Почему так сложно создать ядерную бомбу на кухне и причем тут Украина?

Навеяно недавней статьей о наколенной сборке ядреной бомбы сразу на территории заклятых друзей. Ну что-б без средств доставки типа МБР и прочих Посейдонов которые могут и не дойти до нужной точки по разным причинам.

А Украина тут в том смысле что в последнее время там все чаще раздаются крики о создании своей ядерной бомбы.

Оставим за скобками что за такие инициативы обычно сразу бомбят (без всяких резолюций ООН), либо натравливают всякие Stuxnet-ы на Сименсовские промышленные контроллеры АСУТП которые в хлам разносят центрифуги на урановых обогатительных комбинатах при полном неведении операторов.

В ядерный клуб просто так не войти. Могут очень больно дать по шапке. Потому что обезьянам гранаты не положены по уставу. ООН)

Так о чем это я?

А!

Вспомнилась давняя дискуссия на одном из форумов по поводу возможности создания ядерного батона в условиях кухни.

В ту дискуссию вклинился человек который похоже в теме (наверное МИФИ закончил ) и по полочкам разложил что там и как.

Верить или нет - каждый решает сам. Тема тонкая... Но почитать думаю будет интересно.

 

PS

Сначала хотел отредактировать исходники для более удобоваримого вида, но потом понял что мне как обычно лень)

Так что читаем как есть)

Кому интересно - внизу ссылка на оригинал 16-ти летней давности.

 

К.М.

Сразу прощу учесть что я против терроризма - особенно если этот самый
терроризм против принципов которые знает только один господин Бог лично.

 

Лахезис

. Это выдержки из двух тем, постов по несколько на каждую. Мне кажется, это излишне. Хотя длительность темы в 250 постов - позволяет этим не заморачиваться. Или нет? Там всё разжёвывается, с одной стороны. Насколько серьёзны ваши разговоры и желание разобраться, камарады.

 

Лахезис

"47 - 23.12.2004 - 10:23 "То же самое касается и на "боевой" и "небоевые" изотопы. Россия это делать умеет" - 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. Чтобы не слушать ваших упрёков в дурном тоне - никаких цитат, исключительно своей собственной речью. Более того, по вашей фразе я отчётливо понимаю, что вы не понимаете, как происходит подрыв плутониевой бомбы, и в чём вообще принципиальное отличие подрыва плутония от подрыва урана. Но это не беда, и не тушуйтесь, Marauder, этого практически никто себе отчётливо не представляет. Но как без этого проанализировать и оценить оружейный аспект Бушерского реактора, правда ведь? :-))
Придётся заняться вами, Marauder. "

 

Лахезис

Ладно, Marauder.
Я вам просто расскажу так, чтобы вы поняли. Но тогда я рассказываю так, как считаю нужным, с теми или иными отступлениями, полезными на мой взгляд для понимания.

 

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

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.
..........
51 - 23.12.2004 - 13:22 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

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.
......
52 - 23.12.2004 - 13:24
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

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.
........
( ... далее про оружейные реакторы и их работу. Это первая часть. Вторую можно сократить, там лишь штрихи для понимания. )
-
-
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.
 

 

Лахезис

Вторая серия. Отрывки. Аспекты.
-------
"Я обрисовал некоторые ( не все ) принципиальные аспекты с точки зрения ядерных реакций. Но с точки зрения перевода этих физико-теоретических аспектов в практическую плоскость, то есть с точки зрения создания технического устройства - врывного ядерного устройства - есть такой же ряд принципиальных технических аспектов. Во-первых, точность осуществления имплозии: при снижении точности ниже некоторого значения происходит не обжим, а деформация и разрушение металлического ядра плутония. Почему? - дело в бризантном действии взрывчатки. Но оно, в свою очередь, возможно тогда, когда есть куда разрушаться преграде ( телу приложения волны), то есть "направление необжатости". Взорвав навеску вплотную к плите металла, мы получим бризантное действие от взрывчатки сквозь плиту на ту сторону, расщепляющее плиту в этом направлении. Но, приложи с той стороны такой же точно сбалансированный, идентичный заряд в синхронном подрыве, бризантность пронаблюдаем уже не в первом направлении, а в стороны от зарядов вдоль плиты - первичное направление бризантного разрущения будет остановлено и "подпёрто" таким же встречным действием от второго куска взрывчатки. И бризантность выйдет "по сторонам" от первичного направления. А если поперекрывать и эти направления - что тогда? Перекрывая все направления с достаточно мелким шагом, можем получить, что бризантности просто некуда будет найти выход, и она не осужествится - всё пойдет на сверхобжатие без обычной бризантной фрагментации - для последней не будет "направлений свободого истекания", куда бы она ни пыталась вырватьсяч, вынося фрагментацию и дробление - везде, с любого направления её встретит встречный противоудар другого куска взрывчатки. И тогда бризантность, стеснённая со всех сторон встречной волной, просто умрёт, но энергия её никуда не денется, а пойдёт вынужденно на сверхобжатие, трансформировавшись в уплотнение.
-
Для реализации сего нужно:
 - высокая ( конкретно микросекундная ) точность управления подрывом
 - высокая стабильность самого взрывчатого вещества и взрывателей. Это зависимость их времени срабатывания от текущей температуры заряда, малое изменение характеристик от времени хранения, малые отклонения ( разброс ) параметров взрывателей данной серии ( время, параметры ударной волны, и т.п. )- она должна быть прецизионной, более высокого класса точности. Это как снайперские патроны по сравнению с патронами к пулемёту Калашникова - патрон-то один и итот же, винтовочный, но к пулемётным патронам требования ширпотреба, а к снайперским - прецизионность. Так и тут - простые взрыватели, которыми подрывают мосты и обычный тротил, не подойдут, они дадут миллисекеундное и 0.1 миллисекундное время, а для управленя точностью имплозии нужны специальные микросекундные взрыватели со сверхстабильными и прецизионными значениями их срабатывания.
 - прецизионность изготовления металлических частей плутония, свода взрывчатки ( "не должно быть" даже "мельчайших" перекосов в формировании ударной волны имплозии ) и т.п.

 

Лахезис

"... Ну и так далее. Сам плутоний - тот ещё подарок. Нужно точное термостатирование заряда. Всякие компенсационные механизмы при изменениях температуры. Потом - блок управления зарядом: каковы алгоритмы безопасности. Каковы последовательности перевода заряда во всё более высокие степени готовности к подрыву. Их надо не только разработать сами по себе, но и осуществить технически. И пр. и пр., есть ряд принципиальных технических моментов, которые нужно преодолеть.
-
Возможно, автор решил тоже "собрать бомбу" и принести её в Госдуму, дабы заявить о себе? Не думаю, что один человек способен разработать за свою жизнь весь комплекс того, что применяется в бомбе. В Америке был такой проект - трое обычных людей, из которых потом один отвалился, за четыре года выработали на основе открытой информации и её изучения проект бомбы, по которому маститый специалист дал заключение - "взорвётся". Но при ближайшем рассмотрении всё это очень, крайне сомнительно и похоже более на некие пропагандисткие действия в рамках межведомственных разборок американского "минатома", военных и секретчиков.
.......
66 - 23.08.2004 - 11:35 Пробежался по тому, что изложил. Конечно, всё обрисовано примерно, только в принципе, и нет многих поясняющих оговорок. Но лезть вглубь - это уже читать вводный курс хотя бы. В качестве примера, пост 60: "Важно лишь, чтобы перед взрывом плутоний был помещён в состояние, несильно удалённое от критического. Это сделать несложно." Я опустил одно лишь уточняющее слово. Но без него уже не так понятно, и даже наоборот, запутанно. Как это несложно, если мы выше говорили, что на пути восхождения к сверкритическому состоянию нас ожидают такие уровни выделения энергии, ещё докритические, которые будут препятствовать самому существованию технической конструкции, осуществляющей это состояние, за счёт нагрева и испарения. И никаким охлаждением это выделение энергии не снять. То есть, заряд должен быть помещён в близкокритические условия, а энергия, выделяемая при таких условиях, препятствует существованию устройства. Таких парадоксов полно. Но это - статические состояния. Динамика - вот уточняющее слово, и фразу надо читать "это сделать несложно в динамике". Казалось бы, в сближении двух кусков урана мы уже поняли, что не достигнув требуемой динамики, устройство не осуществит соединение, поскольку само перестанет существовать как конструкция, перейдя в пар ещё на докритике. Но с точки зрения имплозионной схемы выходит ещё сложнее - нам надо совмещать динамику двух процессов ( а они, разумеется, нелинейны и взаимозависимы - сложность совмещения растёт тоже нелинейно, весьма сложно ): динамику работы ИНИ и динамику процесса имплозии. Просто так, механически или вдумчивостью человеческими мозгами, решения не найдёшь - нужно обращаться к теории управления в технических системах, теории автоматического регулирования, строить адекватную управленческую модель двух объектов регулирования, отражающих ( опять-таки адекватно, это очень важно! ) их динамику, и после этого проводить решение общей системы их двух объектов и их динамик, получая некое пространство решений и выбирая из них конкретные процессы управления по техническим параметрам.
-
Вот тогда, таким путём, можно совместить сложную, взаимовлияющую динамику одного и другого в некоем едином процессе управления работой обоих звеньев бомбы.
-
Реально звеньев больше, а системы диффур, описывающие состояние системы и её эволюцию, включают в себя тысячи уравнений. Грамотный поиск решений - дело, требующее определённого опыта. А после выбора потребуется грамотная техническая реализация в различных тех. интерпретациях, с новыми построениями уточнённых моделей системы, с обновлённой её динамикой и пр., для которых тоже нужен достаточный опыт - область надо хорошо себе представлять.

 

Лахезис

Подрыв ( активный ) достичь очень-очень трудно - он возможен лишь при правильном подборе и очень точном совпадении тысяч параметров. Это не взрывчатка, которая взрывается во многих случаях. Просто срабатывание детонаторов и зарядов в бомбе будет, а выделяемая практическая мощность - не будет наблюдаться, будет крайне низкой при очень узкой зоне осуществления активного взрыва. Образно говоря, это надо иголкой со ста метров попасть в ушко другой иголки, обеспечить очень высокую степень точности и согласованности всех сотен и тысяч одновременно протекающих процессов в бомбе. Без решения многочисленных систем уравнений состояния, описывающих ядерную часть, механико-конструкционную часть, теплообменную часть, управленческую часть, отдельно и всё вместе в единых моделях, аерные решения которых проведены, параметры звеньев, блоков и элементов бомбы не согласовать и часть з них не определить вообще.
-
Бомба - не голая механика.
..........
..........
"чтобы взорвалось с эквивалентом не менее нескольких килотонн.
Для этого может быть достаточно и значительно более грубой модели." - ошибочное мнение ( ИМХО, разумеется ). Для выделения практической мощности в нескольких килотонн нужна ещё более высокая степень согласованности работы бомбы, чем для 20-30 Кт. Одна килотонна мощности - это огромная мощность, это полноценный боевой заряд. Он требует такой же проработки и согласованности, как и любой ядерный заряд. Но еще дело в том, что с уменьшением мощности активный взрыв бомбы приобретает всё более вероятностный характер. Чем меньще мощность заряда, как раз начиная примерно от уровней в килотонну - полкилотонны, тем его труднее взорвать. Вы же говорите о нескольких килотоннах - это полноценный заряд, и точность его проработки нужна очень высокая. Дело в том, что кривая вероятности взрыва, если таковую гипотетически построить как функцию от точности модели ( степени её адекватности ), имеет вид кривой, очень круто изогнутой в малой окрестности рабочей точности. То есть при рабочей точности вероятность, допустим, почти единица, а отступи в чуть меньшую точность - вероятность уже практически ноль. То есть очень резкий спад, либо мощность выделяется ( активный взрыв происходит ), либо не удаётся достичь сверхкритических условий - и тогда, хоть точность ещё совсем рядом с боевой точностью ( модели и "настройки процессов" ), не выделится и двух-трух тоннового эквивалента - сверхкритические условия просто не наступают.
-
Поэтому представлять, что при штатном подрыве, допустим, выделится 15 Кт, а при огрублении той же модели - 1-2 Кт, неверно. Чуть снижение точности модели и схемы процессов - не выделится вообще ничего. И для заряда в несколько килотонн, а тем паче в 1-0.5, 0.1 Кт требования по точности расчётов и задания процесса лишь возрастают. Потому так сложно и достичь реального ядерного взрыва, что это очень тонкая штуковина, чуть рассогласование громадного количества параметров - и всё, любое отклонение тут же накапливается и нарастает с "запретительным" эффектом. Если можно так сказать, у ядерного взрыва очень маленькая "сходимость" по ошибке, её практически нету, область боевой вероятности по точности или ошибке модели очень узкая, можно скащать, игловидная, с очень узким "телом" и острой "вершиной". И в неё очень трудно попасть. Чуть вправо-влево от расчётных условий - взрыв не идёт ни на треть, ни на одну десятую штатной или расчётной мощности. Можно провести аналогию ( иллюстативную, не более того ) с игольчатой диаграммой направленности высокочувствительной антенны. Навёл точно на источник главным лепестком - уровень сигнала приёма очень высокий. Чуть отклонил вправо-влево, вверх-вниз от источника - очень резкое падение уровня приёма практически до нуля.

 

Лахезис

"...При нужде" можно нарабатывать и в энергетических. Но пока только теоретически. Там недостаточно высокая нейтронная плотность, по сравнению с оружейным реактором. Соотвтетственно время экспозиции значительно увеличится. И окажется замкнутый круг: время будет достаточно большое для понижения качества плутония из оружейного до реакторного. Насчёт разделения плутония - прошу прощения, я неправильно выразилась. Я имела в виду выделение изотопов плутония из исходной сборки. Понятно, что разделение двух изотопов с соседними атомными массами затруднено - они отличаются друг от друга минимально. Тем не менее, хотя в промышленности разделение изотопов плутония ( друг от друга :-)) ) не практикуется широко, технологии для этого разработаны и разрабатываются, как электромагнитная сепарация, газовая диффузия и центрифугование, так и лазерное испарение. Но да это так, просто к слову.
-
Бомбы же из реакторного плутония не делают. Их можно сделать, но не как штатное оружие, поскольку такая бомба будет практически неуправляемой, из-за высокой спонтанной активности Плутония-240 будут необходимы слишком высокие скорости имплозии, которые сегодня пока неосуществлены. В итоге получаем малоуправляемую реакцию, при которой выделение полкилотонны мощности уже большая победа. Бомбы из реакторного плутония лишь подразумеваются у тех стран, где есть ядерные центры. Но сделать её сложнее, именно в силу малой управляемости. Высвободить мощность трудно, не успевает она выделиться.
*
Про минимальную массу плутония для взрыва, которая меньше, чем урановая - совершенно верно. Это объясняется гораздо большей "реактивностью" плутония, что требует меньшие размеры активной зоны, при "раньшем" наступлении сверхкритических условий при одной и той же плотности исходного нейтронного потока.

 

Лахезис

"Итак, Сабж-0, "Два куска урана/плутония с помощью направленного взрыва с помощью комбинации быстрой/медленной взрывчатки со скоростью около 2 км/с сближаются" - почему для плутония это ошибка, и сближение двух кусков для
взрыва плутония невозможны? Вы всё уже знаете, информация вам дана, и надо её только осмыслить. Плутоний гораздо "реактивнее" урана - вот в чём вопрос. Он быстрее и сильнее реагирует на увеличение плотности нейтронного потока, вызываемого сближением кусков. Поэтому скорость сближения 2 км/с для него недостаточно. А скорость разгона каждого куска в 1 км/с - технический предел. Один кусок разогнан до 1 км/с,и второй кусок 1 км/с. Разогнать каждый кусок до более высоких скоростей порядка 3-4 км/с не получается - не хватает мощности ( быстротекучести+энергии ) химических реакций во взрывчатке, толкающей куски. Особенно с учётом малого места и времени для разгона ( размеры бомбы ограничены, всё происходит у неё внутри ). И так, обратите внимание, не порохами, а взрывчатками разгоняют эти несчастные два куска. Выжали, что могли.
=
А имплозия? А имплозия дарит ещё один щедрый плюс: разгоняется не материальное тело ( кусок плутония ), а ударная детонационная волна. И законы инертности разгоняемой массы куска не стоят у неё на пути, не противодействуют процессу - это же волна упругости, а не разгоняемая масса плутония. Вот один из ключей имплозии. Поэтому ударная детонационная волна легко разгоняется во взрывчатке до скоростей несколько км/с, (за счёт постоянного выделения энергии реагирования прямо во фронт волны,
за счёт самого механизма детонации - реагирования взрывчатки от мгновенного разогрева сжатия в зоне ударной волны, автоматически синхронно-синфазно выделяющего энергию реакции всегда прямо в зону волны ).
С этой же скоростью 3-4 км/с волна входит в металл, плотную упругую среду, где скорость её не снижается, а может и возрастает. Посмотрите скорость звука в металлах, это километры в секунду. Скорость же ударной волны может быть и сверхзвуковой, ещё выше.
=
В итоге получаем скорость прохождения ударной волны/скорость обжатия/
быстроту перевода плутония в наиболее плотную кристаллическую альфа-фазу/ быстроту перехода в сверхкритическое состояние не 2 км/с, а 3-4 км/с
с каждой стороны плутониевого ядра = 6-8 км/с. Главный итог: скорость перевода в сверхкритическое состояние при имплозии плутония в несколько раз выше, чем при сближении кусков в пространстве взрывчаткой. И более высокая (по сравнению с ураном ) реактивность плутония преодолевается этой в четыре раза большей скоростью процесса перевода плутония в сверхкритическое состояние, обеспечивая "успевание" перевода плутония в сверрхкритическое состояние до предкритического теплового разрушения ( плавления-испарения ) взрывного устройства. БОльшая динамика имплозионной схемы - ключ к более реактивному плутонию."
-----------------
На этом окончание всех цитат ( - Лахезис :-))) ).
----------
Ну, что думаете?

 

Лахезис

Я подумала - тишина, может, вам непонятно что. Или какие другие аспекты? Их много всяких. :-))
-
И синглетный дельта-кислород (6) не ради красного словца.

 

Лахезис

Или доставка их, к примеру. Компоновка в спецлетательный аппарат. Гиперзвуковой конус. Адаптивные схемы подрыва - бортовое устройство само выбирает, когда, в какой точке пространства относительно поверхности и цели. Доставка баллистическая; авиационная. Двигатели и динамика выведения и разведения, навигация и управление. Боевая эффективность и схемы подхода к цели. Ну чего вы такие скучные. Протончики поразгоняем? :-)))

 

Лахезис

А возвращаясь к заголовку темы - современные компактные водородные двух- и трёхступенчатые заряды с варьируемой мощностью до 150 кт современного технологического дизайна, конечно, не те допотопные рубленные топрором схемы, которые были на заре взрывных конструкций. Время ушло далеко вперёд. Особые бризантные вещества инициирования. Особая эллипсоидальная форма полого плутониевого тела, обжимающегося приимплозии не в одну точку - центр инициации, а в две точки - в два своих фоксуа. Это даёт более хорошее распределение вспышки по плутониевому телу и полноту реакции, и создаёт направленный, с выраженными из-за двухточечности, максимумами в пространстве, взрыв по устройству второй сферической водородной ступени. При этом в полости плутониевого инициатора находится первая водородная ступень - капсула с дейтериево-тритиевым газом, его немного, несколько граммов. Она. инициируясь, создаёт основной поток нейтронов для второй водородной ступени. Хотя она сама выделяет мощность в виде существненого её прироста, основное её назначение всё же нейтронный поток высокой плотности. Тем более что в современных зарядах в баллистических боеголовках возможно усиление мощности специальными урановыми вставками, с трёхсот до 480 килотонн. Словом, это уже не то, что было когда-то. Имплозионные схемы тоже значительно продвинулись вперёд. Очень важен выбор взрывчатки с наибольшими скоростями детонации, пусть с меньшей энергией - требуемое давление обжатия дельта=фазы плутония всего один килобар. К тому же, поскольку боеголовка изначально лететалеьный аппарата, существенную часть своей работы ( точнее, выработку ресурса ) проводящий в высокотемпературной плазме входа в атмосферу, такое взрывчатое вещество долджно быть пожаробезопасным, неогнеопасным. При этом там не только нечувствительное к огню бризантное взрывчатое вещество, но и огнеупорная изоляция, окружающая плутниевый инициирующий заряд; жаростойкая сборка ядра (герметичная бериллиевая оболочка с возможностью выдерживать температуру в 1000 °C несколько часов), и т.д. Это на случай пожара ракеты в шахте. В гранулированных состояниях достигается высокая равномерность их плотности одновременно с самой высокой скосротью волны ( соответственно, с высокой бризантвностью, как ни жаль, а куда деваться - для имплозии не только высшего, но и среднего по качеству ( по допускам, конечно ) плутония ).

 

Лахезис

Такие взрывчатые вещества есть. Например, ТАТВ, или триаминотринитробензол (2,4,6-Тринитро-1,3,5-Tриаминобензол ) - основна многих разновидностей взрывчатых веществ для имплозии на современных водородных зарядах баллистических боеголовок. Оно обладает исключительно низкой чувствительностью к тепловым и ударно-волновым воздействиям. В работе К.Ф Гребенкина и А.Л. Жеребцова "рРасчётное моделирование температуры ударно-сжатого ТАТВ и продуктов его взрыва" авторы отмечают, что "процессы, протекающие при действии ударных волн на ТАТВ, представляют большой практический и теоретический интерес и являются объектом интенсивыных исследований. Расчёт температуры продуктов взрыва нужны авторам для построения модели кинетических процессов в продуктах взрыва - агрегации углеродных кластеров при наступающей рагрузке их фазовых переходов. И т.д. Но чистое ТАТВ используют редко - обычно добавляют стабилизаторы, получая смеси типа LX-17 на основе ТАТВ, нечувствительные к огню и удару. Грануляция взрывчатого вещества под давлением с небольшими присадками пластификатора, заполняющего поры и являющегося "повысителем плотности", или тем самым ускорителем ударной волны, позволяет с увеличением плотности тела заряда повысить скорость детонации его вещества до 7.5-8 км в сек. Высокая бризантность при таких скоростях фронта волны требует высокоточной геометрии имплозии, дабы не было практического бризантного действия по плутониевому эллипсоиду, волновой фронт без перекосов и аномалий, провоцирующих выброс осколков плутония из зон эллипсоида с относительно более низкими давлениями при общем обжатии его имплозией. Играют роль и повышение числа точек подрывов одновременно с миниатюризацией взрывателей, что возможно лишь при изменениях чувствительности, "инициируемости" к взрыву, с сенсибилизацией, повышением чувствительносити и уменьшением радиуса детонации основного LX-17, что позволяет разместить на наружной площади заряда более мелкоразмерные взрыватели в большем количестве, увеличив начальную равномерность имплозии. Есть способы выравнивания детонационной волны в самом массиве ТАТВ, в процессе его срабатывания - ударно-детонационные гомогенизирующие присадки, делающие волну более равномерной, а с ней и имплозию более высококачественной, что влечёт выход большей мощности во взрыве, бОльшее конструктивное и концептуальное совершенство заряда, добавочную мощность и в итоге боле высокотехнологичный дизайн самого заряда. Для усиления свойств вводятся различные добавки, причём иногда взрывчатые композиции, типа PBX-9501 - состава на основе смеси ТАТВ и октогена (HMX)и пластификатора на основе трифторхлорэтилена. Словом, принципы выбора или создания взрывчатых веществ для качественной имплозии тоже ушли вперёд.

 

Лахезис

Словом, если особо не вдаваться, давно считается должным некий минимальный набор в самих чертах конструкции современного водородного компактного заряда, К.М. :-)))
 -
- пассивная команда блокировки (переводит устройство в небоеспособное состояние посредством уничтожения ключевых управляющих компонентов);
- считывающий траекторию генератор сигналов;
- генераторы сигналов слабой связи - сильной связи;
- двухточечное предохраняющее исполнение;
- нечувствительное ВВ;
- огнеупорная сборка боевого ядра.
----
Есть ещё очень важныая область - область срабатывания взрывателей основного заряда. Тут и двухступенчатые радиовзрыватели, и основне адаптивные командные, и защищенная от радиации микропроцессорная запальная система, компенсация ошибок с коррекцией длины пути по радару (подстраивает запал для минимизации эффекта от погрешности доставки), компенсационный интегрирующий акселерометр, ФАР собранная полностью на полупроводниковых элементах и обеспечивающая воздушное и приповерхностное срабатывание, вспомогательный контактный взрыватель, плазматронное воспламеняющее устройство, и т.д. и т.п.
------------------
Ладно, какие-то вы и впрямь скушные. Сами же небось про термоядерные бомбы начали. :(((( На коленке. :-))))

 

Лахезис

Или вы и впрямь думаете, что вот обложил заряд кусками простецкого обычного чёрт знает где прессованного тротила - и бабах? :-))) Как там, TyVik - ""БУБУБУБУБУХ" ? :-))))

 

Лахезис

Таким образом, отметьте, что, вообще говоря, одна и та же единая масса плутония может быть как в спокойном режиме многолетнего хранения, так и быть взорвана после проведения над ней описанных выше ( и неупомянутых, но необходимых ) процедур.
-
Критическая масса есть лишь частный случай более общего понятия критических условий, и должна рассматриваться без отрыва от них. Как будет расти плотность нейтронного потока и будет ли вообще - вот вопрос. Пример: можно взять эту самую критическую массу и просто вытянуть её в проволоку миллиметровой толщины. Скомкайте проволоку в плотный клубок - температура сразу подскочит из-за взаимного обмена нейтронами различных ( многих ) участков проволоки. Напротив, вытяните эту плутониевую проволоку в линию - и масса этой проволоки может составлять хоть центнеры, хоть тонны - нейтроны, вылетающие из одного участка проволоки, не попадут в другой участок проволоки, и никакой цепной реакции не получится.
Хотя масса проволоки, как единого, неразрывного металлического изделия, может быть десятки и сотни критических масс. Нет критических условий - сама по себе масса ничего не даст.
-
51, таким образом главное не ударная волна, а снова-таки условия. Расскажите, какие эксплозионные схемы вы имеете в виду. Не упуская из виду, что необходимо погружение материала в высокоплотный нейтронный поток. Если погрузим в него лишь часть материала, то выход мощности будет небольшой.

 

mkl

2 53
Я так понимаю, что ударная волна требуется для аллотропной модификации плутония в состояние с большей плотностью. Таким образом, как будто всё равно, внутрь она идёт или наружу.(хотя может быть и похитрее, если волна успевает прогуляться по объему несколько раз за счёт отражений)
Но в случае расширяющейся волны система представляется более устойчивой, в том числе к погрешностям изготовления. Не так ли?
Как прогнать через активную оболочку интенсивный нейтронный поток - я, конечно, не знаю, но я не знаю и как это делается "обычно"...
Просто интересно: инверсные схемы рассматривались?
Картинка вполне очевидна: взрывчатка внутри плутониевой оболочки.
PS
Sorry, не могу удержаться: в старом анекдоте - откуда берётся самый первый нейтрон? - оказывается огромная доля правды...

 

Chai Nic

"взрывчатка внутри плутониевой оболочки"
Так разлетится же весь плутоний! Даже "шипучки" не будет - будет просто радиационно грязный химический взрыв.

 

Лахезис

53.mkl. Chai Nic прав. Где бы вы ни смотрели схемы что ядерных, что водородных бомб, везде вы найдёте только обжимающие сферы. Дело в том, что, напротив, надо удержать быстро разогревающееся от начинающейся реакции расширяющееся активное ядерное вещество. Каждая микросекунда - большое добавочное выдление мощности. Здача конструкции бомбы - как можно дольше стараться удерживать реагирующее вещество вместе, несмотря на многочисленные факторы расширения. Конечно, кто-нибудь из них вскоре - тот или иной - начинает побеждать любую конструкцию, и очень быстро. Но пока конструкция существует, она обеспечивает своим удержанием всё более полное выделение мощности. Быстрее охватить реакцией по всему объёму и как можно дольше держать после этого вместе - покуда удастся. Взрыв длится. Он длится и длится, и чем дольше длится, тем больше с каждой микросекундой выделится килотонн. На бытовом понимании он привычно мгновенен, но от длительности удержания вещества в более активном состоянии напрямую зависит выделяемая млщность. Разлетелось всё сразу - прореагировало 2%. Разлетелось на микросекунду позже - уже 4%, причем последние микросекунды перед разлётом уже самые ценные, потому что в это время система ещё существует, но выделение нейтронов разогналось до наивысшего значения ( на этот момент ), ведь рост реакции необычайно быстрый. Ибо с расширением плотность вещества падает пропорционально кубу радиуса. Плотность нейтронного потока резко упадёт, реакция прекратится. Поэтому вещество стараются как можно дольше удерживать в плотном состоянии, и. даже когда оно расширяется, лучше его продолжать обжимать - дольше просуществует активная зона, больше выделится суммарной мощности - общей мощности взрыва.
-
Металлический оружейный плутоний, необходимый для изготовления элементов боевого ядра, отливают. Его можно было бы прессовать, но льют. Добавляют специальные литейные присадки. Литой плутоний анизотропен. Вы это хотите сказать, дескать, можно прогнать волну что туда, что оттуда - куску металла всё равно, с какого румба по нему прошла ударная волна, теоретически? Он одинаков во всех направлениях, и волна в нём будет идти, осаждая из лёгкой метастабилизировнаной дельта-фазы в плотную альфа-фазу. Такой переход с уплотнением 25% влечёт за собой и геометрическое сжатие на существенный объём. Обэём в виде пустого высвобождается к краям шара, поскольку металл обжимается к центру, оставаясь в виде единого металлического ядра с ростом плотности и переходом в сверхкритические условия, благо что именно в этот момент импульсный нейтронный инициатор создал очень мощное, близкокритическое нейтронное поле высокой плотности. Дальше начинается рост реакции - в том числе и из-за сокращения расстояний, проходимых нейтроном со своей некоей фиксированной скоростью до соседнего ядра. Больше ядер втретится на пути за тот же отрезок времени - раньше начнётся следующий распад. Ну и т.д. и т.п., далее поехало.

 

Лахезис

Но такая картина будет только в случае, если металл остаётся слитным - наиболее плотным. Наличие щелей резко снижают активность металла на во всём слое поверхности этой щели. Ведь на любой внутренний кусочек металла сыпятся нейтроны со всех направлений пространства, а на поверхности металла - только изнутри. Поток оттуда идёт, но его не сравнить с потоком от сплошной прилегающей массы. Потому что расстояния возникшей щели для нейтронов увеличивают путь в миллионы раз. Интенсивность, соответственно, поверхности "щели" будет низкой. И т.д.
-
При подрыве изнутри снаружу волна, пройдя по оболочке из плутония, мгновенно осадит её в плотную альфа-фазу. Но выпрастет ли от этого плотность всего тела, ключ к переходу в сверхкритические условия? - Нет. Очевидно, что плутоний, начав переходить в плотную фазу, начнёт выделять свободный объём в виде щелей и трещин, и такой объём будет составлять 25% - грубо говоря, мы делаем плутний более плотным, но за счёт этого вкачиваем в плутониевое тело мелко распылённую пустоту, выделяемую при сжатии. В итоге вместо тела будет некий объём тех же форм, наполенный мелкодисперсной пылью плутония, уплотнившегося до альфа-фазы. Возрастёт ли в целом плотность тела, наступят ли сверхкритические условия? - нет. Возможно, оно даже не разогреется, потому что было оно единым слитным металлическим телом, стало мелкодисперсной пылью - но плотнасть тела какая была исходная, такая и осталось. Уплотнение произошло на микроуровне, но не в целом потелу. А нам надо нароборот - все внутренние источники нейтронов, атомы тела, сблизить, сдвинуть вместе, для повышения вероятности попадания в соседнее ядро. Происходит ли это в случае несжатия тела, а лишь дробления его в плотный песок с вкачивание четверти пустоты между песчинаками? В целом нет.
-
Более того - взрывом будет разгонять полученную массу в стороны, снижая его плотность. Не обжимать всё вместе, как имплозией, а наоборот. Имплозия же развивает очень большие давления, с огромным запасом с точки зрения перевода ядра в альфа-фазу. Реакция начинается очень быстро, и имплозия продолжает удерживать ( газодинамически ) разогревающееся ядро в зоны высокого давления, препятствуя ему даже уже при расширении. Эксплозия же, взрыв наружу, не только не переведёт в итоге массу в сверхкритическое состояние, но и будет всячески прпятствоавть нахождению атомов рядом, разгоняя их в стороны, причём, снова напомню, очень сильно - пропорционально кубу радиуса.
-
Тут обычное представление физики взрыва. Поэтому и для плутония, и для водородных ступеней - везде применяется имплозия, будь она сферическая или цилиндрическая. У плутония - ещё и потому, что она переводит систему в сверхкритические условия, а эксплозия нет. Общеядерный смысл, одинаковый для деления и синтеза - сокращение расстояний между ядрами, ускорение начала реакции, более длительное существование активной зоны, отсюда полнота выделения мощности.

 

Аметистовый божок

А какой процент вещества реагирует в среднестатистической атомной бомбе?

 

Chai Nic

Меня вот еще что интересует. В школе нам упорно долбили, что были 1.Атомные бомбы и 2. Термоядерные. В 1-х используется реакция деления урана/плутония, во вторых - синтеза дейтерия/трития. Как видно теперь, в бомбах используется и то и другое сразу. :-) Так нафига нам мозги пудрили??

 

mkl

Весьма признателен Лахезис за подробное рассмотрение!
И за весь курс в целом :). Исключительно интересно!
Идея имплозии очевидна совершенно: лучше обжимать ударной волной, но, простите, ещё пару вопросов.
1.Длина пробега нейтрона в ядре взрыва? Порядок величины хотя бы. Собственно, от ответа зависит всё остальное.
2.А может можно пренебречь изменением радиуса? За время прохождения ударной волны сквозь оболочку - точно можно...
(ударная волна грубо говоря на порядок быстрее механического разлетания, цепная реакция быстрее ударной волны... Может инерции хватит? Сами же говорите: "с огромным запасом...")
В зависимости от длины пробега - может быть оболочку можно очень грубо рассматривать как одномерную?
И заключить всё в прочный корпус, наконец...
("осаждаться" металл может по-разному: или в пыль или пластично - тогда щелей не будет imho)
В общем прямой вопрос: в фольге можно инициировать реакцию?
Если можно, imho процент использования будет максимальный...
2 Chai Nic
конечно разлетится. Если не удастся взорвать...
А в чём противоречие? В школе ещё говорили, что инициатором синтеза является атомный взрыв

 

Лахезис

60. Почему непременно и то и другое сразу. Можно сделать бомбу из одного плутония или урана. Все эти Толстяки и Малыши не имели водородного усиления. Это были чисто ядерные бомбы, на реакции деления. В водородной бомбе пока, при современных конструкциях, использование делящегося ядерного врывного модуля непременно. Водородные бомбы всегда содержат ядерный инициатор. Но они ещё имеют и урановое усиление, из У-238. В обычных условиях он не реагирует, но при взрыве водородной ступени выделяется очень много высокоэнергетических нейтронов, в потоке которых реагирует и распадается У-238. Соответственно, вокруг водородной ступени для усиления используют сферические или кольцевые вставки, втулки из металлического урана-238. Таким образом, может быть многослойная конструкция деление-синтез-деление. Например, в боеголовке W-87, которая стоит на ракете МХ, в качестве первой активной ( ядерной ) ступени используется эллипсоидная оболочка из оружейного плутония. Взрываясь имплозионной схемой, как раз вот этими LX-17 и PBX-9502 на основе ТАТВ с добавками октогена, в виде спецгранулировнаной прессовки, тонкий плутониевый эллипсоид, обжимаясь, даёт две пространственные точки ( малые области ) начала реакции - инициация по двухточечной схеме. Таким образом, его подрыв несимметричен, имеет некие направленности в пространстве. Внутри этой полости содержится капсула с дейтериево-тритиевым газом, который вступает в реакцию синтеза и значительно увеличивает выделяемую мощность, практически не увеличивая веса. Этот синтез является первой водородной ступенью, который инициирует срабатывание второй водородной ступени - цилиндрической конструкции, к торцу которой примыкает инициатор ( плутониевый триггер с первой водородной ступенью внутри ). Примыкает он через пространство, заполненное специальными полимерами типа полиэтилена и в которое погружена вторая ступень. Рентгеновское излучение проходит через полиэтилен и окружает вторую ступень. Плотность энергии этого излучения ( излучения водородного взрорыва первой ступени приктически в его центре ) такова, что рентгеновское излучение нагревает, испаряет и тем самым обжимает вторую водородную ступень, производя так называемую рентгеновскую имплозию ( приложенную ко второй ступени ). Вторая ступень сама по себе сложная - она имеет в своём составе два урановых элемента: центральный стержень из урана-235, назначение которого - испускание тепловых нейтронов для усиления нейтронной плотности и ускорения и полноты водородной реакции потоком нейтронов изнутри; цилиндрический слой дейтерида лития для основной водородной реакции и наружный сферический слой урана-238 поверх цилиндрической водородной части, который, инициируясь водородной реакцией ( её высокоэнергетическими нейтронами ), добавляет существенную мощность в общую выделенную мощнность, то есть служит чисто топливом для реакции распада, ради её энерговыделения. Этот же слой, окружающий вторую водородную ступень, и является имплозионным толкателем, обжимаемым рентгеновской имплощией и в свою очередь обжимающим водородную часть с урановым инициирующим стержнем у ней внутри. Таким образом, функцицонально видим цепочку деление-синтез( первая ступень )-деление-синтез-деление ( вторая ступень ).

 

Лахезис

Такая конструкция, построенная на последовательных выделениях мощности от ряда согласованных процессов, даёт очень большое высовбождение мощности при малых размерах устройства. Это общий современный принцип: даже если газовую турбину в авиационном или ракетном двигателе сделать не одну, а из двух ступеней, высоконаполрную ступень и после неё низконапорную, то снимаемая из газа мощность и КПД турбины вырастут. Аналогично, по принципу многочисленной триггерности, построенные водородные заряды дают высокий КПД, высокую степень высвобождения мощности из имеющегося материала. В частности, вот эта обрисованная W-87 выделяет штатно триста килотонн мощности. Однако есть специальные вставки в виде втулок из урана, штатно предусмотренные, которые, будучи добавленными поверх второй водородной ступени, дают дальнейший рост выделяемой мощности ещё на 170 килотонн, доводя мощность заряда до 470 кт - практически полмегатонны. Тогда, с учётом этого, общая цепочка будет ((деление-синтез)- (деление/синтез)-деление))деление. :-)))

 

Лахезис

Всё это ради повышения степени высвобождения мощности, для чего нужно более высокое конструктивное совершенство заряда, преследующее одну цель в общем случае - наибольшую возможную полноту реагирования. Здесь мы разворачиваемся к ответу на вопрос 59 Аметистового божка. Этот вопрос задан некорректно, вернее, неточно - его можно понимать как:
1) какой процент исходной массы превращается непосредственно в энергию согласно формуле Эйнштейна;
2) какой процент исходного вещества вступает в ядерную реакцию.
Прикинем сразу оба ответа. В первых подрывах реагировала небольшая часть вещества - оно разлеталось ранее, чем реагировало. Итого получалось 5-10% прореагировавшего вещества, а то и менее. Но растущее конструктивное совершенство зарядов, а соответственно и степень реагирования, её полнота, растут. Сейчас в реакцию вступает уже более половины веществ, а часть массы, непосредственно переходящая в энергию, составляет проценты от исходной массы веществ. Этот процент сам невелик, потому что невелик сам дефект массы. Водородная компонента повышает этот процент. В настоящее время пришло понимание, как, последовательно замыкая триггерные механизмы и принципы взрыва, получить всё более высокую общую выделенную мощность. Не из одной какой-то ступени, а разнося вклады, все стадии взрыва по раздельным этапам и специализируя каждый этап именно под его функцию и цель. Не вытаскивать всё сразу, а высвобождать постепенно, накапливая полезный эффект каскадом специализированных стадий взрыва и последовательных инициаций и усилений процессов одних другими. Всё реализуется технически в высоком коснструктивном совершенстве взрывной схемы, в высокотехнологических дизайнах современных водородных зарядов.

 

Лахезис

"ударная волна грубо говоря на порядок быстрее механического разлетания, цепная реакция быстрее ударной волны... Может инерции хватит? Сами же говорите: "с огромным запасом...") - цепная реакция не начнётся, так как не будет цельного обжатия. Плутоний при взрыве изнутри не сначала уплотнится, а потом потрескается, выделив высвободившийся объём :-))) - само уплотнение и есть высвобождение пустого пространства. Автоматически. Это не два разных процесса, тем более последовательных. Уплотнение и выделение пустого пространства - две стороны одного, единого процесса, одновременно происходящего в точках фронта ударной волны.
Если плутоний уплотнится и не потрескается, то где же он будет "держать в себе" пустое пространство? Содержание его в себе и есть неуплотнение. Уплотнение - выделение его. Неуплотнившись и невыделив пустой объём, вещество не перейдёт в закритические условия. Имплозия организует выделение пустого объёма наружу, отдельно от ядра, остающегося без этой пустоты и потому уплотняющегося и переходящего в реакцию.

 

Лахезис

Длина же "пробега нейтрона в ядре взрыва" может быть различной. Потому что разные типы веществ, разные реакции. Уран-235 выделяет медлннные "тепловые" нейтроны. Водородная реакция выделяет высокоэнергетические нейтроны. Какая энергия может быть у нейтрона? - только скорость его движения, ведь он не может быть нагрет или сжат. Значит, он пройдёт за микросекунду больше расстояние, чем тепловой нейтрон. Расстояние до очередного ядра? Оно может быть различным в различных ступенях и процессах. Может, и сантиметры. Метры. Вначале ядро имеет размер самого взрывного устройства: десятки сантиметров или даже сантиметры. Очевидно, раз реакция запускается на таких размерах, то проходимое расстояние до встречи ещё меньше. Далее, с ростом размеров зоны, метры. Если область реакции имеет диаметр несколько метров, то почему нет. :-))) Вспомните такую разновидность водородной бомбы, как нейтронная бомба: у неё поражающее действие взрыва 300-700 метров, а поражающее нейтронное действие полтора километра. Это значит, что нейтроны, выделяемые в зоне реакции, пролетают полтора километра, и плотность их такова, что человек получает многократно смертельную дозу облучения.

 

Лахезис

В фольге инициировать реакцию - снова смотря в какой. Вы опять отброасываете условия, а они правят бал. ( и балл :-))) ). В хорошо распрямлённой, развёрнутой в киломтеровую однослойную ленту вдоль дороги в лесу фольге - нельзя. В скомканной в плотную компактную массу - наверное, может и можно... Вопрос в степени сжатости фольги, в условиях компактности, общей плотности ядер в пространстве и плотности нейтронного потока, порождаемого ею и падающего снов ана всё ту же массу фольги, сведённую воедино в малом пространстве. Распрямите - нейтроны из тонкого слоя будут разлететься в свободные стороны, не встречая на пути своем реактивных ядер, не реагируя и не размножаясь.

 

Лахезис

Аметистовый божок. Решила, что на ваш вопрос я ответила слишком обтекаемо, можно чуть конкретнее. Среднестатистической атомной бомбы нет, есть более совершенные и менее совершенные схемы. В современных самых лучших конструкциях, удерживающих реагирующее ядро достаточно долго, более чем полмикросекунды, успевает пройти порядка 55-57 шагов реакции. Это позволяет прореагировать до 45-50%, и даже чуть более - до 51-53% плутония, но эти данные ( более 50% ) уже закрываются разработчиками. Косвенно процент реагирования можно видеть и по высвобождаемой энергии в килотоннах. Теоретический максимум высвобождения мощности, при полном реагировании одного килограмма плутония - 18 килотонн. Раньше, в менее совершенных конструкциях, на 20 килотонн практического выделения требовалось шести-семи килограммовое плутониевое ядро. То есть высвобождение было порядка трёх килотонн с килограмма. Сегодня для 20-кт заряда используются 3 кг или немного менее, что даёт порядка 7 - 7.5 - до 8 кт с килограмма. Однако при уменьшении мощности заряда, за счёт ухудшения качества имплозии, соотношение постепенно меняется - для 10-кт заряда необходимо порядка 2 кг плутония ( высвобождение 5 кт с килограмма ), а для мощности 1 кт требуется килограмм плутония ( многократное ухудшение высвобождения мощности. Вот что делает качество имплозии. :-))) ).

 

Лахезис

"2.3.1. Системы нейтронного инициирования в США
-
Первым типом системы нейтронного инициирования в ядерных зарядах США был нейтронный источник Urchin (по используемой в СССР терминологии - нейтронный запал (НЗ)). Этот источник представлял собой гетерогенную систему сложной структуры, содержащую изотоп полония Ро-210 и бериллий. При прохождении по этой структуре ударной волны происходило перемешивание полония и бериллия, и в процессе (a,n) реакции нарабатывались нейтроны, необходимые для инициирования цепной реакции. Важным моментом было обеспечение близости синхронизации момента работы нейтронного источника и момента оптимальных условий для развития цепной реакции и взрыва. Такая синхронизация достигалась за счет специального выбора конфигурации ядерного заряда. Нейтронные источники типа Urchin использовались в первых ядерных испытаниях США в период с 1945 по 1951 год и в серийных авиабомбах Мk-3 и Мk-4. Каждый нейтронный инициатор содержал около 50 Ки Ро-210.
-
К недостаткам этого типа нейтронных источников относились необходимость их достаточно частой замены вследствие распада Ро-210 (период полураспада - 138,5 суток) и наличие риска возникновения нейтронных импульсов в аварийных взрывах ядерных зарядов. Определенные трудности вызывало и наличие тепловыделения в нейтронном источнике.
-
Поэтому уже в начале 1945 года в Лос-Аламосской лаборатории была поставлена задача совершенствования нейтронных источников. Первые предложения были связаны с тем, чтобы конструкция системы источника обеспечивала нейтронный импульс не на входящей, а на выходящей из источника ударной волне, определяемой имплозией. Эти предложения были направлены на повышение эффективности системы. Их авторами в 1946 году были Клаус Фукс и Рубби Шерр.
-
Необходимость создания большого ядерного арсенала и требования достаточно частой замены нейтронных источников обуславливали создание масштабного производства Ро-210 и нейтронных источников на его основе. Такое создание представлялось достаточно проблематичным, и в конце 1946 года Эдвард Теллер выступил с предложением рассмотреть возможность отказа от использования специальных нейтронных источников в ядерных зарядах. Рассмотрение этого предложения привело к заключению, что в этом случае оружие будет иметь непредсказуемые вариации в уровне энерговыделения и сомнительную эффективность.
-
В конце 40-х годов в США рассматривалась возможность создания нейтронного источника с заменой Ро-210 на более долгоживущий -активной радионуклид. Основным "кандидатом" на эту роль считался изотоп актиния Ас-227 с периодом полураспада 21,8 лет. Хотя сам Ас-227 является в основном -распадчиком, его короткоживущий дочерний радионуклид изотоп тория Th-227 находится с ним в радиационном равновесии и является -распадчиком. Эта программа была частично реализована, и в 1952 году было произведено около 10 г Ac-227 (700 Ки). Этот проект, однако, вскоре был остановлен из-за сильного увеличения оценки стоимости производства необходимого количества актиния. "

 

Лахезис

"Другое направление работ было связано с миниатюризацией Po-Be нейтронного источника. В рамках этого направления был разработан новый нейтронный источник Tom, который широко применялся в ядерных испытаниях 1951-1953 годов.
-
Новый подход был связан с разработкой внешних нейтронных генераторов (в терминологии СССР - импульсный нейтронный источник (ИНИ)), которые представляли собой компактные ускорители ядер трития, ударявших в мишень, содержащую дейтерий. В термоядерной Т-Д реакции при этом производились нейтроны, которые и использовались для нейтронного инициирования цепной реакции. Предложение по такой системе нейтронного инициирования было сделано в Лос-Аламосской лаборатории в декабре 1949 года. Ее применение должно было позволить увеличить энерговыделение ядерных зарядов, исключить проблему "короткого времени жизни" нейтронных источников в боезапасе и было необходимо для полного использования возможностей схем ядерных зарядов с полыми ядрами делящихся материалов. В качестве важной проблемы при этом отмечалась проблема возникновения в некоторых ядерных зарядах предетонации. В ноябре 1950 года это направление работ было одобрено и было решено развивать его безотлагательно. Исследования по практической реализации этого предложения проводились группой специалистов Лос-Аламосской лаборатории с 1951 по 1954 год.
-
К преимуществам, которые предоставляла новая система внешнего нейтронного инициирования, относились также увеличение безопасности ядерного оружия, создание "герметичных" центральных частей (pit) ядерных зарядов, и возможность продвижения в перспективе к созданию "дубовой бомбы" (wooden bomb) - долгоживущего и воспроизводимого ядерного боезапаса. "

 

Лахезис

"2.3.2. Системы нейтронного инициирования в СССР
-
В первых зарядах СССР использовался нейтронный запал, который являлся аналогом американского нейтронного инициатора типа Urchin. В 1953 году производились принципиальные изменения в левитирующей схеме размещения делящихся материалов, и вместо нейтронного запала в качестве систем нейтронного инициирования стал использоваться нейтронный источник (НИ). Как нейтронный запал, так и нейтронный источник были основаны на наработке нейтронов в (,n)-реакции в Po-Be системе. Однако, если в НЗ в нормальных условиях полоний и бериллий пространственно разделены, и выход нейтронов обеспечивается только после перемешивания полония и бериллия под действием ударной волны имплозивного взрыва, то НИ обеспечивает "постоянный" нейтронный выход за счет того, что полоний и бериллий перемешаны в нем в заводских условиях.
-
В 1948 году Я.Б. Зельдович и В.А. Цукерман выдвинули идею о внешнем нейтронном инициировании. Возможность разработки такого источника, пригодного для использования в атомном оружии, многократно обсуждалась в течение 1948-1949 годов. Однако, в то время создать подобный источник с приемлемыми габаритно-массовыми параметрами оказалось невозможным. Через несколько лет был достигнут необходимый прогресс, и в ходе испытаний 1954 года в СССР была впервые проведена проверка работы ядерного заряда с внешним источником нейтронного инициирования - импульсным нейтронным источником. Результаты испытания подтвердили преимущества этого способа, который позволял инициировать цепную реакцию в оптимальный момент.
-
В 1954 году была проверена работа заряда с другим видом нейтронного инициирования - термоядерным инициатором (ТИ). В этом случае в центре заряда (подобно НЗ или НИ) размещалось небольшое количество термоядерного материала, центр которого нагревался сходящейся ударной волной и в процессе термоядерной реакции на фоне возникших температур нарабатывалось значимое количество нейтронов, достаточное для нейтронного инициирования цепной реакции. Преимуществом этого типа системы нейтронного инициирования по сравнению с НЗ и НИ было отсутствие высоко активных материалов типа полония. Это испытание также оказалось успешным, и вскоре системы нейтронного инициирования в виде ИНИ и ТИ вытеснили НЗ и НИ. Особенно важным достижением было создание ИНИ, поскольку его применение обеспечивало существенный барьер безопасности в ядерном оружии."