скорость 5-6 км/сек будет реальной – мы ведь не разгоняем массу, это скорость не тела, а ударной волны! Скорость звука в рельсе от удара молотком тоже несколько км/сек.
-
Вот оно, решение, ключ к подрыву плутония: надо организовать точный и быстрый подрыв взрывчатки со всех сторон куска плутония в исходной «лёгкой» фазе, который очень быстро переведёт плутоний из лёгкой кристаллической фазы в плотную, и погрузить его одновременно в очень плотное нейтронное поле. Это поле создаётся специальным устройством, или компонентом бомбы, так называемым ИНИ, импульсным нейтронным инициатором. Он, не вдаваясь в детали его работы, при ( управляемом ) срабатывании даёт пиковый выброс нейтронов и нейтронный поток высокой плотности. В этот момент со многих точек ( не менее 32, но чем больше, тем лучше ) строго одновременно, с управлением на микросекундном уровне, то честь с точностью одна миллионная секунды, даётся подрыв слоя взрывчатки вокруг плутония. Возникает направленный внутрь сферический взрыв – имплозия ( имплозия может быть, вообще говоря, и цилиндрической, как в схеме водородной бомбы Улама-Теллера. Главное – это взрыв, направленный внутрь и обжимающий объект ). При этом она должна быть очень точной – при малейших перекосах и неравномерностях ударной волны ядро из плутония будет раздроблено в пыль бризантным действием. И только при совершенно симметричном, со всех сторон, нажатием ударной волной плутониевому ядру некуда будет дробиться, все потенциальные осколки, наоборот, будут сжиматься к центру – плутоний без разрушения перейдёт в плотную альфа-фазу. Поэтому имплозия должна быть очень высокого качества – прежде всего по скорости и равномерности, ну и по стабильному давлению во фронте волны. Качество имплозии – ключ к подрыву.
Лахезис писал(а):
И вот тут, поняв путь подрыва плутония, мы возвращаемся к вопросу – какой плутоний подрывать?
-
Изотопов плутония в реакторе в итоге образуется главным образом два: Пл-239 и Пл-240. Для оружия годится первый, Пл-239: он более «реактивный», его нужно меньше для подрыва. Второе – у него не такая высокая спонтанная активность, как у соседа по атомной массе – Пл-240. Чем плоха спонтанная активность? Тем, что материал бомбы будет меняться за счёт распадов и облучения рождающимися нейтронами. Но главное, что более «светящийся» нейтронами материал раньше положенного даст выделение энергии ( за счёт добавочного вклада «спонтанных» нейтронов и порождающейся остаточной активности ), и имплозия не успеет, ведь она рассчитана на определённый материал. И присутствие нейтронов в то время, когда еще только достигается надкритическая масса, ведет к преждевременной ядерной реакции, недостаточному выходу энергии и в некоторых случаях вообще к отказу оружия, легкому "хлопку". А ведь задача взрыва – выделить мощность, написанную не этикетке бомбы. И главный источник такого нейтронного фона - присутствие изотопа Пл-240, чей уровень спонтанного деления достаточен для появления 106 нейтронов/с*кг . Поэтому бомба с таким нейтронным фоном
неуправляема, или для её гарантированного взрыва требуется настолько высокое качество имплозии, что достичь этого качества невозможно пока точно так же, как невозможно пока практически достичь скоростей 10-12 км в сек в пушечном заряде.
-
Расчёты и практика показывают, что Пл-239, содержащий порядка 5% Пл-240, можно взорвать имплозионной схемой. И такой плутоний называют оружейным, или оружейного качества. А вот при содержании Пл-240 более 5-6% ( 6% требуют предельно высокго качества имплозии ) взорвать его уже не получается. В реакторах же, созданных для выработки электроэнергии, плутоний-239 получается с содержанием Пл-240 порядка 20-30-40%. Поэтому такой плутоний называют реакторным, или плутонием реакторного качества. И взорвать его практически не получается. Остаётся простой вопрос: как же получить оружейный плутоний, коли его разделить или сепарировать невозможно пока ( см.начало )? Ответ тоже неказистый – на сегодняшний дегь его можно только наработать в специальном оружейном реакторе.
........
Ну? плутоний-то взорвать, оказывается, непросто. Я не затрагивала никогда вопросы управления зарядом и его автоматику. Состояния заряда, последовательность взрывных команд, алгоритмы защиты, и их принципы. Может, пришло время. Но, наверное, пока рано.
Netlog писал(а):
Лахезис, в продолжение плутониевой темы.
Нераскрытым остался вопрос гарантийных сроков хранения зарядов.
Что ограничивает этот срок и какой он для каких либо конкретных типов.
С надеждой.
Лахезис писал(а):
Это обширная тема,
Netlog.
)) Тем более что значит "гарантийных сроков хранения"? В разобранном виде? Гарантийный срок эксплуатации ядерного заряда? Вообще гарантийный срок обычно подразумевают эксплуатации, потому что произвести ядерный заряд, чтобы просто штатно хранить его вместо эксплуатации. При этом под гарантийным сроком эксплуатации понимают такой срок, в течение которого заряд сохраняет способность взорваться с практическим выделением мощности, написанной на его этикетке. При эксплуатации важнейшими с точки зрения влияния на гарантийные сроки ( но не единственными ) являются две вещи: условия эксплуатации и регламентное обслуживание. Обе этих составляющих связаны с изменением свойств материалов заряда, прежде всего радиоактивных. Условия эксплуатации определяют изменения состояния заряда по мере эксплуатации. Понятно, что в зависимости от состава боевого делящегося материала ( а есть там и небоевые делящиеся материалы, и их изменения тоже влияют на подрыв бомбы и выделяемую мщность - об этом ниже ) в плутониевом ( урановом ) элементе будут происходить ядерные реакции от самопроизвольного распада содержащихся изотопов - например, Плутония-240. Причём одновременно с самопроизвольным распадом в плутониевом элементе идёт и наведённый, индуцированный распад - за счёт делений, вызванных нейтронами спонтанного распада. Со временем изотопный состав меняется - появляется Америций-241, другие изотопы, а остатки первичного распадения далее участвуют в каскадных реакциях распадения. В зависимости от изменений плотности плутониевого тела захват выделившихся нейтронов немного меняется, плотность же меняется из-за прежде всего температурных условий ( теоретически – и из-за изменения состава), которые требуют непрерывного регулирования. Процесс осложняется тем. что плутоний выделяет довольно много тепла, температура компактного куска на воздухе порядка 60 градусов ( зависит от формы и состава ), и кроме того плутоний в своём довзрывном состоянии дельта-фазы при нагревании сжимается, а не расширяется, как все нормальные вещества – при сжатии скорость реакции немного возрастает, сокращая гарантийный срок эксплуатации. Если боеголовка провела некоторое время без охлаждения, она становится невзрывоспособной – все боеголовки в ракетах утонувших подлодок, утерянные в океане бомбы с бомбардировщиков не представляют никакой взрывной угрозы, они давно и неотвратимо и навсегда потеряли способность взорваться. При отказах систем термостатирования заряда его снимают с эксплуатации и возвращают на завод-изготовитель для утилизации через разборку. Потеря же взрывных свойств объясняется более ранними высокими уровнями энерговыделения при боевом срабатывании заряда из-за накопившейся высокой собственной радиоактивности материала - устройство не успевает пройти штатные стадии перевода в сверхкритическое состояние и взрыва, как эти процессы прерываются ранним энерговыделением, и устройство перестаёт существовать как устройство до выделения штатной мощности или даже ощутимой мощности, до наступления активного взрыва – активный взрыв заменяется по сути на тепловой взрыв устройства, «хлопок».
Это всё в общем. Продолжение следует, но несколько позже - сейчас занята. Я расскажу вам ваш вопрос,
Netlog.
))
Netlog писал(а):
Если сжать вопрос (и возможный ответ) до минимума - тоо что наступает раньше, деградация заряда из-за изменения изотопного состава Pu отливки, или из-за изменения её формы.
Лахезис писал(а):
Попробую до минимума.
)) Тут не только одна Рu отливка,
Netlog. На ваш вопрос о деградации заряда в вашей постановке нельзя дать точный ответ, он будет относительным условий. Потому что деградация заряда процесс достаточно сложный. Деградация бывает разная - электронная, или ядерная деградация плутониевых отливок, как суперпозиция всех ядерных процессов, идущих в заряде, всё сводится к деградации боевой, как прекращения возможности выдать штатную мощность с таким-то допуском, разбросом энергии. Изменения формы, при тщательном термостатировании, может не происходить никаких изменений формы десятилетиями, однако ядерным образом заряд будет деградировать, по своему сложному закону. Соответственно, нужно варьировать термостатирование – за счёт постепенного возрастания самонагрева плутония. Свежий килограмм выделяет 2.2. ватта, а через пятнадцать лет – сто десять ватт, учтите это в организации эксплуатации заряда. И форма его не будет меняться. Деградация же ядерная произойдёт, на основе периодов полураспада. При всём при этом есть боевая деградация заряда. Она учитывает множество факторов, не только изменения плутониевых отливок. Ведь в бомбе есть ещё боевые материалы, но неплутониевые. А есть делящиеся материалы небоевые. Заряд плутониевый может быть усилен водородным усилением, практическа это капсула с несколькими граммами дейтериево-тритиевой смеси, погружённая внутрь заряда.Или сместь сразу находится равномерно в пористом плутониевом ядре, как в ЮАРовских зарядах.Тритий радиоактивен, он достаточно быстро распадается. Поэтому капсулу необходимо менять раньше, чем происходит деградация плутониевой отливки. Кроме того, тритиевые схемы синтеза использованы в импульсных нейтронных инициаторах, запускающих действие заряда после его перевода в сверхкритическое состояние. Там как термоядерные реакции от локального сжатия смеси, так и разгон ускорителем дейтерия по тритиевой мишени, если помните, и т.п.. Эти «взрыватели» нужно менять тоже чаще – всё определяется лишь значениями периодов полураспадов изотопов, входящих в ту или иную часть. Отсюда боевая деградация заряда, неспособность взорваться, наступит гораздо раньше, чем она произойдёт из-за деградации самих плутониевых боевых элементов. По боевым плутониевым элементам, как таковым, срок эксплуатации где-то до пятнадцати лет, может несколько дольше, но незначительно. Если их нормально эксплуатировать и не перегревать. Однако все тритиевые элементы потеряют свои свойства гораздо раньше, и их нужно заменять в регламентах, по длительности цикла привязанных к периоду полураспада изотопов этих элементов. Капсулу боевого усиления меняют, тритиевые импульсные нейтронные источники меняют. ( А чтобы не менять значительные объёмы основной ступени на водородных зарядах, там тритий не содержат, заменяя его на литий и избавляясь от замены основных частей. ). При организации нормального термостатирования и своевременной дежурной заменой короткоживущих частей заряда, при построении определённой автоматики этих процессов, мы и получим его гарантийный срок в 15-18 лет. Это для больших зарядов.
......
После этого
Лахезис исчезла. Интересно, кто-нибудь ещё слышал что-нибудь про
Лахезис? Кто это был, откуда? Появлялась ли где-либо ещё? Кто и что об этом думает?
Я имею в виду, что то, что выглядит вполне реалистичным в реальности может оказаться технологически неосуществимым решением.
