Прецизионный одноступенчатый ядерный заряд мощностью до 1 Ктн. Новая надежда Америки?

Wyvern-3> Посмотри таблицу сечений. И 1 МэВ и 10кэВ не так уж сильно отличаются. Отличия начинаются с тепловых нейтронов - порядка долей, даже сотых кэВ...

Причем тут СЕЧЕНИЯ? Речь о времени свободного пробега. Как не верти, но нейтрон с энергией 10 кэВ, как раз при ОДИНАКОВОМ сечении и плотности материала, в нем будет пробегать одну и ту же длину свободного пробега в 10 раз дольше. На последних стадиях взрыва это важно. Поэтому гидридные бомбы и не давали более 200 т ТНТ.
Хотя на самом деле нейтроны на 10 кэВ все же сечение имеют чуть лучше и это как раз делает тему "гидридной бомбы" не совсем раскрытой.


Но сейчас не об этом.
Главный аргумент, я так понял, принят "унутрь" без сопротивления организЬма?
Надкритичность или просто критичность должна получаться еще в "холодной" сборке как ни крути!
Верно? И 10 кэВ тут - сбоку-припёку.

Wyvern-3> Ошибка. Которая хуже преступления
>>условно. Сборка раскалится до температуры обычного химического ВВ только на 58 поколении.
Wyvern-3> Зачем тогда по твоему нейтронная инициация? Пересчитай-ка не с "1", а этак с 10²⁰ а то и с 10²⁵

Я не понял, во превых, а к КРИТИЧНОСТИ это каким боком?
Абсолютно никак.

Во-вторых. Вы/ты, вижу, повторяешь ошибку Марка Солонина. Все-таки сделай себе игрушку и поиграй с ней. На моей как раз тема сисек "проблема" инициатора рассматривалась "в отдельных столбиках" очень детально.
Инициатор в имплозивной схеме нужен для того чтобы сборка инициировалась на пике гидродинамического сжатия (чем точней тем лучше). На пике максимальной НАДКРИТИЧНОСТИ (которая вообще от инициации никак не зависит). То есть, не число впрыснутых нейтронов важно, а момент важен. Говорят, что для инициации цепного процесса нужен не 1, а где-то 300 одновременно возникших нейтронов (более точная статистическая модель зажигания цепного процесса используется для вычисления вероятности предетонации). Такой впрыск срезает первые 10 поколений. Миллион нейтронов извне срежут 19 поколений. 10¹² нейтронов (это уже такой хороший нейтронный инициатор!) срежет 41 поколение.
Для справки. В ГДТС получали максимум 10¹⁴-10¹⁵ И это - рекорд.
Да. Половину времени можно срезать инициатором (на самом деле 81 поколение у меня - это очень размазанный процесс, "учебный", та как взято просто удвоение, а реально цепь растет через поколение выше чем в 2 раза, реально 40-50 поколений считают. У Феоктистова - так). Что и делается в сборках с малым количеством ДМ. В случае малой массы ДМ нужен мощный внешний впрыск чтобы по-максимуму убить инкубационный период. Но все равно срезается инкубационный период! Только он! На выход это никак не сказывается (а на динамику критичности всей сборки - тем более). То есть. Это опять таки спасает "миг зачатия" (при быстрой сборке разборке надкритичности, если та по времени сравнивается со временем развития цепного процесса, порядка 100-500 нс) но никак не влияет на термодинамику процесса и на критичность саму по себе.
И кстати. Главная интрига.
Виверн, где вы взяли 10²⁰-10²⁵ нейтронов "для начала"?
Где такой чудо-генератор нейтронов? В наносекундном импульсе?
Это же круче "абсолютного отражателя нейтронов" у Стругацких!

Число Авогадро сколько? 6*10²³. Округленно 10²⁴. У вас от 0.0001 моля до 10 молей нейтронов дает внешний инициатор? 0,1 миллиграмм - 10 грамм нейтронов?
Этож сколько 238-го сырца, можно было бы просто в бланкете (бомба проще гуталинУ) разделить таким импульсом извне? От 23 миллиграмм до 2 380 грамм (в килотонны сами пересчитаете)?
Ничё себе!!! Это действительно круче чудо-фольги Стругацких (там нужен хоть 235-й или плутоний, а тут нужен обычный металлический уран!...)
Даже при "пирушке"-бустинге, от 5 грамм DT газа вам "выдается" "всего" 1 моль (1 грамм) нейтронов на все про всё!!!
Но до бустинга любая сборке еще дожить должна. Перейти надкритичность (будучи, считай, абсолютно холодной!), инициироваться внешними нейтронами когда надо и успеть таки выгореть хотя бы на 0.5%. Тогда все это раскалится до 10-15 кэВ, полость в центре с DT газом сожмется ("засахарится"), и...
Да если бы где можно было взять "хотя бы" 10²⁰ нейтронов "просто так" - это сбыча всех мечт!
Тогда бы мы точно могли бы ЭТИМ без всякой чудо-фольги (продукта меза-хеза-химии из Новосибирска), жечь (отжигать) граммы плутония в мининюках, добывая тонны и десятки тон ТНТ во взрыве. Над чем "поджигатели войны" уже пол века корпят в секретных лабораториях и без толку. А пока гарантия лишь на 700 грамм дается. Еще с 1951-го года.
Кстати. Тут же вся картина маслом об ОТЖИГЕ (влиянии впрыска нейтронов извне) есть! Даже указано что такое оружие даже не попадает под ДВЗЯО.
Можешь? Пользуйся!!! Никто не запрещает! Запрещены лишь нарастающие цепные процессы. Но не затухающие...

A.s.>> Но бред - ваши представления о ЯО.
В.Д.> Вам человек задал вопрос, где ответ?
Я не успеваю!

A.F.> Alex_semenov пишет:
A.F.> Alex_semenov, по вашей схеме реконструкции трехступенчатой бомбы (а тем более АН-602), есть ряд ошибочных умозаключений, и возникают вопросы.

Ради бога. Даже хорошо. Один ум хорошо, но мы - эусоциалы.

A.F.> Первый из них. Как рентгеновское излучение первой "небольшой" термоядерной ступени может проникнуть через её радиационный корпус (хольраум), в радиационный корпус (хольраум) "большой" термоядерой ступени?

Это называется Ударная волна с преобладанием излучения или "волна Маршака". Смотрите у Саблетта.
Figure 3.5.5-1. Radiation Dominated Shock Wave (Marshak Wave)
Главная мысль. Фронт такой тепловой волны движется через среду (сквозь стенку) очень резко и с определенной скоростью. То есть, подобрав материал, зная температуру ВНУТРИ малого хольраума, вы можете вычислить ВРЕМЯ за которое такая волна пройдет через толщину стенки. И вот тут - финт. Скорость такой волны - сильно зависит от температуры излучения. То есть, материал, толщина стенки, и режим сжатия вторички (температура термализации хольраума) подбирается так, что бы излучение не успело выйти наружу внутреннего хольраума до взрыва вторички (микросекунда). Ну а когда вторичка сработала, то... не важно уже успело ли "хилое" излучение триггера добраться-пробиться до поверхности внутреннего хольраума или нет. Тут идет мощный пинок под зад и то же начинается для третьей ступени.
Резкость появления излучения на поверхности бомбы и обеспечивает "матрешечнось". Можно вкладывать друг в друга сколько угодно ступеней. Именно об этом и рапортовали Партии и Правительству физики по успешному завершению эксперимента. Кстати, Сахаров (получивший за "Маму Кузьмы" третью звезду героя соцтруда) как раз и в РДС-37 (вторая звезда) в основном занимался "стенками". Есть где-то в мемуарах.
Стенки тут решали все. Перегородки. Как у Сталина - кадры.
Кстати. В подтвержение. Вы видели утечку или "утечку" по W-80?

Тут между первичкой и вторичкой вообще ДВОЙНАЯ какая-то (есть догадки) стенка!
Как же излучение от первички попадает во вторичку?
Сквозь стенку и попадает.
А у вас другая версия как должно быть?
Выкладывайте. А вдруг у вас - лучше?
Вполне допускаю.

Еще вопросы? Кстати, я дальше, в процессе ИСТОРИЧЕСКОЙ дискусси, таки согласился, что по-всей видимости мемуары не врут и схема бомбы была бифилярной. То есть не нашлось одной достаточно мощной и одновременно компактной термоядерной бомбы (как я нарисовал) чтобы вставить её этой хрени взад триггером. И поставили две двухступенчатых бомбы поменьше. Одну взад, другую вперед. Хреновая схема как смерть. Но видимо спешили и ничего лучшего под рукой не нашлось. То есть общая схема у меня - не историчная. Но она куда лучше чем то что было на самом деле.

В.Д.> Судя по этому источнику в испытании мощностью 5 Мт, проведенным 31 октября 1961 года был испытан термоядерный заряд ВНИИТФ.
В.Д.> Российский ядерный центр. — 2015 / Просмотр издания // Электронная библиотека /// История Росатома
В.Д.> Я предполагаю это был чистый термоядерный заряд, в грязной версии которого синтез должен дать 25 процентов, а деление 75 процентов. Удельное энерговыделение более 10 кт/кг.
В.Д.> Заряд применен в составе лёгкой моноблочной головной части Р-36, Р-36М, Р-36М2.

Первоначально заряд хотели применить в УР-200, но в итоге первым носителем стала Р-36.

Клапауций> . К началу 60-х годов ... были разработаны мостиковые быстродействующие ЭД, снаряженные только вторичным ВВ, обладающие вследствие этого высокой безопасностью."

Вот! И я где-то читал, что на самом деле нормальными, безопасными, детонаторами занялись уже много позже. И тогда случаи с кофточками и самопроизвольным подрывом детонаторов в казиматах Арзамаса-16 становятся на свои места.
Ну почти становится.
Остается нюанс. А что же разведка? Не прислушались сразу к их данным? Сами себе на уме были?
И еще вопрос на засыпку. Сюда же. Так все-таки точность "простых" азидных взрывателей была по-началу достаточной? Или не простых но не таких покрученных как сразу были у американцев все же было достаточно?
Может это было сразу ясно нашим? А американцы, что, идиоты?
А ведь как могло случится?
Смотрите.
Группа Кистяковски почти все время МУДОХАЛАСЬ с полым питом. Это уже факт. С лета 1944 до конца года они рвали и рвали. Весь Лос-Аламос поставили на уши. Совершенствовали линзы, взрыватели. Но полый пит не хотел как следует сжиматься хоть ты тресни. И возможно в битве за это (ну страшно сложная задача!) и был придуман правильный (сразу) взрыватель с чудовищной точностью подрыва и как следствие - совершенно безопасные (со всем оборудованием в придачу, один конденсаторы был с цинковое ведро!). Но и это не помогло. Полый пит сразу не дался. А сроки - поджимают. Русские уже на Одере! Война вот-вот кончится!
Ну, а когда журавля в небе забросили и перешли синице, к питу Кристи, то взрыватели уже были "стандартными" и избыточно высокоточными.
Не зря Кистяковски даже после того как всю ночь высверливал зубной машинкой трещины в бракованных (и последних) взрывных линзах, заливал их ВВ и зашлифовывал, божился на спор за систему Опенгеймеру и поставил свой месячный оклад против 10 долларов. Мол, я гарантирую, "Тринити" взорвется как надо!
Опенгеймер сомневался (не потому что не верил в сжатие, а его заботили бракованные взрывные линзы) и когда бахнуло, Кистяковски выскочил из укрытия и его тут же сбило с ног ударной волной. Но поднявшись на ноги он первое что сказал в спину Опенгеймеру (тоже вышедшему из укрытия следом и глядящему теперь на гриб):
- Где мои 10 долларов?!

Система была избыточно надежна и избыточно точна (кстати, все время удивлялся, как они вообще начали тест под... ГРОЗОЙ!!!).
Ну американцы! Ну у них все так!!!

А вот в Арзамасе-16 кругами не бегали, так как Главный Теоретик ткнул пальцем в потолок (в кабинете у Лаврентий Палыча) и попал в яблочко. У нас сразу сжимали цельный пит. Да, нужны были и тут не обычные детонаторы, но не такие уж и особо точные как те, к которым изначально рвались в группе имплозии у Кистяковски.
Поэтому даже получив информацию от разведки, покумекали, прикинули что это избыточно и дорого пока... и сделали по-своему? Ну нафик нам эти 4000 вольт да еще с толстенным коаксиальным кабелем, крайтрон изобретай (не который "парк Юрского периода" написал, а лампа такая) да... В общем, возможно, голь к этой роскоши доросла лишь в конце 1950-х? Американцы получали все и сразу. Ну а мы постепенно...
Пока не до жиру. Пользовались упрощенной (достаточной) версией.
Если так, то становится ясной и говорливость американских мемуаристов (которые в деталях описывают изобретение всей схемы подрыва).
Американцы нам ведь как всю историю рассказывают? Чтобы всякий узнающий и внемлющий испугались СЛОЖНОСТЕЙ с которыми столкнетесь, если сами вздумать делать что-то подобное. Они для этого и "Доклад Смита" тут же выложили. Застолбили приоритет и напугать, мол кто хочет следом идти? Есть смелые?
Ни капли лжы!
Правда они пошли кругами... Ну так...
Например, публично везде (и давно) озвучена почему-то оценка фон-Неймана к точности имплозии в 5% (не больше рассогласования прихода волн!). Это для чего он такую оценку делал? Для полого пита (чего не достигли) или для пита Кристи?
А это остается в тени.
Никакой неправды. фон-Нейман действительно говорил о 5% точности в каком-нибудь 1944м.
Чистая правда!
Ну зачем же врать? Надо просто что-то умолчать, а на чем-то поставить ударения... Верно?
Человек сам себя обманет, все как надо додумает сам! Не надо его под руку толкать!
Он в это придуманное "самим" и верить будет крепче!

В.Д.> Кто-нибудь в курсе ~200 кг обогащённого (40 процентов) урана сколько будет стоить в рублях или долларах США сейчас или на 2000 год?

Вот данные начала-середины 60х:


90% оралой сейчас (прогресс был, но инфляция весь его съела) ориентировочно 15 000 - 20 000 долларов за кг (я прикидывал тут выше себестоимость на центрифугах в 7-10 тысяч, но это без учета покупки урана, а это удваивает цену).
Если это честная себестоимость, то по идее, в два раза менее обогащенный уран будет в 4 раза дешевле. Центрифугирование - пропорционально обогащению, но и количество сырого урана на это растет пропорционально обогащению. Итого ЗАТРАТЫ с покупкой урана растут квадратично с обогащением.
Ну примерно - так.
То есть ~40-45% обогащение, примерно 5 000 - 6 000 долларов за кг. В доковидных ценах, разумеется.
200 кг такого урана - 750 тысяч - муллйон убитых енотов. Где то так.

E.C.>Так что пока spallation реакция служит для генерации нейтронов на высокопоточных современных источниках. Около 30 нейтронов на один первичный протон выбивается. Порог там чуть выше 100 МэВ для тяжелых ядер, но эффективнее работать с энергиями выше 1 ГэВ, где-то между 1 и 3 ГэВ оптимум.

Да. Я, кстати, почему-то с теплым сочувствием отношусь к Острецову. Он сторонник этих технологий. Релятивистски-ядерная энергетика, кажется? Электро-ядерные реакторы, вроде? И мы за них тут тоже цеплялись. Главная проблема, действительно, видимо, ускоритель. Острецов молится на чудо-ускоритель Богомолова. И его тоже обсуждали где-то тут или не здесь? (я хотел пристроить его для сжатия DT-мишеней но ошибся в длительости импульса. Концентрации энергии в пространстве-времени у него не хватает для такой задачи, жаль, но для стряхивающих ядерно-бланкетных технологий, подкритических реакторов - почему и нет?)
Идея очень красивая сама по себе (очень гладко на бумаге, а какие там овраги?)
Да, у Острецова везде всемирный заговор. Он несет просто фантастический бред про Фокусиму, про козни Запада. Вообще у него мировоззрение крайне оригинальное. Чувства меры, прекрасного у него нет. Если заговор и есть (а он есть), то он не столь топорен, как его представляет Острецов. Поэтому его все и держат за безобидного фрика. И хотя в теориях заговора он перегибает палку, я думаю что именно тот набор чисто физических и энергетический идей, что он отстаивает, - очень интересный и вполне перспективный. Именно для струшивания нейтронов и пережигания РАО. Даже в смысле добычи энергии это интересно.
Я лично двумя руками - за. Напрямую жечь 238? Да это не так круто как жечь дейтерий но все равно это своего рода тоже предельная крутизна в технологиях деления.
Почему это не двигают?
Так ничего же не двигают. С атомом как с космосом. Совсем закрыть нельзя. Это будет слишком резкий шаг назад. Никто не мешает! Двигайтесь ради бога! Но... Но надо ОСТОРОЖНО... Денег, опять же, нет (а когда и на что они есть?)... Поэтому все в виде топтания на месте. Поэтому космос и атом поддерживают в режиме "тления" и якобы развития, куда-то там прорваться нигде ничему особо не дают, держат на коротком поводке, но везде как бы видны обнадеживающие горизонты. Через 30 лет... Ну вот ИТЕР строят как ту репку тянут. Дедка, бабка, внучка, сучка... Но кажется это такой запредельный, затянуты долгострой... И в общем то тупик же (поэтому и разрешили в него медленно ползти как улитке по склону Фудзи?)
Ну надо же показывать что есть перспективы! Ну вот и показывают. В год по чайной ложке. NIF опять же сбецали. Хрен бы его дали кому построит если бы военные коленками не выдавили же!
Z-машина...
То есть ВЯЗКОЕ БОЛОТ. Много-много лет. Под сенью ДВЗЯО...
Точно так же и с космосом. После рукопожатия на орбите. Ну прям как гири на ноги прицепили цивилизации. "Не везёт"! Эти тупиковые космолеты сначало все у всех сожрали... Потом собрали эту угрёбищную МКС как символ глобализации. Ну что бы видимость была хоть какого-то присутствия в космосе. Ну раз в 20 лет куда-то там долетает станция-робот радуя нас пейзажами... Ну чтобы люди кормились надеждой, что бы коллективы не совсем распадались. Компетенции поддерживались. Но все равно, кругом же запредельное БОЛОТО! Застой и ишак Насредина. На самом деле везде так. Просто мы не знаем. В той же медицине или там фармакологии... Но в космос и атом - наиболее ярко это видно. Так что...
Да, есть прорывы в "безопасных" областях. Там в биологии (ДНКа читаем). Эволюционной теории опять же. В астрономии очень бурно растем. Вон приборы какие строятся! СОИ дали пинок адаптивной оптике (последний выдых пэ-же). Совсем сказать что прогресса нет - нельзя. Лазеры оптоволокновые, например. Очень крутая побочка глобальных коммуникаций. В полупроводниках есть же движение. Но как-то все это... ме-е-е-е-едленно и мелко. Было заголосили о квантовых вычислениях... и тишина...
Не благодаря, а как бы ВОПРЕКИ все эти дерганья!
В общем планета Тагора. Тагорский синдром.

А что касается мюонного катализа. Да, разница с мезонной бомбой (и анамезоном) огромная. Согласен. У идеи катализа хотя бы была физическая суть (теория), но опять же не дала природа тут поблажек (некая константа не срослась с хотелками). А мезон-анамезон - чисто фантазия-хотелка на тему без серьезной даже теории. Как "абсолютный отражатель" у Стругацких.
Но все ведь в прошлом давно!
И поэтому я просто оба "события" переношу в один список несбывшихся надежд "прекрасного века запредельного научного оптимизма".

A.s.>> Это часом не с замедленными нейтронами? 800 грамм в реакторе? Вполне! Но вот чистая металлическая сфера... Да не! Ну подумайте.
Wyvern-3> Думать надо когда не знаешь. Когда знаешь -надо действовать © В.А. Неговской, отЭц реаниматологии
Wyvern-3> Это именно, что про боНбу. Для реакторов, тех же классических растворных - критмасса вообще десятки грамм...

Я тут кое что поднял у Саблетта. У него есть достаточно мутная табличка.

The variation of critical mass with reflector thickness is sometimes also expressed in terms of reflector savings, the reduction in critical radius for a given reflector thickness:

Table 4.1.7.3.2.2-3. Reflector Savings (cm) for Various Reflector/Fissile Material Combinations
                              Fissile Material
                  93.5% U-235                  Plutonium
Reflector   Reflector Thicknesses (cm)  Reflector Thicknesses (cm)
Material     1.27  2.54  5.08  10.16     1.27  2.54  5.08  10.16
Be           0.90  1.46  2.14   2.94     0.73  1.11  1.51   1.97
U            0.81  1.31  1.87   2.40     0.66  1.01  1.36   1.66
W            0.82  1.29  1.82   2.29     0.67  1.00  1.33   1.59
Fe           0.59  0.92  1.36   1.70     0.50  0.74  1.04   1.25

Это все - сантиметры. То есть 10,16 см бериллия у плутония, дает минус 1.97 см от радиуса R голой критической сферы. Ясно? И если все это пересчитать теперь нормально, в килограммы, то я для ряда бериллия и плутония получил:

Исходно. Критическая масса голой сферы плутония 10.5 кг. При альфа-плотнсти 19,5 г/см³ это шар в 10см в диаметре.

Слой отражателя в 1.27 см из бериллия дают сферу в 6,5 кг плутония. Плюс 0.7 кг бериллия (1.848 г/см³) В сумме получаем 7,3 кг сборка.

2.54 см слой бериллия. 4.9 кг плутония и 1.6 кг бериллия вокруг. В сумме 6.6 кг масса сборки. Это - МИНИМУМ массы сборки в таблице. Кстати 4.2 кг плутония заряжено в пит W-80. Случайное совпадение?

Толщина отражателя - 5 см бериллия. Критическая масса плутония снижается до 3,6 кг. Но масса бериллия 4,6 кг. Вся сборка оказалась уже тяжелей - 8,2 кг. То есть такую сборку уже сжимать надо больше энергии. Теперь масса сборки будет только расти.

Самый толстый слой. 10 см бериллия. Плутония 2,4 кг. Масса бериллия вокруг - 17,7 кг. Суммарная масса сборки - 20,1 кг. Это к тому что минимизация расхода ДМ ведет к росту и габаритов и массы и затрачиваемой энергии.
Кстати. Зачем я это все делал? Во сколько же раз упала критмасса, окруженная 10 см бериллия?
В 4.4 раза. А теория говорит что даже бесконечный отражатель снижает лишь в 4 раза.
Неувязочка?
Я думаю нет. Это поправка на "настольные", "реакторные" эффекты. Возможно срабатывает размножение нейтронов (теория это не учитывает). Но везде говорят, что увеличивать слой отражателя более 10 см - уже бессмысленно. Даже в настольной версии сборки, 10 см мало отличается от бесконечности. А для бомбы нет смысла вообще наращивать толщину отражателя больше. И по-сути 2.5 кг - это минимум для получения критической массы без сжатия.
0,8 кг никак без сжатия получить нельзя!
Кстати, рассчитывая степень сжатия для плутния (и отражателя) нужно в последнем случае, сжать всего в 2 раза. Для сжатия 500 грамм (нулевой выход) сжатие такой сборки надо в 2.5 раза.
Одна засада. Такой слой, 10 см бериллия, он просто не сможет сжаться более-менее равномерно (когда внутренняя часть будет сжиматься, задний фронт уже догонит волна разряжения).
Если же считать от оптимума толщины, 4.6 кг (слой бериллия 2,5 см) то степень сжатия для 500 грамм - 3.8 раза. 700 грамм - 3,14 раза, 800 грамм - 2.9 раза.
Гм... это уже более похоже на реальность. Но надо учитывать вот что. Нам мало добиться критичности. Надо ее хотя бы в 2-3 раза перейти...


Я себе сделал картинку в масштабе 1 к 1 (что бы увидеть на экране реальные размеры) но вам я это уменьшил (в принципе вы можете себе на экране это масштабировать, приложив линейку к голой сфере диаметром 10 см).

A.s.>>> Это часом не с замедленными нейтронами? 800 грамм в реакторе? Вполне! Но вот чистая металлическая сфера... Да не! Ну подумайте.
Wyvern-3>> Думать надо когда не знаешь. Когда знаешь -надо действовать © В.А. Неговской, отЭц реаниматологии
Wyvern-3>> Это именно, что про боНбу. Для реакторов, тех же классических растворных - критмасса вообще десятки грамм...
A.s.> Я тут кое что поднял у Саблетта. У него есть достаточно мутная табличка.


За картинку спасибо Но та потерявшаяся табличка была про ИМПЛОЗИЮ - т.е. бериллиевый отражатель (там еще и оксид бериллия был) + максимально возможная имплозия при помощи ВВ. И оптимальным оказывались именно (почему?) 55 мм бериллия...
В тексте указывалось, что крайне технологично изготавливать (фрезеровать) прецизионную сферу типа "бейсбол" из бериллия, на внутреннюю поверхность которой осаждать электрохимически плутоний. Снимается масса траблов с чудовищной металлургией плутония + бериллий хорошо отводит тепло + бериллий отличный темпер для имплозии. Как то так

A.s.> Одна засада. Такой слой, 10 см бериллия, он просто не сможет сжаться более-менее равномерно (когда внутренняя часть будет сжиматься, задний фронт уже догонит волна разряжения).
A.s.> Если же считать от оптимума толщины, 4.6 кг (слой бериллия 2,5 см) то степень сжатия для 500 грамм - 3.8 раза. 700 грамм - 3,14 раза, 800 грамм - 2.9 раза.

Ага-ага

A.s.> Гм... это уже более похоже на реальность. Но надо учитывать вот что. Нам мало добиться критичности. Надо ее хотя бы в 2-3 раза перейти...

Не надо - в термоядерном устройстве. Не надо

В другом месте было про левитирующее урановое ЯДРО в центре плутониевой сферы. Примерно 20% от общей критмассы. Нужно это было что бы плутоний не облучал сам себя при имплозии Это несколько (10-15%) увеличивает критмассу, зато плутоний можно чуть ли не реакторный использовать...

A.s.> Я тут кое что поднял у Саблетта. У него есть достаточно мутная табличка.
A.s.> Это все - сантиметры. То есть 10,16 см бериллия у плутония, дает минус 1.97 см от радиуса R голой критической сферы. Ясно? И если все это пересчитать теперь нормально, в килограммы, то я для ряда бериллия и плутония получил:
A.s.> Исходно. Критическая масса голой сферы плутония 10.5 кг. При альфа-плотнсти 19,5 г/см³ это шар в 10см в диаметре.

Негодный пересчёт. Это табличка для дельта-фазы. Все остальные размеры тоже.

A.s.> Кстати. Зачем я это все делал? Во сколько же раз упала критмасса, окруженная 10 см бериллия?
A.s.> В 4.4 раза. А теория говорит что даже бесконечный отражатель снижает лишь в 4 раза.
A.s.> Неувязочка?
A.s.> Я думаю нет. Это поправка на "настольные", "реакторные" эффекты. Возможно срабатывает размножение нейтронов (теория это не учитывает).

Это поправка на замедление нейтронов. Как и уран, плутоний-239 имеет для медленных нейтронов куда большее сечение деления.

A.s.> Но везде говорят, что увеличивать слой отражателя более 10 см - уже бессмысленно.

Нет, не везде и не для любого отражателя. Бериллий, вообще-то, плохой отражатель быстрых нейтронов. Он отражатель-замедлитель. Если нужен именно отражатель, нужен уран-238. Если годится отражатель-замедлитель, то нужна тяжёлая вода.

Бериллий, вообще-то, довольно порядочно поглощает нейтроны. Более сильно, чем тяжёлая вода или графит. Поэтому с тяжёлой водой или графитом можно завести реактор на природном уране, а с бериллием - нет. И размножение нейтронов в бериллии этого поглощения не компенсирует, но сильно осложняет переходные процессы.

Но с этим иногда мирятся, когда нужно получить заданный спектр нейтронов - эпитепловой, например.

A.s.> Даже в настольной версии сборки, 10 см мало отличается от бесконечности. А для бомбы нет смысла вообще наращивать толщину отражателя больше. И по-сути 2.5 кг - это минимум для получения критической массы без сжатия.

Нет, это всё ведётся из расчёта для бомбы. Толще отражатель - больше доля делений на тепловых нейтронах, а она для бомбы бесполезна.

A.s.> 0,8 кг никак без сжатия получить нельзя!

На тепловых нейтронах с тяжёлой водой в качестве замедлителя-отражателя - раз плюнуть!

То есть, для раствора соли плутония критмасса всяко меньше 0,8 кг плутония, и история аварий с возникновением цепной реакции это наглядно подтверждает. Но и металлическая сфера плутония массой 0,8 кг в тяжеловодном отражателе толщиной чуть меньше полуметра тоже будет критичной.

Wyvern-3>> Посмотри таблицу сечений. И 1 МэВ и 10кэВ не так уж сильно отличаются. Отличия начинаются с тепловых нейтронов - порядка долей, даже сотых кэВ...
A.s.> Причем тут СЕЧЕНИЯ? Речь о времени свободного пробега.

А при чем тут свободный пробег?

A.s.>> Но везде говорят, что увеличивать слой отражателя более 10 см - уже бессмысленно.
Б.г.> Нет, не везде и не для любого отражателя. Бериллий, вообще-то, плохой отражатель быстрых нейтронов. Он отражатель-замедлитель. Если нужен именно отражатель, нужен уран-238. Если годится отражатель-замедлитель, то нужна тяжёлая вода.

Для БОнБЫ - фсё НЕ так

E.C.> Катализ не мезонный, а мюонный. Мюон - в лептонном секторе, это не адрон.

В исходных работах Сахарова таки было "мю-мезоны" Что поделать, времена были еще дремучие

А Герштейн с Пономарёвым и в нулевых не стеснялись его так в глаза обзывать - не то из ностальгии, не то как шибболет

E.C.> Впрочем, и на мюоны тратится слишком много энергии, для ТЯ энергетики перспектив нет.

Ну скажем осторожнее: сейчас крайне сомнительны. Так-то по результатам на начало века энергобаланс почти-почти сходится, даже вроде по некоторым оптимистичным оценкам и выше единицы - но так, что смысла в реакторном применении и нет Разве что в разновидности электроядерного бридера, но это не то, не то... Бридеры это вообще какие-то химеры (в биологическом смысле), как мотокомпрессорные ВРД. Ни в городе Богдан, ни в селе Селифан, от ворон отстал, к павам не пристал. Утконос, одно слово.
А ведь как красиво было!
Но потом лет 5 - или уже 10+??? - назад чего-то там стали мелькать соображения о гипотетических способах уменьшения прилипания и т.п. Типа "стряхивания" резонансным рентгеном от лазера. Порнография, конечно, жуткая, но... Шут его знает, может быть, и отыщется еще какой-то обходной путь? Не этот, так другой. Маловероятно, но вдруг... По-моему, вариант плазмы, в к-й идут достаточно интенсивные (не как в эксперименте) реакции синтеза - никем не обсчитывался. Во всяком случае, не видел. Т.е. мю-катализ и в горячей плазме разных видов рассматривался, а вот в "горящей" - вроде как нет. Естественным образом напрашивается вопрос - когда всё это горячее, с очень горячими подсистемами альфа-частиц и нейтронов - может, оно само мюоны будет достаточно эффективно стряхивать с гелия? (хотя, ессно, может сработать и в минус, если быстрее будет рвать мезомолекулы, вопрос баланса, как всегда)


С другой стороны, "расшить" ситуацию могло бы и повышение КПД ускорителей.

Еще гипотетический вариант - повышение КПД преобразования энергии синтеза за счёт развития не-тепловых методов. Прямое преобразование для альфа-частиц (тут боле-мене понятно как, хотя бы в теории), какое-нибудь "полупрямое" - для нейтронов (в эту сторону еще никто толком не копал НЯЗ, но в принципе должно что-то быть, умозрительно некоторые варианты можно даже представить, но, зараза, дорогие!).

Поэтому чем шайтан не шутит - чуть тут, чуть там... глядишь, лет через ...дцать вдруг да срастётся?

Б.г.> Это поправка на замедление нейтронов. Как и уран, плутоний-239 имеет для медленных нейтронов куда большее сечение деления.

Да, совершенно верно. Об этом и был разговор. Что критичность "на столе" и в бомбе при взрыве - разные критичности. Замедленные нейтроны, даже если их доля мала, в силу того что у них резко подскакивает сечение взаимодейтствия очень заметно могут ИСКАЖАТЬ параметры "настольной" критичности по сравнению с "бомбовой".
Еще одно искажение "на столе" - запаздывющие нейтроны. Их мало но и они тоже вносят заметную поправку в измерения. Но сейчас они - не суть.

Б.г.> Нет, не везде и не для любого отражателя.

Ну да. Здесь речь о бомбе же. Где любые эффекты замедления нейтронов надо считать вредными и следует исключить или хотя бы минимизировать (ели вы не носитесь с идеей "гидридной бомбы" на "промежуточныж нейтронах". Но такая идея - отдельная загадка для любителей "странного". Не о ней сейчас). В классической бомбе ЛЮБОЕ замедление нейтронов - враг процесса.

Б.г.>Бериллий, вообще-то, плохой отражатель быстрых нейтронов. Он отражатель-замедлитель. Если нужен именно отражатель, нужен уран-238. Если годится отражатель-замедлитель, то нужна тяжёлая вода.

Вот! Все верно. В теории именно так! И в "Лос-Аламосском Букваре" сказано что в бомб надо использовать только ТЯЖЕЛЫЙ металл для отражателя (там они зовут это темпером). Только его! О бериллии - ни слова (никаких исключений ни для каких легких материалов-замедлителей). Да и в первых бомбах бериллия нет. Хотя "на столах" - используют его во всю. Например, инцидент со Слотиным. Там из-под отвертки у бедняги выскакивает именно БЕРИЛЛИЕВАЯ полусфера.




Но смотрите. Данный заряд-убийцу, чуть позже сожгут в ходе операции "Перекресток" внутри классического Марк-3, в окружении отражателя из природного урана.
Бериллий сразу не использовали в бомбах. Это - факт (когда начали? надо поискать). То есть, возникает мысль: сразу не увидели некие его особо ценные свойства, позволяющие ему в бомбах стать отражателем-темпером номер 1.... Настолько шикарные, что все его явные и видимые недостатки как темпера-отражателя были списаны (и то что он замедлитель и то что он как инертная масса - абсолютная дрянь!).
И применения бериллия в последующих устройствах стало почти обязательным.
Но, простите, что это за скрытое такое свойство?
То что всем указывают (мол он дает на столе лучший эффект снижения критической массы) - это ОБМАНКА.

Б.г.> Бериллий, вообще-то, довольно порядочно поглощает нейтроны. Более сильно, чем тяжёлая вода или графит. Поэтому с тяжёлой водой или графитом можно завести реактор на природном уране, а с бериллием - нет. И размножение нейтронов в бериллии этого поглощения не компенсирует, но сильно осложняет переходные процессы.

Ну бомба - не реактор. Тут быстрые нейтроны (хотя, да, есть и реакторы на быстрых). Но смотрите. В бомбе достаточно большая надкритичность и в принципе там с заметным процентами поглощения (вообще потери нейтронов) вполне себе считаются. Не знаю как у плутония, но у 235-го урана сечение деления для вторичных нейтронов (~ 1 МэВ) в общем сечении полного взаимодействия (упругое, неупругое рассеивание, деление, поглощение) составляет "всего" ~19%, а сечения поглощения такого нейтрона 235-м аж 1,8%. То есть сам 235-й имеет заметный эффект поглощения!
И мирятся!
Но даже если поглощение нейтронов в бериллии таки заметный минус... Тем более! Если поглощение в бериллии даже НЕ компенсирует размножение, то тогда совсем не понятно что же бериллий делает в бомбе в качестве отражателя? А он там, начиная с, кажется начала 50х, явно прописался!
Как?
Кстати. Часто можно слышать,что бериллий стал использоваться как отражатель в темпере термоядерных триггеров, чтобы обеспечить выход рентгеновского излучения из первички. Хотя ИСТОРИЧЕСКИ это не так, но допустим. Все равно - неувязочка в нашем детективе. Что тогда бериллий как темпер-отражатель делает в "простых" зарядах деления? Ладно имплозия! Я слышал что в чисто "пушечном" артснаряде 240 мм (тест "Грейбл") тоже одна из инноваций схемы - применение бериллия в качестве отражателя для пушечной сборки! Убрали карбид вольфрама, поставили бериллий. Именно это и позволило ужать пушечные 15 кт "Малыша" (несколько тонн вся бомба) до 480 кг в снаряде с тем же выходом!
Так в чем СЕКРЕТ успеха бериллия как отражателя в бомбах?
"Тема сисек не раскрыта!" ©



То что "на столах" бериллий показывает рекордно лучший эффект на критмассу, это по-идее ЗАСЛОНЯЕТ в глазах невнимательных читателей "загадку бериллия" в бомбе. Создает ей надежную тень-прикрытие. Идеальный белый шум, так сказать.
"На столе" бериллий и отражатель и замедлитель и это (вкупе с другим) создает ему такой великолепный эффект. Но в бомбе любые замедленные нейтроны - потерянные для развития взрыва нейтроны.
То есть загадка бериллия любителями бомбовых секретов просто ПРОПУЩЕНА МИМО ГЛАЗ, и не раскрыта до сих пор!
От слова "совсем".

Б.г.> То есть, для раствора соли плутония критмасса всяко меньше 0,8 кг плутония, и история аварий с возникновением цепной реакции это наглядно подтверждает.

Согласен. Убираем вопрос о замедлителя ВНУТРИ сборки.

Б.г.>Но и металлическая сфера плутония массой 0,8 кг в тяжеловодном отражателе толщиной чуть меньше полуметра тоже будет критичной.

Есть сильные сомнения. Очень. Смотрите pdf приложенный мной в сообщении выше. Там нет и намека на что-то такое. Всё говорит что даже насчитанные мною 2.4 кг - это я раскатал губу (да, фаза плутония взята не та, отсюда ошибка в сторону уменьшения минимальной массы). В документе выше 20 см дают 3.6 кг. И ясно что как бы вы дальше не наращивали уже толщину отражателя, это мало повлияет на массу плутония в критсборке (см приложенный график). То есть ~3.5 кг - это видимо предел снижения (без сжатия).
При этом опять же - в бериллии. Остальные отражатели и близко не подходят к этому.

Fakir> Но потом лет 5 - или уже 10+??? - назад чего-то там стали мелькать соображения о гипотетических способах уменьшения прилипания и т.п. Типа "стряхивания" резонансным рентгеном от лазера. Порнография, конечно, жуткая, но... Шут его знает, может быть, и отыщется еще какой-то обходной путь? Не этот, так другой. Маловероятно, но вдруг... По-моему, вариант плазмы, в к-й идут достаточно интенсивные (не как в эксперименте) реакции синтеза - никем не обсчитывался. Во всяком случае, не видел. Т.е. мю-катализ и в горячей плазме разных видов рассматривался, а вот в "горящей" - вроде как нет. Естественным образом напрашивается вопрос - когда всё это горячее, с очень горячими подсистемами альфа-частиц и нейтронов - может, оно само мюоны будет достаточно эффективно стряхивать с гелия? (хотя, ессно, может сработать и в минус, если быстрее будет рвать мезомолекулы, вопрос баланса, как всегда)
Чисто температурой с водородом не годно: у гелия заряд больше, ты должен стряхивать мюон с гелия чаще, чем с водорода, а равновесно так не выйдет.

Сейчас вот подумалось, что, не пробовал ли кто прикидывать мю-катализ с горячим бороводородом? Бор Z=5. Так что вполне может быть температура, при которой мюированый бор живёт спокойно и счастливо, ожидая свой водород, а мю-гелий уже полностью ионизирован. И НЯП, эта температура ниже, чем требуется для "нормального" термояда.

Fakir>> Т.е. мю-катализ и в горячей плазме разных видов рассматривался, а вот в "горящей" - вроде как нет. Естественным образом напрашивается вопрос - когда всё это горячее, с очень горячими подсистемами альфа-частиц и нейтронов - может, оно само мюоны будет достаточно эффективно стряхивать с гелия? (хотя, ессно, может сработать и в минус, если быстрее будет рвать мезомолекулы, вопрос баланса, как всегда)
Татарин> Чисто температурой с водородом не годно: у гелия заряд больше, ты должен стряхивать мюон с гелия чаще, чем с водорода, а равновесно так не выйдет.

Никто не говорит о чистой температуре, эти дорожки давно исхожены (хотя и там сложнее, чем просто равновесность; кинетика на разреженных и "тонких" средах важнее).

Татарин> Сейчас вот подумалось, что, не пробовал ли кто прикидывать мю-катализ с горячим бороводородом? Бор Z=5.

Явно не будет вообще ничего хорошего. Уже на стадии собственно синтеза в мезомолекуле, поэтому за счёт конечности жизни мюона не срастётся никак, даже если проблему прилипания совсем исключить. Даже DD получается плохо, только тритий (даже pD и pT уже на три-шесть порядков хуже!).
Ну, откуда бы pB быть хотя бы не радикально хуже? Ну, может, мезомолекула будет образовываться быстрее, с тритием это ключевое время... Но может и наоборот. И сверхмедленный собственно синтез всё убьёт.

A.s.>> Причем тут СЕЧЕНИЯ? Речь о времени свободного пробега.
Wyvern-3> А при чем тут свободный пробег?

Не свободный пробег s, а ВРЕМЯ свободного пробега t.
Свободный пробег - дистанция. Она обратно пропорциональная концентрации частиц и сечению взаимодействия. Верно?
Если вы говорите что замедление и термализация (с 1 МэВ до 10 кэВ) не сильно меняет сечение взаимодействия (хотя я бы поспорил, но сейчас не суть, примем как вы говорите) то ДЛИНА свободного пробега обоих нейтронов (что 1 МэВ, что 10 кэВ) в бомбовой сборке не меняется.
Допустим.
Но ВРЕМЯ этого пробега как меняется? Если у нас все еще работает классическая механика* то t=s/v, а v ~ K^1/2 где K- энергия частицы. То есть, ваши замедленные в 100 раз (по ЭНЕРГИИ) нейтроны, летят дистанцию свободного пробега в 10 раз дольше. Их скорость в 10 раз меньше.
Логично?
В среднем в бомбовой сборке нейтрон претерпевает где-то 4 столкновения (4 свободных пробега), прежде чем произведет деление. Не суть, конечно сколько. Без этого ясно, что (как бы любой нейтрон не шарился по сборке) до момента когда замедленный (термализованный до 10 кэВ) нейтрон совершит деление, обычные свободные, "бомбовые" нейтроны в ~1 МэВ совершат уже цепочку в 10 делений.
Улавливаете? Замедленные нейтроны отстают на 10 поколений по-сути. А на последнем этапе взрыва, даже 2-3 поколения - это гигантская разница!
Это по-сути и означает, что любой такой замедленный нейтрон ВЫПАЛ для цепного процесса в бомбе. Он пропал в пути. По-сути он может считаться улетевшим наружу или поглощенным. Потерянным для развития ВЗРЫВНОГО процесса.
Процесс же длится 100-500 нс (не более!)
Хотя (заметьте) для "реакторного" цепного процесса, каждый так вот замедленный нейтрон имеет достаточно времени чтобы найти для себя мишень в сборке. Тут такой проблемы нет.
Более того!
Забудем про 10 кэВ, про горячие нейтроны. Давайте посмотрим на сборку у Слотина на столе где в ДМ успевают вернуться любы, даже очень холодные электроны (времени - более чем достаточно!).
Здесь нейтронов в отражателе может замедляться сколько угодно долго. И такой замедленный в отражателе-замедлителе нейтрон, вернувшись в АМ найдет себе цель с куда большей вероятностью, так как с замедлением у него заметно увеличилось сечение и значит пробег. Для такого нейтрона шар плутония становится менее прозрачным.
То есть "на столе" (или в реакторе на промежуточных нейтронах, бериллий именно в таком и используется) отражатель-замедлитель УЛУЧШАЕТ критичность. Но это медленная, не бомбовая критичность. Для бомбы замедление - это потеря нейтронов из цепного процесса. И значит замедлитель-отражатель - дрянь как бомбовый отражатель. И даже высокая температура в конце процесса (10-15 кэВ), на что вы указываете, не спасает от "потери в пути" замедленных нейтронов (я выше считал именно такие нейтроны).

* [показать]

Wyvern-3> Для БОнБЫ - фсё НЕ так

И что тогда в бомбе делает бериллий?
Ему там делать, ТЕОРЕТИЧЕСКИ, нечего. И "Букварь" говорит - нечего. А он там - есть!
Загадка?

A.s.>> Гм... это уже более похоже на реальность. Но надо учитывать вот что. Нам мало добиться критичности. Надо ее хотя бы в 2-3 раза перейти...
Wyvern-3> Не надо - в термоядерном устройстве. Не надо

Если вы осовили бустинг, то да. Но это третье поколения имплозивных устройств деления (не путать с поколениями ядерного оружия!), это уже хайтек. Высшие технологии. А мы говорим о втором поколении. О поколении мидл-теха. Средние технологии. Бериллий появляется именно здесь. То есть с начала 50-х. Хотя с бустингом уже играются вовсю, но до этого еще расти и расти. А пока (в США) - совершенствуют оптику взрыва (60-72-92 линз), сами линзы (появляются инертный материал вместо медленной взрывчатки), внешние инициаторы (и бетатроны). Первая новация - и появляется левитирующее ядро ("молот и наковальня" по-сути вторая идея-новация после композитного пита) ну и ... бериллий. Он - именно тогда и открывает свои до сих пор не понятные таланты, вытесняя из сборки тяжелый металл в роли темпера-отражателя...

Wyvern-3> В другом месте было про левитирующее урановое ЯДРО в центре плутониевой сферы. Примерно 20% от общей критмассы. Нужно это было что бы плутоний не облучал сам себя при имплозии Это несколько (10-15%) увеличивает критмассу, зато плутоний можно чуть ли не реакторный использовать...

Не понял что значит "не облучал сам себя"? И как это связано с рекордным использованием? Я до сих пор полагал что плутоний лучше в центре. Там - максимальная плотность нейтронов. Поэтому наиболее активный материал в центре.
Собственно тут:

Composite cores and uranium pits
At that time, plutonium-239 supply was scarce. To lower its amount needed for a pit, a composite core was developed, where a hollow shell of plutonium was surrounded with an outer shell of then more plentiful highly enriched uranium. The composite cores were available for Mark 3 nuclear bombs by the end of 1947.[9] For example, a composite core for a US Mark 4 bomb, the 49-LCC-C core was made of 2.5 kg of plutonium and 5 kg of uranium. Its explosion releases only 35% of energy of the plutonium and 25% of the uranium, so it is not highly efficient, but the weight saving of plutonium is significant

перевод

Композитый ядро и урановый пит
В то время производство плутония-239 было недостаточным. Чтобы уменьшить его количество на один пит, была разработана композитная активная зона, в которой полая оболочка из плутония была окружена внешней оболочкой из более доступного в то время высокообогащенного урана. Композитные сердечники были уже возможны для ядерных бомб Mark 3 к концу 1947 года. Например, композитный сердечник для американской бомбы Mark 4, сердечник 49-LCC-C, был изготовлен из 2,5 кг плутония и 5 кг урана. Его взрыв высвобождает только 35% энергии плутония и 25% урана, поэтому он не очень эффективен, но экономия именно массы плутония - значительна.

 

Я не совсем полян почем "hollow shell" (полая оболочка?) из плутония но то что она тут окружена оболочкой из урана - это точно. Хотя, возможно речь идет о современных полых питах? Так же не понятны цифры 35% и 25%. Это "не очень эффективны"? А 10% в первых тестах?
ВашЬЯ морда много кЮшатЬ?
Но не важно. Важно там в центре - плутоний, снаружи - уран. Там же и о большей безопасности композитного ядра (даже с плутонием в центре):

The plutonium-only core, with its high background neutron rate, had a high probability of predetonation, with reduced yield.[12] Minimizing this probability required a smaller mass of plutonium, which limited the achievable yield to about 10 kt, or using highly pure plutonium-239 with impractically low level of plutonium-240 contamination. The advantage of the composite core was the possibility to maintain higher yields while keeping predetonation risk low, and to utilize both available fissile materials.

перевод

Активная зона, состоящая только из плутония, с высокой скоростью фоновых нейтронов, имела высокую вероятность предвзрыва с пониженной мощностью. Минимизация этой вероятности требовала меньшей массы плутония, что ограничивало достижимый выход примерно 10 кт, или использования плутония-239 высокой чистоты с непрактично низким уровнем загрязнения плутонием-240. Преимущество композитного сердечника заключалось в возможности поддерживать более высокий выход при низком риске предвзрыва и использовать оба доступных делящихся материала.

 

То есть (как я понимаю) сам факт минимального количества плутония в ядре работал на снижение вероятности предетонации. Ничего наизнанку выворачивать не надо было.

***

И все-таки возвращаясь к загадке бериллия. Смотрите. Чисто исторически (это много может прояснить или подсказать, почему историю тоже надо исследовать) до 1950-го вводится ряд инноваций в конструкцию ядерного оружия, которые в большинстве предложены еще во время войны, но их отмели ибо некода было менять изначальный проект. Это две идеи по-сути. Композитный пит и левитирующее ядро. Но темпер из урана (обратите внимание!) пока никто не трогает.
И вот, возможно, почему. Пока не отработали молот и наковальню старый добрый уран из темпера не убирают.
Все-таки главная идея ключ успеха бериллия - плотность.
Прикладываю картинку для медитации.
Источник: УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК 1965 г. Февраль Том 85, вып. 2
Автор статьи: Л. В. Альтшулер (где мы эту фамилию слышали?)
Название: ПРИМЕНЕНИЕ УДАРНЫХ ВОЛН В ФИЗИКЕ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ


Да, тут нет ни урана с плутонием, ни бериллия. Но и козе понятно (совоетский народ умеет читать между строк не только советские газеты но и советские графики в научных изданиях), что кривая урана и плутония где-то задирается между (или в районе) W-вольфрам, Au-золото, Mo- молибден...
А наш бериллий, где-то СТЕЛИТЬСЯ в районе K - калий, Na - натрий, явно НЕ ВЫШЕ Mg - магния. Ну никак!
А это значит что при одном и том же ударном давлении сжатия (в несколько миллионов бар) легкие металлы сжимаются минимум в два раза сильней чем тяжелые (а то и три-четыре). Как раз график это показывает предельно чётка!
Когда писали "Букварь" и выкладывали там азы бомбовой теории диффузии нейтронов, там нет и слова об имплозии и сжатии металлов вообще. Еще не думали. Поэтому и говорили что нужно бы поискать материал, в котором пробег нейтронов был бы заметно короче, чем в активном материале. Такого материала самого по-себе не нашлось. И вроде как идея умерла. Букварь (сдуру) в 1962-м рассекретили (собственно терию диффузии как там, любой студент Ландау выведет в два счёта). Но хвостик остался...

Про идею явно временно забыли. Но когда начали металлы сжимать, то эта старая идея из "Букваря" вроде как должна была всплыть. Хотя не сразу. Если вы используете классическую схему "Гаджета" у вас все равно тэмпер к тому моменту когда максимально сжат пит уже начинает разжиматься. Вот это сказано открытым текстом:

Перевод:

Отсюда следует, что при сжатии докритической массы делящегося материала она может стать сверхкритической. Другими словами, это ... ПРОПУЩЕНО ЦЕНЗУРОЙ ... будет высоко надкритическим, а введение нейтронов вызовет развитие быстро расходящейся цепи деления.
Если масса делящегося материала (активной зоны) спрессована, то результат уравнения (1.8) верен только в том случае, если и тампер, и активная зона сжаты в одинаковой степени. На самом деле равномерное сжатие не достигается повсюду; вблизи центра бомбы, т. е. в активной зоне, она больше, чем дальше, т. е. г., в тампере. Даже внутри самого ядра существует градиент сжатия. Таким образом, в общем случае связь между критической массой и средними степенями сжатия сердцевины (Cс) и тампера (Ct) может быть представлена ​​как

ФОРМУЛА (1.9)

так что, когда Cc и Ct идентичны, это сводится к уравнению (1.8). Для большинства случаев взаимодействия в области вооружений хорошим приближением является

ФОРМУЛА (1.10)

так как условия таковы, что тампер сжимается в меньшей степени, чем ядро. Использование сжатия для достижения надкритичности применяется в оружии имплозивного типа; причина этого имени будет видна позже. Мало того, что усиление сжатия приводит к уменьшению критической массы, оно также сопровождается увеличением эффективности энерговыделения, как будет видно в разделе 2.1. Следовательно, достижение все больших и больших компрессий является одной из важных задач разработки оружия.

 

Все верно. Но только если у вас все "по классике", одна ударная волна идет снаружи внутрь. А вот если вы используете молот и наковальню, скажем, бьете темпером по ядру, у вас из точки удара возникает две волны. Прямая, сжимающая пит, по которому ударили молотом, и вторая, обратная - в самом ударнике, сжимающая его наружу (вернее сам ударник-молот продолжает наезжать на наковальню).
И к приходу прямой волны в центр (максимум сборки) у вас и тэмпер тоже максимально сжат.
Тогда можно уйти от показателя 1.7 назад к 2... если у вас тэмпер той же плотности.
Но если темпер сжимается как резина при этом?
Сам бог велел поискать подходящую замену. Во тут то вспомогательный бериллий и всплыл.
Версия?
Кстати, в менее плотной среде ударная волна идет быстрей (в корень из соотношение плотностей). Значит толщина отражателя (бериллий в 10 раз менее полотен чем уран или плутоний) может быть примерно во столько же раз быть толще радиуса несжатого пита (где-то 3 раза). Это самое очевидное решение.

Жаль, что супериди бустирования, по-сути, считай, почти все эти ухищрения убили (не нужны они в общем-то стали теперь как тогда). Ну или отложили на дальнюю, длинную полку довостребования (когда ядерные взрывы будут нужны не только для оружия).
На самом деле даже странам-террористам (так называемым) нет смысла воспроизводить в своём оружии эти миддл-решения. Надо сразу идти в высший уровень технологий. Полый пит, бустинг, правильная имплозия... А все это "мидлл-тех", левитирующее ядро с толстенным бериллиевым отражателем... Сейчас для оружия смотрится как старый добрый bf-109G2 над поле боя. Да, классная машина. Прекрасная даже в чем-то. Но куда ее теперь? Только в музей! Дизельпанк!

A.s.> Не понял что значит "не облучал сам себя"? И как это связано с рекордным использованием? Я до сих пор полагал что плутоний лучше в центре. Там - максимальная плотность нейтронов. Поэтому наиболее активный материал в центре.

Почему плутоний условно называется "оружейным" при концентрации побочных изотопов типа U²⁴⁰ именно НИЖЕ 6% ??? И что сильнее всего МЕШАЕТ имплозии достаточно обжать плутониевую критмассу?
Ответишь на эти вопросы - поймешь смысл урана В ЦЕНТРЕ

Wyvern-3> Почему плутоний условно называется "оружейным" при концентрации побочных изотопов типа U²⁴⁰ именно НИЖЕ 6% ??? И что сильнее всего МЕШАЕТ имплозии достаточно обжать плутониевую критмассу?

Не уже ли предетонация?
Ай-йай-ай! А мы и не знали!

https://d3i71xaburhd42.cloudfront.net/663612d4402cbfe614c4e94dad390b9f7f79b126/250px/14-FigureA-1-1.png [zero size or time out]


Wyvern-3> Ответишь на эти вопросы - поймешь смысл урана В ЦЕНТРЕ

Нет. Это ты не понял мой вопрос. Его глубину (в силу широты взгляда на проблему).
Прежде всего. Ты явно не понимаешь НЮАНСОВ проблемы предетонации плутониевого пита. Проблемы понимаешь, а нюансы - нет.
Смотри. И это есть по ссылке в предыдущем сообщение.
При НЕБОЛЬШОЙ мощности плутониевого заряда до 10 кт вероятность предетонации оружейного качества плутония (1-6% ²⁴⁰Pu +) невелика (см график в конце работы по ссылке тут).
Что значит 10 кт? Это 560 г плутония должны превратиться в осколки. При любом проценте выгорания это вполне себе ПРИЕМЛЕМАЯ масса оружейного плутония в пите (а если мощность взрыв еще меньше - вообще не возникает проблем предетонации). А вот повышение МОЩНОСТИ плутониевого взрыва и массы такого плутония в пите, так, что бы без бустинга получить больше 20 кт - повышать риск предетонации.
Толькько в этом случае!
Нежелательный риск. Да и материал был дорогим. Поэтому сразу же в конце 40х и начали играться с композитным питом. 2.5 кг плутония - В ЦЕНТРЕ и 5 кг оралоя вокруг. Именно из этого и выжимали в тестах тогда 35-40-50 кт. Более чем номинальные 20 кт (о термоядерном оружии пока не думали).
Почему первые модернизации ЯО были именно с композитными ядрами? Именно потому что пытались повысить мощность единичного ядерного заряда до максимума при этом минимизировать количество используемого плутония с производством которого не ладилось, зато оралоя было хоть отбавляй. Плюс - борьба с вероятностью предетонации более мощных плутониевых ядер. 6,2 кг плутония в первых бомбах это был по-сути предел! Почти критмасса (учитывая отражатель).
И заметь. Задача снижения риска предетонации как бы решалась АВТОМАТИЧЕСКИ тем что плутония в центре и так становилось мало.
Кстати. Спонтанными нейтронами 235 фонит куда меньше чем 238 (окружавщий пит Кристи). А 235-й глотает их хорошо. То есть оболочка из 235-го как бы еще и экранировала плутоний внутри от спонтанных нейтронов извне (скажем, от нейтронов из темпера, который по-прежнему из 238).
Составное ядро само по себе было достаточным предохранителем от предетонации. Не надо было мудрить с переменой мест. Вот о чем я!
Я не отбрасываю твою странную схему. Я говорю, что если она и появилась, то МИМОЛЕТНО и для особого, узкого случая. Не как магистральная.
Да, конечно, если вы хотите использовать плутоний худшего качества (дешевле), то возможно приём и годился. Потому что менее качественный плутоний и ГРЕЕТСЯ сильней. И располагать его снаружи - сам бог велел из чисто термодинамических соображений отвода тепла.
Как показывают опыты, куда большая проблема использования низкокачественного (даже не реакторного!) плутония в атомном оружии - это ТЕПЛООТВОД, а не предетонация.
Подумай. Предетонация - гом-но-вопрос если вы в сборке только слегка переходите надкритичность. Предетонация вам грозит если ваше устройство, классически, нормально должно достигнуть 3-4 надкритичности. Тогда по пути от 1-й критмассы до 4х есть масса времени для случайного преждевременного взрыва. Но если у вас планируется надкритичность всего 1.5, то случайному взрыву просто почти нет времени втиснутся при имплозии! Да, мощность взрыва у вас будет копейки у такой сборки. Но если у вас бустин?
Вам ПОФИГУ 3-4 критмассы и пофигу предетонация.
На чем и построен весь современный ядернй хай-тек! Плутония там - копейки. 4.2 кг в W-80, а выжимают бустингом из него до 40 кт! При этом там наверняка все равно очень качественный, очень дорогой оружейный плутоний. Именно для того чтобы долго хранить эти заряды без переработки.
Говорят (все же только слухи!) индусы первую свою бомбу и сделали из реакторного дерь-ма и опять же реакторного трития (который у них из тяжеловодных реакторов лезет сам). Так сказать, родили свою атомную программу из "подножного корма".
То есть, бустинг снимает проблему предетонации для реакторного плутония в имплозивной схеме почти полностью. Но имплозия на реакторном плутонии - все равно дрянное оружие само по-себе. Мало того что проблемы с теплоотводом, всякий плутоний "портится" (в нем накапливаются неприятные изотопы). Но именно реакторный плутоний или близкий к нему портится быстрее всего!
То есть, проблемы с теплоотводом и проблемы с недолговечностью заряда из такого плутония делают использование реакторного или близкого к нему плутония очень неудобным.
Дешевая рыбка - поганая юшка.
Кстати, почему все тактические 152-х миллиметровые (скорей всего на фазовом переходе плутония) снаряды (которые всегда были теплые на ощупь) в СССР так быстро утилизировали? Потому что там наверняка был реакторный плутоний, который надо было "перебирать" чуть ли не через 10 лет! Вот их наделали в начале 80-х, а в начале 90х - их уже разобрали (как раз под шумок договоров о разоружении)
То есть, подобное "дешевое" оружие могла себе позволить только очень богатая страна с очень развитой атомной индустрией. Ну вот Индия (а это не страна даже. Это - отдельная цивилизация!) имея свою собственную ядерно-энергетическую программу и даже научно-исследовательскую (попытка запустить цикл тория) могла себе позволить игрушки с реакторным плутонием и бустингом одновременно.
Если же у вас "народ ест траву", тогда уж лучше путь намайнить на ворованных центрифугах 235-го и делать имплозию на нем (как это Пакистан и сделал). Все выйдет дешевле. И получение материала и нет проблем с отводом тепла и долговечность оружия (кстати и обращаться с ураном куда проще чем с плутонием). Кстати, и высокая мощность оружия делении без бустинга, тоже решается именно чисто урановой имплозией.


Поэтому, видимо, и ЮАР, желая получить ЯО в одночасье, пошли путем 235-го (благо у них его добывают). Эти пытались сделать еще проще! Путем пушечного решения (правда хитрый финт был именно в том что пушку модернизировали DT бустингом, для чего завели шашни с Израилем).
В этом и проблема Нераспространения, что природа подарила нам такой ШИРОКИЙ СПЕКТР и материалов и подходов, что удержать этот горох в пригоршне у "умной и красивой" обезьяны не сильно и получается...

Вопрос не в том как сделать?
Вопрос - как сделать лучше?
Для каждого случая находится свой подход. Возможно и твой "вывернутый пит" - это тоже какой-то свой, особый случай? Но это не значит что самый крутой.
Ясно что в 40х - вряд ли. Плутоний у них был качественный. Им просто не нужно такое решение. И попробовать они его могли разве что в целях экспериментов на тему "могут ли террористы сделать бомбу в подвале?" В 1962-м они сделали тест с имплозией реакторного плутония который их сильно напугал (получилось!)
Подробности засекречены.
Можно догадываться вот о чем. Вообще-то полый пит (норма уже для американцев тога) из реакторного плутония и без бустинга схлопнуть, думаю можно. И термодинамика у полой оболочки - и куда лучше! Другое дело что сжать полую оболочку тогда считалось недоступным для террористов и вообще для всяких недоразвитых стран. Значит они точно рассматривалась схему близкую к "Гаджеу". Или простейшую версию молот-наковальня. В любом случае они там скорей всего игрались("за террористов") с твердым питом. У такого ядра требования к точности имплозии - куда ниже. Возможно, они рассматривали там композит с урановым (слабообогащенным?) ядром и оболочкой из реакторного плутония? Твой вывернутый наизнанку пит как раз бы тут подошел! Ну "балластировали" сборку от предетонации! Брали числом (дерьма но побольше) и простотой!
Фиг его знает! Мы можем только гадать.
Но все равно. Если у вас плутоний оружейного качества - нефик ему делать снаружи композитного пита. Нефик такой хороший и дорогой материал так бездарно переводить!

A.s.> И применения бериллия в последующих устройствах стало почти обязательным.

Он хороший конструкционный материал, прочный, лёгкий, и - барабанная дробь - отлично пропускает тепловой рентген. Даже лучше, чем стирофом (даже вспененный пропаном).

A.s.> Но, простите, что это за скрытое такое свойство?

Оно ни разу не скрытое. Оно явное. Но пользу приносит только и исключительно только в двухступенчатых зарядах, притом, обязательно "чистых" с малой мощностью первичного узла.

A.s.> Не знаю как у плутония, но у 235-го урана сечение деления для вторичных нейтронов (~ 1 МэВ) в общем сечении полного взаимодействия (упругое, неупругое рассеивание, деление, поглощение) составляет "всего" ~19%, а сечения поглощения такого нейтрона 235-м аж 1,8%. То есть сам 235-й имеет заметный эффект поглощения!

У плутония сечение поглощения без деления меньше. Раз шесть.

A.s.> И мирятся!

Поглощение нейтронов в бомбе - очень малая доля потерь, по сравнению с утечкой через поверхность.

Б.г.>> То есть, для раствора соли плутония критмасса всяко меньше 0,8 кг плутония, и история аварий с возникновением цепной реакции это наглядно подтверждает.
A.s.> Согласен. Убираем вопрос о замедлителя ВНУТРИ сборки.
Б.г.>>Но и металлическая сфера плутония массой 0,8 кг в тяжеловодном отражателе толщиной чуть меньше полуметра тоже будет критичной.
A.s.> Есть сильные сомнения. Очень. Смотрите pdf приложенный мной в сообщении выше. Там нет и намека на что-то такое.

Есть и другие источники.

A.s.> И ясно что как бы вы дальше не наращивали уже толщину отражателя, это мало повлияет на массу плутония в критсборке (см приложенный график).

Да нет же! эффективная толщина отражателя меряется не в сантиметрах, а в длинах диффузии. Предельная разумная толщина отражателя - это семь длин диффузии, а влияние на критмассу заметно до 10 длин диффузии.

A.s.> При этом опять же - в бериллии. Остальные отражатели и близко не подходят к этому.

Да ну вас! Говорю же, если считать по всем нейтронам (не только по быстрым), даже лёгкая вода выигрывает у бериллия. А уж тяжёлая - в разы!
У тяжёлой воды длина диффузии в четыре раза больше, чем у бериллия, значит, и предельная толщина эффективного отражателя тоже минимум в 4 раза больше, чем у бериллия.
У лёгкой воды длина диффузии меньше, чем у бериллия, но, зато, в силу того, что для замедления до тепловых энергий в среднем нужно пи соударений, больше вероятность проскочить резонансную область, где пики поглощения без деления.