Термоядерная Бомба. На кухне. На коленке.. Легко..

Progressor

Модератор
Команда форума
Нашел интересное обсуждение принципов действия ядерного оружия, для желающих познать азы:

http://www.kuban.ru/forum_new/forum34/arhiv/3021.html

Оригинальная ссылка устарела, в интернете остались лишь отдельные выдержки из весьма интересной дискуссии:

http://alex---1967.narod.ru/termo_nuklear_bomb_on_kuhne.html
http://archive.is/PXMsO
http://dxdy.ru/topic56916.html
http://forums.kuban.ru/f1048/byla_takaya_tema-3426417.html
 
Последнее редактирование:

Bob

 
Форум как форум, но москвичи у них действительно "тяжеловесные" бывают - курорт.
 
Поэтому США еще в 90-х годах приостановили работу своих оружейных реакторов, а недавно это сделала и Россия. Накопленных запасов достаточно.
Ну не плутонием единым. Большинство современных зарядов предполагает использование трития (бустер, нейтронный инициатор). Который приходится довольно таки часто обновлять (3-6 лет). И тут уже надо поддерживать постоянное производство, ибо по природе своей накопить трития заранее много и надолго не получится.
 
Ну не плутонием единым. Большинство современных зарядов предполагает использование трития (бустер, нейтронный инициатор). Который приходится довольно таки часто обновлять (3-6 лет). И тут уже надо поддерживать постоянное производство, ибо по природе своей накопить трития заранее много и надолго не получится.
Тритий - это очень старая технология в ТЯО, от нее отказались еще в первом поколении в пользу дейтерида лития.

Аналогично и по полонию, и по другим нестабильным материалам, нужным для всяких ИНИ и бустеров. Второе поколение ядерного оружия в основном и отличается выбором более технологичных и стабильных решений, дабы повысить срок службы оружия в войсках и облегчить его регламенты.
 
Тритий - это очень старая технология в ТЯО, от нее отказались еще в первом поколении в пользу дейтерида лития.
Речь не об основном заряде.
Аналогично и по полонию, и по другим нестабильным материалам, нужным для всяких ИНИ и бустеров. Второе поколение ядерного оружия в основном и отличается выбором более технологичных и стабильных решений, дабы повысить срок службы оружия в войсках и облегчить его регламенты.
В США только на поддержание уже имеющихся зарядов уходит несколько кг трития в год.
Но допустим что вы правы и всё это уже устаревшие технологии. Как тогда без трития производится нейтронная инициация? Как производится бустирование?
 
Тритий - это очень старая технология в ТЯО, от нее отказались еще в первом поколении в пользу дейтерида лития.
Ну здравствуйте.

Речь не об основном заряде.

В США только на поддержание уже имеющихся зарядов уходит несколько кг трития в год.
Но допустим что вы правы и всё это уже устаревшие технологии. Как тогда без трития производится нейтронная инициация? Как производится бустирование?
"Без трития нет ядерного оружия". (c) Л.Д.Рябев

http://riatribuna.ru/news/2012/07/23/16704/
 
Речь не об основном заряде.
Тритий теоретически может быть использован в ИНИ (по реакции ускоренные дейтроны по тритиевой мишени), но там выход нейтронов невелик.

Сперва ИНИ в оружии были изотопного типа, на реакции вида (α,n). Их сперва делали из полония, ведь полоний хороший источник очень энергичных (больше 5 МэВ) альфа-частиц, а бомбардируя энергичными альфа-частицами какой бериллий - можно получить хороший выход нейтронов. Но полоний был очень непрактичен, 100 дней период полураспада, поэтому современный ИНИ в общем виде - ускорительный. Где ускоренные (в ускорителе) заряженные частицы (ионы) бьют по мишени. Ускорители там миниатюрные, пьезоэлектрические, это киловольтные уровни, там другие ядерные реакции (увы, договор о нераспространении ядерного оружия запрещает вроде здесь излагать подробности, хотя в любом учебнике по ядерной физике они есть).
 
Последнее редактирование:
Ну здравствуйте.



"Без трития нет ядерного оружия". (c) Л.Д.Рябев

http://riatribuna.ru/news/2012/07/23/16704/
Нужно ли объяснять, почему дейтерид лития практичнее трития в ЯО. В чем проигрываем и что выигрываем?

Только учтите, я в объяснении буду ссылаться не на документы минсредмаш, а на учебник ядерной физики.
 
Отлично. Из чего сделана мишень?
Из материалов, где есть нейтронный выход при киловольтных энергиях бомбардируюших частиц. Лень в справочник лезть, но там afair даже карбид бора должен сгодиться.
И как всё-таки обстоят дела с бустированием без трития?
Бустирование, это также термоядерная реакция. Просто это термояд для бедных, которые полноценную двухэтапную имплозию не одолели. Соответственно, для бустера подойдут любые легкие ядра, что поддерживают термоядерную реакцию на энергиях распада урана/плутония. Кроме трития например годится уже упомянутый мною дейтерид лития.
 
Бустирование, это также термоядерная реакция. Просто это термояд для бедных, которые полноценную двухэтапную имплозию не одолели. Соответственно, для бустера подойдут любые легкие ядра, что поддерживают термоядерную реакцию на энергиях распада урана/плутония. Кроме трития например годится уже упомянутый мною дейтерид лития.


Рекомендую немного почитать "Укрощение ядра". Например, подраздел 1.5 главы 3.
 
Рекомендую немного почитать "Укрощение ядра". Например, подраздел 1.5 главы 3.
Встречная любезность - рекомендую начать со знакомства с ядерной терминологией. Все таки тема сложновата для неподготовленных, без понимания терминологии далеко не продвинуться.

A boosted fission weapon usually refers to a type of nuclear bomb that uses a small amount of fusion fuel to increase the rate, and thus yield, of a fission reaction. The neutrons released by the fusion reactions add to the neutrons released due to fission, allowing for more neutron-induced fission reactions to take place. The rate of fission is thereby greatly increased such that much more of the fissile material is able to undergo fission before the core explosively disassembles. The fusion process itself adds only a small amount of energy to the process, perhaps 5-10%

Fusion boosting is a technique for increasing the efficiency of a small light weight fission bomb by introducing a modest amount of deuterium-tritium mixture (typically containing 2-3 g of tritium) inside the fission core. As the fission chain reaction proceeds and the core temperature rises at some point the fusion reaction begins to occur at a significant rate. This reaction injects fusion neutrons into the core, causing the neutron population to rise faster than it would from fission alone (that is, the effective value of alpha increases).

Специально подчеркну - этот дизайн (как впрочем и Alarm Clock, известный русским как "Сахаровская слойка"), характеризуется тем, что основной выход энергии от реакции деления, а реакция синтеза в суммарную энергию взрыва вносит меньший (порой даже незначительный) вклад.

Упрощенно говоря - наличие легких элементов (в отражателях или в заполнителе) лишь увеличивает коэффициент размножения нейтронов. 300 килотонн получите (а комбинируя бустер с ИНИ - 500 кт), а дальше вряд-ли, дальше только в схему Теллера — Улама, где заряды в отдельных объёмах.

Я понимаю, что пояснить людям без специального образования роль имплозии в реакции синтеза еще труднее, чем механизм сверхобжания метастабильного состояния плутония. Поэтому на разжевывание ядерной физики для чайников не претендую. На вопросы конечно отвечу.
 
Встречная любезность - рекомендую начать со знакомства с ядерной терминологией. Все таки тема сложновата для неподготовленных, без понимания терминологии далеко не продвинуться.

A boosted fission weapon usually refers to a type of nuclear bomb that uses a small amount of fusion fuel to increase the rate, and thus yield, of a fission reaction. The neutrons released by the fusion reactions add to the neutrons released due to fission, allowing for more neutron-induced fission reactions to take place. The rate of fission is thereby greatly increased such that much more of the fissile material is able to undergo fission before the core explosively disassembles. The fusion process itself adds only a small amount of energy to the process, perhaps 5-10%

Fusion boosting is a technique for increasing the efficiency of a small light weight fission bomb by introducing a modest amount of deuterium-tritium mixture (typically containing 2-3 g of tritium) inside the fission core. As the fission chain reaction proceeds and the core temperature rises at some point the fusion reaction begins to occur at a significant rate. This reaction injects fusion neutrons into the core, causing the neutron population to rise faster than it would from fission alone (that is, the effective value of alpha increases).

Специально подчеркну - этот дизайн (как впрочем и Alarm Clock, известный русским как "Сахаровская слойка"), характеризуется тем, что основной выход энергии от реакции деления, а реакция синтеза в суммарную энергию взрыва вносит меньший (порой даже незначительный) вклад.

Упрощенно говоря - наличие легких элементов (в отражателях или в заполнителе) лишь увеличивает коэффициент размножения нейтронов. 300 килотонн получите (а комбинируя бустер с ИНИ - 500 кт), а дальше вряд-ли, дальше только в схему Теллера — Улама, где заряды в отдельных объёмах.

Я понимаю, что пояснить людям без специального образования роль имплозии в реакции синтеза еще труднее, чем механизм сверхобжания метастабильного состояния плутония. Поэтому на разжевывание ядерной физики для чайников не претендую. На вопросы конечно отвечу.
Спасибо, я как бы в курсе, что такое бустинг. Поскольку счастливым обладателям специального образования книжки читать, как видим, невместно, немного процитирую:

Одним из решающих моментов в развитии ядерных зарядов, в особенности – первичных атомных зарядов для стадийного термоядерного оружия, стала возможность использования в ядерных зарядах бустинга.

<...>

Бустинг позволяет избежать преждевременного взрыва и создавать ядерные заряды с более предсказуемым и воспроизводимым энерговыделением, что было особенно важно для первичных источников термоядерного оружия.

<...>

Одной из основных характеристик первичных источников энергии в двухстадийных зарядах является удельный выход энергии для радиационной имплозии вторичного модуля. Над решением этой фундаментальной задачи работали многие выдающиеся специалисты ВНИИЭФ и ВНИИТФ. Существенный прогресс в ее решении был достигнут в конце 60-х годов в ходе работ, которыми руководил В.Н. Михайлов. Дальнейший прогресс был связан с предложенным Р.И. Илькаевым способом увеличения этой основной характеристики до рекордной величины. Большое значение имели его исследования вопросов влияния асимметрии имплозии на особенности бустерного режима работы, на основе которых им был предложен способ исправления асимметрии, улучшения условий бустера и повышения энерговыделения первичных источников. Этот способ получил широкое распространение при разработке многих типов первичных источников, лежащих в основе ядерного арсенала России.
("Укрощение ядра", с.116-118 )

Поскольку уровень "специального образования" "специалиста", который противопоставляет (!!!) бустинг и стадийную схему, вполне понятен (и он не сильно выше, чем у Вашего коллеги @Eugen von Savoyen , который считал Pu-238 оружейным изотопом) - за сим откланиваюсь, желаю успехов в деле создания ядерного оружия незалежной Украины :) ни в коем случай не используйте там бустинг! он ведь для только бедных :)
 
Спасибо, я как бы в курсе, что такое бустинг. Поскольку счастливым обладателям специального образования книжки читать, как видим, невместно, немного процитирую:
("Укрощение ядра", с.116-118 )
Очень наивно думать, что книга по истории поможет разобраться с физикой. Чтобы разобраться с физикой, желательно читать книги по физике, так меньше ошибок будет, и легче будет меня понимать.

Чуть помогу с термином "преждевременный взрыв". Ядерная реакция деления проходит с двумя обратными связями, положительной (ее называют цепная реакция деления) и отрицательной. Суть отрицательной в том, что при делении выделяется огромное количество кинетической энергии, она стремится разорвать (испарить) вещество. Если неправильно согласовать в динамике две (противоположные по действию) реакции, вместо взрыва будет пшик. В ядерную реакцию вступит лишь очень малая (менее 0.1%) заряда, остальное просто распылится в воздухе.

Чтобы задействовать в реакции большую часть материалов (в современных зарядах достижимо до 50%), все действия для инициирования реакции деления нужно провести крайне быстро, в простом плутониевом заряде например быстрее 12 км/c. Это сделать несложно с помощью акустической (взрывной) волны, у которой скорость в металле выше 20 км/c.

Казалось бы запас есть, можно дальше не напрягаться. Но увы, неизбежное несовершенство, неоднородности в металле, в отражателях, несогласованность между медленной и быстрой взрывчатками, приводят к появлению мертвых зон внутри металла, что снижает мощность подрыва. Этот дефект и называют "преждевременный взрыв".

Как бороться с этим дефектом? Можно бороться прецизионной точностью изготовления. Но это непрактично. Практичней в момент перехода большей части материала в сверхкритичное состояние (когда нейтроны только начали размножаться) облучить заряд мощным импульсным источником. Скорость таких нейтронов в металле выше 50 км/c, и все мертвые зоны внутри заряда будут облучены. Это не гарантирует, что все 100% ядер пойдут в реакцию, все же вероятность захвата нейтрона ядром ниже 10%, но это все же резко поднимает эффективность заряда. Такой прием называется ИНИ.

А как же роль бустера? Как я уже писал, бустер немного поднимает коэффициент размножения нейтронов. Ну как немного. Реакция то экспоненциальная, там дополнительный 1% превращается в дополнительную сотню килотонн. Критичен ли он для второй стадии - обжатия термоядерной части? Он не повредит, ведь более высокий темп протекания реакции деления повышает светимость (плотность потока нейтронов), обжатие водородной части пойдет веселее, реакция энергичнее. Можно ли обойтись без бустера, лишь одним ИНИ? Легко.

Итак, Шутник, вы попались на примитивном недоразумении, перепутали полезную компоненту с необходимой.
в деле создания ядерного оружия незалежной Украины :) ни в коем случай не используйте там бустинг! он ведь для только бедных :)
Не думал, что увижу подгорание у вроде спокойного Шутника. Не расстраивайтесь, подучим чуть физику (уже не по книжкам истории) и будете легко отличать бустер от ИНИ.
 
Из материалов, где есть нейтронный выход при киловольтных энергиях бомбардируюших частиц. Лень в справочник лезть, но там afair даже карбид бора должен сгодиться.
Боюсь память вам изменяет.
Мишени в таких девайсах делают из тритида циркония (тритида титана, тритида итрия и т.п.), по которым бьют разогнанные дейтроны (либо наоборот разгоняют ионы трития по мишени из дейтридов).
Вот вам ссылки навскидку:
http://nuclear-knowledge.com/neutron_initiators.php
The application of a large current leads to the emission of ionized hydrogen
from the source. A large voltage then accelerates this in the direction of the target, where -
if there is sufficient energy - some of the deuterium and tritium ions undergoes fusion,
which generates high-energy neutrons.
Или даже просто википедия:
https://en.wikipedia.org/wiki/Neutron_generator

Да, в идеале можно сделать источник и без трития и подобных радиоактивных материалов, но нужен ведь не просто абы какой источник нейтронов, а с заданными размерами и энергетикой.
 
Такой прием называется ИНИ.
Какой такой приём? Вы просто описываете нейтронный инициатор. Без него вообще ничего не будет.
Т.е. произошла у нас имплозия, плутониевое ядро сжалось и перешло в критическое состояние. Что дальше? Пошла цепная реакция? - да ничего подобного, чтобы она началась нужны начальные нейтроны. Которые как раз и даёт наш инициатор. Причём окно когда их наиболее оптимально подсунуть очень узко, счёт на доли микросекунды. В этом плане ИНИ удобны потому что позволяют делать впрыск нейтронов в тот момент когда это надо, в отличии от полоний-бериллевых инициаторов применявшихся в первых бомбах.

Теперь про бустирование. Суть оного в том, чтобы дать сразу и много сторонних нейтронов, которые позволяют более полно утилизировать ядерный материал. К примеру, если бы в Толстяка можно было бы запихать бустер (около 5 г Д/Т смеси) то он бы выдал не 22 кт, а 40-50 кт.
Впрочем на практике главная задача бустера не сделать заряд мощнее, а сделать его гораздо более компактным (можно вообще отказаться от отражателя нейтронов, использовать более лёгкий тампер и т.д.).
 
Да, в идеале можно сделать источник и без трития и подобных радиоактивных материалов, но нужен ведь не просто абы какой источник нейтронов, а с заданными размерами и энергетикой.
Да, без трития можно обойтись, я вам подробно описал например конструкцию полоний-бериллиевого источника, который обходится без трития. И третий раз повторяю, кроме трития есть дейтерий, у него также хорошее сечение взаимодействия во многих реакциях. Я не скажу, что дейтерий во всем лучше трития (тритий все таки немного эффективнее), но дейтерий стабилен (тритий распадается с периодом полураспада 12 лет) и более дёшев. А в ускорителях дейтрон и вовсе является основным ионом, варианты тритий или дейтерий будут касаться мишени.

When a current surge is applied to the ion source, an electrical arc creates a dense plasma of deuterium isotope ions. This cloud of ions is then extracted from the source, and accelerated to an energy of 100-170 KeV by the potential gradient created by a high voltage acceleration electrode. Slamming into the target, a certain percentage of them fuse to release a burst of 14.1 MeV neutrons.

Почему нет особой разницы для мишени, которая там может быть как из тритидов, так и из дейтеридов? Ибо преодолевать иону нужно кулоновскую силу отталкивания ядра, она в случае двух изотопов водорода не различается. И реакция d+T порождает нейтрон, и d+D, просто во второй реакции ион дейтерия (d - дейтрон) должен быть чуть энергичнее, ведь у d+T есть выгодный резонанс, а у d+D нет. Ниже описана схема d+T, где ускорять дейтрон нужно до 130 кэВ. В аналогичном инициаторе с дейтериевой мишенью (схема d+D) понадобится 170 кэВ (еще один каскад в ускоритель добавить):.

A representative tube design is the unclassified Milli-Second Pulse (MSP) tube developed at Sandia. It has a scandium tritide target, containing 7 curies of tritium as 5.85 mg of ScT2 deposited on a 9.9 cm^2 molybdenum backing. A 0.19-0.25 amp deuteron beam current produces about 4-5 x 10^7 neutrons/amp-microsecond in a 1.2 millisecond pulse with accelerator voltages of 130 KeV for a total of 1.2 x 10^10 neutrons per pulse. For comparison the classified Sandia model TC-655, which was developed for nuclear weapons, produced a nominal 3 x 10^9 neutron pulse.

Как видно из описания этого ИНИ - с низким нейтронным выходом я вас обманул, умеют таки на водородных схемах выдавать миллионы нейтронов в импульс (точнее в оптимальное окно подрыва, в первую микросекуду). Каюсь, не все здесь знаю, нас то учили лишь принципам, и учили вообще на примере протон об литий. Я даже посмотрел, как они ухитрились поднять генерацию - там на выходе генератора оказывается ставят еще бустер-размножитель. Ухудшает качество (крутизну фронта) импульса, но это с лихвой компенсируется возросшей светимостью.

EIN.png

Надеюсь теперь понятно, почему я называю дейтерий равноценной (с точки зрения инженера) заменой трития.

А вот крохи информации по конструкции ИНИ новых дизайнов, которые применяются в ядерном оружии второго поколения:

An additional type of ENI, not based on fusion reactions, has been successfully deployed. This is the use of a compact betatron, a type of electron accelerator, to produce energetic photons (several MeV). These photons cause photon induced fission, and photon -> neutron reactions directly in the core.

Здесь у меня знаний немного, фотонейтронные источники мы учили, но только по дейтерию и бериллию. А из описания следует, что высокоэнергетичными фотонами бомбардируют прямо ядерный материал.
 
Сверху Снизу