Дневник оччч злой ведьмы ) (original) (raw)

"Эта война мне только снится, но Темный Миг придет, и на крылатой колеснице Бомба ко мне придет" )))
Это из милой детской песенки :

а теперь статейка, взято тут - http://denorst.livejournal.com/207945.html

Я, как сорока, тащу все понравившееся. Что нравится, ну очень, выкладываю на сайт. До всего понятно руки не доходят, сегодня, как раз тот случай.

камрад Лахезис интересно рассказывает про атомную энергетику и атомные бомбы. Часть 1
Хорошо. Только читать обязательно дважды полностью всё приведённое, ничего не пропуская. Договрорились? :-)))

Но это к тому же долго. 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.

"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. "

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.

Теперь про подрыв. Уран можно взорвать, соединив куски докритической массы в один блок сверхкритической массы. И тогда произойдёт взрыв. Но вопрос в том, как именно осуществить соединение. Если сблизить два докритических куска У-235 на некоторое расстояние, то они начнут разогреваться от обмена друг с другом нейтронами и усилением от этого реакции распада и выделением энергии. Сблизим ещё сильнее – раскалятся докрасна. Потом добела. Потом расплавятся. Расплав, сближаясь краями, начнёт разогреваться далее и испаряться. Причём запасы энергии в куске урана таковы, что раскалённые добела куски можно погрузить в поток воды, мчащийся с ледника – они будут такие же ослепительно-раскаленные, и при дальнейшем сближении будут расплавляться, и никакой теплосъём или остужение не смогут предотвратить расплавление и испарение.
-
Поэтому, как куски не сближай бытовыми способами, они до того, как соединиться, расплавят и испарят любое устройство, осуществляющее это сближение, и испарятся сами, разлетевшись, расширившись, удалившись друг от друга и тогда лишь остыв, потому что окажутся на возросшем взаимном удалении. Слепить же куски в один сверхкритический можно, только развив такие огромные скорости сближения, что рост плотности нейтронного потока не будет поспевать за сближением кусков. Это достигается при скоростях сближения порядка 2.5 км в секунду. Вот тогда они успеют влипнуть друг в друга прежде, чем разогреются от энерговыделения. И тогда последующее энерговыделение будет таким пиковым, что возникнет ядерный взрыв с грибом. Порохом до таких скоростей разогнать невозможно – малы размеры бомбы и путей разгона, это не ствол зенитки. Поэтому разгоняют взрывчаткой, комбинируя «медленную» и «быструю» взрывчатки, ибо сразу «быстрая» взрывчатка вызовет бризантное разрушение куска урана высоконапорной ударной волной. Но в итоге получают главное – обеспечивают скорость перевода системы в сверхкритическое состояние до того, как она разрушится тепловым образом из-за растущего тепловыделения при сближении. И схему такую называют «пушечной», потому что докритические куски «выстреливаются» навстречу друг другу, успевая соединиться в один сверхкритический кусок и после этого пиковым образом высвободить мощность атомного взрыва.

А вот с плутонием такая штука не проходит. Он гораздо более «реактивный», реагирует на сближение кусков куда быстрее. Это другой металл. Альфа-активность плутония, например, в двести тысяч раз выше урана-235. Плутоний компактной отливки всегда тёплый на ощупь, он имеет температуру 50-60 градусов от непрерывно идущей реакции. Сто грамм плутония выделяют примерно столько же тепла, сколько сто грамм человеческого тела за счёт метаболизма. Плутоний заманчив, поскольку его критическая масса может быть 5 кг, а не 50, как у урана. 5 кг плутония – это примерно размер куриного желтка. Кусок размером в яйцо даст взрыв в 20 килотонн. Но как его подорвать? При сближении он начнёт ускорять энерговыделение с такой скоростью, что никакая пушечная схема не поможет. Нужны скорости 10-12 и более км в сек. Никакая взрывчатка до таких скоростей никакой осколок разогнать неспособна. Разгон массы – затраты энергии, и чем выше скорость разгоняемой массы, тем больше в неё надо вложить энергии. А взрывные процессы скоротечны. Да и напора энергии того нет – химическая реакция имеет свои ограничения в этом смысле.

Но плутоний – удивительный металл во многих отношениях. В том числе и в отношении металлургии плутония. Он имеет, например, шесть ( а смотря как считать и семь ) разных фазовых состояний – более, чем любой другой химический элемент. В некоторых своих фазовых формах он при нагревании сжимается, а не расширяется, как все нормальные лю… металлы и вещества. При переходе из одной фазы в другую он может менять аномально плотность - на 25% ! Причем при трёхстах градусах он находится в легкой дельта-фазе, а с понижением температуры оседает в плотную альфа-фазу с этим самым увеличение плотности на 25%. Дельта-фаза нестабильна и возвращается в альфа-фазу при кромнатной температуре и атмосферном давлении , но если добавить в плутоний чуточку галлия, процента три, стабилизировав его, то дельта-фаза будет метастабильна – останется таковой уже и при комнатной температуре. А вот если её обжать давлением 1 килобар, то он сожмётся в плотную альфа-фазу с ростом плотности.

Вот отсюда и начали подбираться к его взрыву. Если кусок плутония поместить в сильное нейтронное поле, в плотнейший импульс нейтронов, чтобы до критических условий оставалось немного, а потом увеличить плотность на 25% так, чтобы эти критические условия были пройдены и наступили условия сверхкритические, то цепная ядерная реакция запустится и кусок взорвётся. Нужно два фактора: создать мощное нейтронное поле исходного куска и затем в этом плотном нейтронном поле обжать его для перевода в сверхкритику. Чем? Взрывом взрывчатки со всех сторон куска! Если взять очень мощную взрывчатку, то скорость её ударной волны будет ( а тем более в металле ) порядка 5-6 км/сек с каждой стороны куска. С обоих сторон сложить – будет 10-12 км в сек. А взрывное давление в этой ударной волне, проходя по куску, обожмёт его в плотную альфа-фазу. Причем скорость 5-6 км/сек будет реальной – мы ведь не разгоняем массу, это скорость не тела, а ударной волны! Скорость звука в рельсе от удара молотком тоже несколько км/сек.
-
Вот оно, решение, ключ к подрыву плутония: надо организовать точный и быстрый подрыв взрывчатки со всех сторон куска плутония в исходной «лёгкой» фазе, который очень быстро переведёт плутоний из лёгкой кристаллической фазы в плотную, и погрузить его одновременно в очень плотное нейтронное поле. Это поле создаётся специальным устройством, или компонентом бомбы, так называемым ИНИ, импульсным нейтронным инициатором. Он, не вдаваясь в детали его работы, при ( управляемом ) срабатывании даёт пиковый выброс нейтронов и нейтронный поток высокой плотности. В этот момент со многих точек ( не менее 32, но чем больше, тем лучше ) строго одновременно, с управлением на микросекундном уровне, то честь с точностью одна миллионная секунды, даётся подрыв слоя взрывчатки вокруг плутония. Возникает направленный внутрь сферический взрыв – имплозия ( имплозия может быть, вообще говоря, и цилиндрической, как в схеме водородной бомбы Улама-Теллера. Главное – это взрыв, направленный внутрь и обжимающий объект ). При этом она должна быть очень точной – при малейших перекосах и неравномерностях ударной волны ядро из плутония будет раздроблено в пыль бризантным действием. И только при совершенно симметричном, со всех сторон, нажатием ударной волной плутониевому ядру некуда будет дробиться, все потенциальные осколки, наоборот, будут сжиматься к центру – плутоний без разрушения перейдёт в плотную альфа-фазу. Поэтому имплозия должна быть очень высокого качества – прежде всего по скорости и равномерности, ну и по стабильному давлению во фронте волны. Качество имплозии – ключ к подрыву.

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.

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.

"... 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.

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.

Веселого вам Апокалипсиса ! )))