?

Log in

No account? Create an account
Вопрос к физикам-ядерщикам (bash-m-ak, ау) и вообще всем интересующимся на тему ядерного оружия - Кирилл В
Октябрь 29, 2014
01:17 pm

[Ссылка]

Previous Entry Поделиться Next Entry
Вопрос к физикам-ядерщикам (bash-m-ak, ау) и вообще всем интересующимся на тему ядерного оружия
Насколько я понимаю, у U-235 нейтрон свободного фона появляется примерно раз в 3 миллисекунды, у т.н. оружейного плутония (~93% Pu-239) примерно раз в 50 микросекунд, в основном благодаря вкладу Pu-240. Оный нейтрон может инициировать цепную реакцию до того как это желательно -- т.е. до того как завершена сборка нужной конфигурации ядра из делящегося вещества. В результате не случается 1-2 последних поколений цепной реакции, с соответствующим падением выделения энергии, так называемся "шипучка". Именно потому пушечная схема крайне сложна для плутониевой бомбы деления -- скорость плутониевой "пули" должна быть недостижимо большой, дабы с высокой степенью вероятности не случилось "шипучки". А вот скорость имплозивной сборки (сферической и тем более двухточечной) достаточна для того, чтобы с высокой степенью вероятности собрать нужную конфигурацию делящегося вещества до того как инициируется начало цепной реакции.

Через это два вопроса:
1) Нейтроны свободного фона никуда не деваются, и даже у двухточечной имплозивки все равно остается шанс начала цепной реакции до сборки оптимальной конфигурации. То есть как бы не было совершенно атомное оружие и контроль за производством оного, всегда есть небольшой шанс того что бомба деления не взорвется как надо?
2) Хватит ли "шипучки" для инициации термоядерной реакции? Точнее даже так -- возможно ли, что термоядерная реакция не будет инициирована при "шипучке"?

Tags:

(14 комментариев | Оставить комментарий)

Comments
 
(Удалённый комментарий)
[User Picture]
From:pfc_joker
Date:Октябрь 29, 2014 08:33 pm
(Link)
Скорость развития цепной реакции несравненно выше скорости имплозии, насколько я понимаю. Новое поколение нейтронов рождается приблизительно каждые 10 наносекунд, т.е. рождение 60 поколений займёт чуть более половины микросекунды. В бомбе типа Mk.3/РДС-1 скорость волны обжатия примерно 2 км/с, она за это время пройдёт всего лишь один миллиметр.

Edited at 2014-10-29 20:36 (UTC)
[User Picture]
From:pfc_joker
Date:Октябрь 29, 2014 08:25 pm
(Link)
Не физик ни разу, но, может быть, отчасти попадаю во вторую из названных категорий :) Насколько я себе представляю:

1) У заряда деления в чистом виде (без использования термоядерных реакций) некая вероятность неполного взрыва всегда есть, для всех боеприпасов первых поколений она рассчитывалась. Вот, например, такие расчётные вероятности для РДС-1: http://russianforces.org/blog/2013/05/detailed_description_of_the_rd.shtml

Но вроде есть мнение, что а) использование тритиевого бустинга позволяет снять проблему неполного взрыва и б) все современные боеприпасы являются бустированными.

2) Разумеется, при существенном снижении ТЭ первичного узла термоядерный узел не сработает. Для его обжатия нужно энерговыделение порядка десятков килотонн в первичном узле.

P.S. Об интенсивности потока фоновых нейтронов имеет смысл говорить либо в расчёте на единицу массы делящегося материала, либо применительно к конкретному ОЗ, для которого масса ДМ известна.

Edited at 2014-10-29 21:51 (UTC)
[User Picture]
From:vakhnenko
Date:Октябрь 30, 2014 02:43 am
(Link)
О, за документ спасибо!

> использование тритиевого бустинга позволяет снять проблему неполного взрыва

Гм, а как? НЯП, бустер нужен для того чтобы в нужный момент (т.е. при определенной конфигурации делящегося в-ва) цепная реакция ТОЧНО началась. Но ведь бустер не предотвратит преждевременной цепной реакции из-за случайного фонового нейтрона?

> при существенном снижении ТЭ первичного узла термоядерный узел не сработает. Для его обжатия нужно энерговыделение порядка десятков килотонн в первичном узле.

Опять же спасибо. А откуда цифра конкретно в 10кт?
[User Picture]
From:pfc_joker
Date:Октябрь 30, 2014 06:09 am
(Link)
Ну вроде бы объяснение "на пальцах" такое: если началась преждевременная цепная реакция, то её энерговыделения оказывается достаточно для того, чтобы запустить бустинг, и в результате быстрые нейтроны от реакции D + T успевают значительно поднять общее энерговыделение до того, как заряд из-за разлёта вещества перейдёт в подкритичное состояние и цепная реакция оборвётся. Т.е. заряд выдаст если и не полную расчётную мощность, то во всяком случае значительно бОльшую, чем если бы fizzle случился, а бустинга не было.

Вот ещё есть такая официальная формулировка от DOE, но тут не поясняется, как именно достигается этот результат:

k. The fact of use in high explosive assembled (HEA) weapons of spherical shells of fissile materials, sealed pits; air and ring HE lenses; that multipoint detonation systems may be used in weapons, and a definition of pre-initiation-proof weapons (weapon, the yield of which is not sensitive to initiation of the nuclear reaction at a time earlier than the planned time). (72-11)

(1) The concept or existence of preinitiation-proof nuclear weapons and the term "preinitiation-proof weapon." (98-2)


http://fas.org/sgp/library/rdd-5.html , пункт B.2.k.

В принципе, вероятность неполного взрыва можно понижать, используя делящееся вещество с пониженным нейтронным фоном (например, композитный уран-плутониевый заряд вместо чисто плутониевого) и уменьшая время перевода заряда из подкритичного состояния в надкритичное (оболочечно-ядерная конструкция – levitated core – лучше сплошной, а каскадная схема Забабахина-Альтшулера: http://pn64.livejournal.com/38870.html – ещё лучше). Но это даёт именно уменьшение вероятности fizzle, а не устранение её как таковой, т.е. preinitiation-proof – это нечто другое. Вот есть догадка, что устойчивость к преждевременному инициированию достигается за счёт бустинга, но строго говоря без официального подтверждения DOE не факт, что это именно так.

А мощность инициирующего заряда в десятки килотонн я взял из "Атомного проекта СССР":

"По предварительным расчетным данным заряд, состоящий приблизительно из (...) кг плутония и (...) кг урана-235, будет достаточен для инициирования водородной бомбы (...).

Для выяснения этих вопросов в июне 1956 г. предлагается провести на полигоне №2 следующие испытания:

а) атомного заряда, состоящего приблизительно из (...) кг плутония и (...) кг урана-235, путём подрыва на башне.

Ожидаемая мощность взрыва будет около 30 тысяч тонн по тротиловому эквиваленту.

При испытании этого заряда, кроме определения мощности взрыва, будут проведены также измерения с целью изучения физических процессов, протекающих при атомном обжатии;

б) водородной бомбы (...) с инициирующим зарядом, состоящим приблизительно из (...) кг плутония и (...) кг урана-235...

<...>

В случае положительного результата испытаний для серийных водородных бомб (...) будут применены инициирующие заряды, состоящие приблизительно из (...) кг плутония и (...) кг урана-235.

В случае отрицательного результата испытаний будет произведено испытание аналогичной водородной бомбы, но с инициирующим зарядом, состоящим приблизительно из (...) кг плутония и (...) кг урана-235 и имеющим мощность взрыва около 70 тысяч тонн, т.е. близкую к мощности взрыва заряда из урана-233, применённого для инициирования водородной бомбы, испытанной в 1955 г."


"Атомный проект СССР", Том 3, Книга 2, с. 450-451.

Тогда, кстати, что-то пошло не так и вся серия испытаний 1956 г. в итоге расценивается как неудачная (несмотря на то, что в ней было два испытания со срабатыванием термоядерных узлов), а в серию в 1957 г. был запущен конкурирующий заряд НИИ-1011: http://pfc-joker.livejournal.com/66030.html

Edited at 2014-10-30 06:10 (UTC)
[User Picture]
From:pfc_joker
Date:Октябрь 30, 2014 05:57 pm
(Link)
Немного уточню и дополню сам себя :)

>быстрые нейтроны от реакции D + T успевают значительно поднять общее энерговыделение до того, как заряд из-за разлёта вещества перейдёт в подкритичное состояние и цепная реакция оборвётся

Собственно говоря, надкритичность тут даже не является необходимым условием. Вклад в энерговыделение взрыва термоядерных нейтронов, образованных в процессе бустинга, и тем более их "потомков" будет, конечно, тем меньше, чем меньше плотность делящегося материала, но тем не менее он будет значимым и при подкритичном состоянии ОЗ.

>А мощность инициирующего заряда в десятки килотонн я взял из "Атомного проекта СССР"

Конечно, это не надо понимать таким образом, что несколько десятков килотонн – некая универсальная константа для любого термоядерного заряда. Скорее необходимая мощность первичного узла так или иначе пропорциональна размерам и массе обжимаемого термоядерного узла, т.е., в конечном счёте, его энерговыделению. Самые мощные советские и американские термоядерные заряды, насколько известно, были трёхступенчатыми, т.е. там, видимо, для обжатия основного термоядерного узла требовались как минимум сотни килотонн. С другой стороны, в СССР делали промышленные заряды повышенной чистоты, в которых энерговыделение первичного узла составляло менее одной килотонны.

Просто надо иметь в виду, что если при расчётном энерговыделении инициатора, скажем, 30 килотонн фактически он выдаст 3 килотонны или, тем паче, 300 тонн – рассчитывать на срабатывание термоядерного узла в таких условиях, мне кажется, не следует :)

Edited at 2014-10-30 17:58 (UTC)
[User Picture]
From:vakhnenko
Date:Октябрь 31, 2014 01:51 am
(Link)
Ага, спасибо большое.

А какие вообще книги вы бы порекомендовали на тему? Я из серьезных читал только The Effects of Nuclear Weapons.
[User Picture]
From:pfc_joker
Date:Ноябрь 1, 2014 09:18 am
(Link)
Прежде всего, ЖЖ http://pn64.livejournal.com, ну и мой тоже, чего уж там :)

Вот очень хорошая подборка литературы по (прежде всего советскому) ядерному оружию:

http://pn64.livejournal.com/12337.html

Если рекомендовать какой-то один фундаментальный труд, то это, наверное, будет "Укрощение ядра" по советской ядерной программе и книги Чака Хансена (U.S. Nuclear Weapons: The Secret History есть в свободном доступе, спасибо пиратам добрым людям; Swords of Armageddon не встречал) – по американской. Но по американской я сравнительно мало знаю, возможно, уже есть более свежие и информативные работы.

И ещё есть вот такая страничка:

http://nuclearweaponarchive.org/Nwfaq/Nfaq0.html

Edited at 2014-11-01 09:25 (UTC)
[User Picture]
From:pfc_joker
Date:Апрель 14, 2015 07:46 pm
(Link)
Кстати, вот сейчас обратил внимание, что в "Укрощении ядра", в частности, сказана пара слов на тему бустинга как решения проблемы предетонации (с.117-118, раздел "Бустинг в Великобритании").

Ну и да, получается, что predetonation-proof конструкция нужна не только, а вероятно – и не столько для того, чтобы делать боеприпасы из плутония с повышенным нейтронным фоном, сколько для создания боеприпасов, устойчивых к взрывам ядерных БЧ зенитных ракет (противоракет) противника. Сейчас эта проблема, наверное, не столь актуальна, но в годы Холодной войны это однозначно было очень важно.
[User Picture]
From:vakhnenko
Date:Апрель 14, 2015 07:50 pm
(Link)
Спасибо за информацию.

Логично. Причем я думаю не только ядерных ЯБЧ зенитных ракет, но и для того чтобы кучно фигачить ядерными боеперипасами -- например по ангарам бомбардировщиков, или там шахтам ракет ели удар внезапный. По некоторым шахтам вообще хотели срау две ЯБЧ кидать.
[User Picture]
From:bash_m_ak
Date:Октябрь 30, 2014 09:59 am
(Link)
Ты зря меня призываешь - я в технологиях ядерных боеприпасов не разбираюсь вовсе - это же все технологические вещии, а у нас далее элементарных реакций дело не идет.

ИМХО, шанс неполного взрыва есть всегда, а вот сколько нулей после запятой перед единицей составляет вероятность данного процесса, зависит от конкретной реализации боеприпаса.
[User Picture]
From:vakhnenko
Date:Октябрь 31, 2014 01:52 am
(Link)
Спасибо
[User Picture]
From:talgaton
Date:Декабрь 25, 2015 07:41 am
(Link)
вопрос - когда атомная бомба появится у террористов? (ну кроме путина)
[User Picture]
From:vakhnenko
Date:Декабрь 26, 2015 08:02 am
(Link)
> когда атомная бомба появится у террористов?

Т.е. неких негосударственных групп?

Имхо при срхранении текущих тенденций до конца века точно, до середины века -- возможно.
Разработано LiveJournal.com