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

Надо хорошенечко надавить. Тогда да
Все знают, что жидкости не сжимаются. Все знают, что такое гидравлическая жидкость и домкрат.

Металлы также очень плохо сжимаются. Конечно рано или поздно не устоит не одно вещество на планете, но когда наступит сжатие? Для сжатия нам нужно порушить межмолекулярные связи и перейти в газ. Когда это происходит - отвечают фазовые диаграммы (плотность-температура).




Как видите, давление для перехода из твердой фазы в газ (точнее, нам в плазму) - плохой помощник. Молекулы охраняют свое внутреннее личное пространство кулоновской силой, а это огромная сила (кстати, вы не проваливаетесь сквозь пол также за счет кулоновских сил отталкивания). Температурой нужно стимулировать молекулы.

Случай с обжатием плутония - особый. Там не давят, там меняют структуру твердого тела на более плотную. Это как переход из графита в алмаз.
 
Последнее редактирование:
Я б на месте роскормнадзора закрыл бы доступ к ВОЛ за эти ваши пособия по взрыву путина.
С интересом читаю... Понятно что всё это есть в т.н. "открытом доступе" для тех кто "с языками", способен сформулировать вопрос, потом найти ответ и понять его. Спецы ВОЛ, как минимум, отсекают "для чайников" неработающие, малоэффективные и тупиковые решения ...:D
 

alexey_k

Помножен на ноль
(кстати, вы не проваливаетесь сквозь пол также за счет кулоновских сил отталкивания).
Я не проваливаюсь сквозь пол потому, что он толстый и из камня. Строители постарались.
А был бы он из пенопласта например, или камень был бы толщиной 50 мм то провалился бы как миленький

Случай с обжатием плутония - особый. Там не давят, там меняют структуру твердого тела на более плотную. Это как переход из графита в алмаз.
Мы тут термоядерную бонбу мастырим, или так, пыль пускаем жалкими 50 кТоннами ? А без плутония ну никак не получится. А его надо надавить, а еще лучше стукнуть
 
Последнее редактирование:
Я б на месте роскормнадзора закрыл бы доступ к ВОЛ за эти ваши пособия по взрыву путина.
Кстати, в дизайнах атомных бомб первоочередное значение уделялось тому, чтобы военные бомбу могли применить только по разрешению властей. И у американцев концепт "дубовой бомбы" включал и это требование, а у советов паранойя и вовсе зашкаливала, Сталин лично следил за тем, чтобы по конструкции в боевое состояние бомбу могли привести люди из трех независимых служб, одни отвечали за инициатор, вторые за пит (ядерный заряд), третьи за корпус со взрывчаткой и синхронизатором.

Из забавного, чуть еще подразню Шутника, ему не нравится мое издевательство над убогостью советской электроники в атомном проекте. Я уже описывал, что американцы в Mark-5 в начале 50-х сконструировали автомат, который снаряжал бомбу прямо в полете. Точнее, бомбу собирали в полете и в предыдущей Mark-4, но вручную. А в это время вся электронная промышленность СССР стояла на ушах (см. проект Вибратор), не в состоянии скозлить радиовысотомер для воздушного подрыва на заданной высоте. Бомбу украсть смогли, смогли посадить немецких рабов ( в т.ч. и нобелевского лауреата) обогащать уран и добывать тяжелую воду. А электроника как не давалась, так и не дается по сегодняшний день.
А без плутония ну никак не получится. А его надо надавить, а еще лучше стукнуть
"Стукнуть" плутоний - это пустить по нему акустическую волну. Как я уже показывал числами - одной волны не хватает, нужно сферу синхронно со всех сторон стукнуть, дабы удвоить скорость. Или уходить в сверхзвук.

Без плутония получится, и даже без пушечной схемы, см. выше. Например в схеме с отражателем делаете полую (пустотелую) сферу из урана весом более 25 кг, и обжимаете взрывом. У русских такие чисто урановые бомбы начинались с варианта РДС-4х (не помню индекс), у американцев (кроме естественно пушечного Little Boy) вроде mark-6, mark-13, mark-18 и т.п.

Также конструировались чисто урановые схемы и с вышибанием поглотителя, и даже через замедлитель из тяжелой воды американцы экспериментировали (не очень удачно).

Уран - материал удобнее для взрывов, у него сильно меньше реактивность (что это - поясню позже), поэтому там скорость распространения ядерной реакции в четыре с копейками раза меньше (менее 3 км/c), его обжимать проще. Но у "быстрого" плутония есть свои плюсы, и они существенны. Поэтому плутоний (часто в смеси с ураном) так популярен.
 
  • Like
Реакции: Mike
Итак, про сжимаемость и несжимаемость.

Чтобы получить правильный ответ, нужно задать правильный вопрос.

Начнём с простого: можно ли сжать твёрдое вещество или жидкость? Ответ: да, можно.

Теперь зададим более конкретный вопрос: как измениться плотность вещества если его сжать определённым давлением?
В общем виде нам на это отвечает "модуль всестороннего сжатия" (bulk_modulus):


Если углубляться, то там не всё так просто, в частности для разных давлений и температур величина модуля будет меняться. Но для грубой прикидки этого хватит.

Есть плохосжимаемые вещества как например алмаз (K = 442 ГПа), и напротив легкосжимаемые такие как калий (K = 3.4 ГПа). (Для желающих углубиться - уравнения состояния при высоком давлении, там помимо умных формул есть и таблички с экспериментальными данными.)

Плутоний альфа фазы имеет K = 55 ГПа, что в принципе не так уж и много. Обычной взрывчаткой можно добиться давлений для существенного его сжатия (о чём я писал выше).
 

Sulian

Помножен на ноль
Уран - материал удобнее для взрывов, у него сильно меньше реактивность (что это - поясню позже), поэтому там скорость распространения ядерной реакции в четыре с копейками раза меньше (менее 3 км/c), его обжимать проще.
Где тут кнопка "Фэйспалм"? :)
Скорость распространения ядерной реакции - это скорость нейтронов, ибо она распространяется именно ими. Наиболее вероятная энергия нейтронов деления (для урана) - 0,7МэВ, средняя - 2МэВ. Это соответствует скоростям, соответственно 12 и 20 ТЫСЯЧ километров в секунду. Но и это не совсем верно. Т.к. характерные размеры ядра сопоставимы с длиной свободного пробега(погуглите, что это такое) нейтронов в нем, то испущенный в любом месте заряда (или даже извне него) нейтрон с примерно одинаковой вероятностью инициирует деление ядра в любом другом месте заряда. Поэтому, кстати, современные управляемые нейтронные источники и располагают вне ядра в любом удобном месте заряда не особо парясь несимметричностью засвета, ибо из-за соотношения размеров ядра с длиной свободного пробега нейтронов в нем можно считать, что ядро будет засвечено нейтронами равномерно.

Вследствие этого, фронт распространения ядерной реакции в ядре отсутствует. Оно разогревается одновременно и равномерно все сразу. Поэтому скорость РАСПРОСТРАНЕНИЯ реакции там измерять бессмысленно. Можно измерять только скорость ее нарастания в делениях в секунду за секунду или в любой другой удобной количественной или энергетической величине. Можно еще измерить скорость разлета разогретого ядра, но это опять же не скорость распространения реакции :)

Теперь далее по всему мясокомбинату:
Проблема пушечной схемы на плутонии не столько в скорости нарастания ценой реакции в нем, сколько в его нейтронном фоне. Плутоний испускает собственные нейтроны спонтанного деления с такой ча что гарантированно запалит ядерную реакцию раньше чем сборка соберется до конца. Некоторые утверждают, что на чистом плутонии-239 пушечная схема была бы возможна. Говорят даже что измерив характеристики плутония-239 полученного на циклотронах американские бомбоделы сначала начали рисовать пушечную схему, но когда получили образцы плутония из реакторов, то пришлось все переделывать, ибо тяжелые изотопы плутония с их нейтронным фоном от спонтанного деления все портили.

Кроме того пушечная схема просто неэффективна, ибо использует слишком много оружейных материалов и имеет невысокий КПД их использования. Поэтому даже на урановых ядрах обычно используют имплозию, а не пушечные схемы. Впрочем "отечественный производитель", судя по всему, предпочитает композитные ядра содержащие в себе и U-235 и Pu-239, сочетая в себе положительные свойства обоих этих ядерных матералов. По крайней мере на первых зарядах пошли именно по этому пути.
 

Sulian

Помножен на ноль
Сталин лично следил за тем, чтобы по конструкции в боевое состояние бомбу могли привести люди из трех независимых служб, одни отвечали за инициатор, вторые за пит (ядерный заряд), третьи за корпус со взрывчаткой и синхронизатором.
Прям лично стоял над каждой сборочной бригадой? :)
Все компоненты ядерного заряда находились на одной базе хранения и обслуживались представителями одной воинской части. Теми, кого вскоре стали называть "глухонемыми".
Первые ядерные заряды собирались непосредственно перед применением не из-за опасений несанкционированного применения, а из-за их недостаточной ядерной безопасности. Боялись неполного ядерного взрыва при пожаре или падении заряда в воду. Кроме того полониевые инициаторы были слишком недолговечны. Кроме того на ранних зарядах не могли обеспечить должного термостатирования ядра внутри толстых оболочек из взрывчатки, урана и алюминия. Поэтому и хранили все в разобранном состоянии. Потом постепенно все проблемы решили, доказали ядерную безопасность новых зарядов и стали хранить часть зарядов в полностью собранном и готовом к применению виде.
 
Юноша, облажавшись с борным регулированием в реакторах ВВЭР, пришел рассказать про околосветовые скорости резонансных нейтронов. Пеши еще.
 

Sulian

Помножен на ноль
Ты, похоже, топиком ошибся. Здесь про атомную бомбу. Какие в ней нафиг могут быть резонансные нейтроны? В ней замедлителя нейтронов нет. Когда попытались использовать замедлитель, взрывая заряды на гидриде урана - получился полный бред, что и неудивительно, учитывая физику этого дела.

Нейтроны в ядерном заряде только быстрые. Такие, какие они получаются при делении ядра. Их скорости выше написал. Ну или еще более быстрые термоядерные, с энергиями под 10МэВ.

Ты уже полный бред несешь. Купи себе книжку "Ядерная физика для чайников" хотя бы.
 
Интернет - море знаний. Но глубиной по колено.

Некоторые энергичные юноши смогли обнаружить, что в интернетах можно не только выпускать свой сок мозга в чатиках (и на форумах), но и есть секретное место - Википедия, где много картинок. И сразу почувствовали себя экспертами по ядерной физике (и по водно-водяным реакторам в частности).

Вот обнаружили они картинку распада ядра урана, там у нейтронов огромная энергия нарисована - 200 МэВ. Ого-го какие быстрые.




Справедливости ради, среди энергичных юношей есть и пытливые, которые за картинками смогут добраться до пояснения, что энергия делится между всеми продуктами
fission.png

Пусть нейтроны не 200, а 5 МэВ на двоих - все равно реально быстрые.

На этом достигнут потолок знаний интернет-эксперта. И теперь с этой высоты он будет просвещать окружающих.

А что пишут в учебниках?

Там пишут, что распределении выделяющейся при делении энергии - процесс вероятностный, а, как известно, такие процессы описываются спектрами.

Energy spectrum.png

Как мы видим, в спектре полно разных нейтронов, и тепловых, и резонансных, и быстрых. Но все ли они равноценны для нашей цепной реакции? И вообще, что это за разделение нейтронов - тепловые, резонансные, быстрые? Тепловыми называют те нейтроны, которые двигаются (имеют температуру) сравнимо с привычным тепловым движением, это доли и единицы электронвольт (напоминаю пост, когда про Больцмана показывал - электронвольт порядок 10 тысяч градусов). А что такое резонансные, быстрые?

Мы уже знаем, что многие реакции в ядерной физике - вероятностные. Вероятность того, что наш нейтрон пригодится для дальнейшей цепочки реакций деления - называется сечение, cross section этой реакции.

fission cross section h1019v1_113_1.png

Наблюдаем необычное явление, быстрый - еще не значит эффективный (внимательно - шкалы логарифмические). Прямо как наши энергичные юноши-эксперты.

Но не спешите быстрые сбрасывать со счетов. Их в атомной бомбе не транжирят, они там не пропадают, инженеры нашли способ их использовать.
 

Sulian

Помножен на ноль
Молодец. Почитал умные книжки.
А теперь прикинь: поделившееся ядро урана дает всего 2-3 нейтрона. А нейтронов с энергиями порядка КэВ, на которых максимум поглощения, в спектре нейтронов деления даже не 10%. И даже самый резонансный из себя нейтрон может поделить только одно ядро. Поэтому коэффициент воспроизводства тепловых и резонансных нейтронов в активной зоне без замедлителя очень сильно ниже единицы и никакая цепная реакция на них невозможна ни при каких условиях и ни при каких массах.
Поэтому и суют в ядерные реакторы замедлитель чтоб превратить быстрые нейтроны в тепловые и за счет них создать коэффициент воспроизводства тепловых выше единицы и тем самым получить условия для протекания реакции на тепловых нейтронов. А реакторы без замедлителей называются быстрыми. Или вы думаете, что там нейтроны трансклюкаторами разгоняют, а потом теми же трансклюкаторами заставляют ядра урана делиться этими нейтронами? :)

Поэтому в ядерной бомбе ситуация с нейтронами примерно как с едой в студенческой столовой: все хотят отбивную, но едят ее только немногие преподаватели и мажоры, а основная масса жрет макароны, даже не всегда с сосиской. Понятно, что невкусно, но зато хватает всем :)

Так что смиритесь: цепная реакция в ядерной бомбе идет на быстрых нейтронах.

В общем, как говорят у нас в России: Кроме высшего образования надо иметь хотя бы среднее соображение.
 
Последнее редактирование:
Сопоставляя спектр нейтронов с сечением их захвата, возникает логичный вопрос – а как вообще там возможна реакция? Быстрые нейтроны неэффективны, лишь 15% нейтронов имеют нормальный шанс продолжить цепочку распадов, этого явно не хватит для их воспроизводства (размножения) – цепная реакция не должна идти. Как минимум нужен замедлитель, а его, как известно, в бомбу не закладывают.



Движение нейтрона в веществе

Ответ прост. Да, если быстрый нейтрон ударяет в ядро урана – шанс реакции распада невысок. Но нейтрон при этом замедлится (а ядро нагреется). При следующем соударении – еще замедлится. Перед тем, как вылететь за пределы заряда – таких соударений будет тысячи, скорость нейтронов падает, а шансы на реакцию деления при этом растут. Если увеличивать заряд (тем самым увеличивать путь нейтрона сквозь заряд), рано или поздно интеграл произведения спектра на сечение даст нам коэффициент размножения более 1 – мы создали бомбу.

Ха, теперь мы знаем, как считать критическую массу (точнее, критический размер).

Все что нужно для урана (где коэффициент размножения приблизительно 2), это замедлить 35% нейтронов до того, как они улетят, и в сумме 15+35% мы получаем размножение более 1 -> цепную реакцию.

Конечно с нейтроном происходят не только соударения (неупругие и упругие), будут и поглощение, и утечки. Упрощенно цикл деления можно представить так.

Neutrone_cycle.png

О замедлителе. Мы видим, что без специальных замедлителей вполне можно сделать бомбу. Так зачем они нужны?

Замедление нейтрона зависит от того, с чем он сталкивается. Самое эффективное замедление будет, если сталкивать нейтрон со легким ядром, тогда энергия делится пополам, т.е. наш нейтрон сбрасывает скорость вдвое. Десяток соударений (2^10) – и скорость упала в тысячу раз, два десятка – и нейтрон уже тепловой. С ростом ядра эффективность замедления падает, для очень тяжелого урана уже понадобится тысячи соударений для сброса скорости.

Лучший замедлитель – ядро водорода. А в нормальных условиях – вещество, где этого водорода много, например вода. С одним нюансом – легкий водород эти нейтроны любит не только замедлять, но и поглощать. Поэтому вода понадобится специальная, тяжелая. Впрочем, во многих случаях нам не нужен самый-самый эффективный замедлитель, подойдет любое легкое вещество, которое слабо поглощает. Бериллий (в 9 раз тяжелее нейтрона), даже углерод (графит).

Что нам дает специальный замедлитель? Мы сможем не обогащать уран. В природном уране делящегося U235 мало, нейтроны много чаще будут сталкиваться с U238, который их охотно поглощает.



Плутоний – это конечно хорошо, он потом будет способен к делению (с размножением), но прямо сейчас нейтрон мы потеряли. Поэтому нам выгоднее окружить ядро урана со всех сторон молекулами воды, и замедлять нейтрон ими. Именно так, раствор соли урана в тяжелой воде – и выглядит т.н. гомогенный реактор.

На практике первые реакторы делали иначе – поленица из урана с графитом (гетерогенный реактор). Да и сейчас чаще всего современный реактор – это тонкие стержни урана, вставленные в графитовую оболочку.



Следующий вопрос – а что такое отражатель нейтронов?
 

Sulian

Помножен на ноль
Весь талмуд, что ты написал, имеет некоторое отношение к реактору, но не к бомбе. Чтобы замедлиться до тепловых энергий в уране, нейтрону нужно испытать более 2 тысяч соударений. Так как сечение деления урана-235 быстрыми нейтронами 1,5 барна, а сечение рассеяния (того самого соударения) быстрых нейтронов лежит в пределах тех же единиц барн, то в среднем нейтрон не испытает и 10 соударений прежде чем поделит ядро урана. Так что дожить до замедления до тепловых или резонансных энергий у нейтрона в куске сплошного урана-235 нет никаких шансов. Даже в уране-238 нейтрон будет поглощен намного раньше, чем замедлится до теплового.

Кстати ты зря не порылся в книжках и не нашел, как считать требуемый для замедления до тепловых размер системы. У тебя бы получился размерчик более 2 метров :D

На самом деле критический радиус считается, конечно, совсем из других соображений.
 
Чтобы замедлиться до тепловых энергий в уране, нейтрону нужно испытать более 2 тысяч соударений. Так как сечение деления урана-235 быстрыми нейтронами 1,5 барна, а сечение рассеяния (того самого соударения) быстрых нейтронов лежит в пределах тех же единиц барн, то в среднем нейтрон не испытает и 10 соударений прежде чем поделит ядро урана.
Да, всё верно.

А вообще, при расчете критического радиуса нам нужно знать длину пробега деления нейтрона . Она вычисляется по нехитрой формуле:

L = 1 / (N * q) где N - число ядер в см2, q - сечение

Для U235 быстрым нейтронам с сечением 1.4 барна нужно пройти средний путь в 15 см прежде чем они вызовут деление (да, на этом пути нейтроны испытают несколько столкновений без деления и без особой потери скорости, но сути это не меняет).

Для дальнейших расчётов критического радиуса нам понадобится также коэффициент размножения нейтронов и для большей точности также нужно учесть сечение рассеяния, но не будем углубляться. В результате мы получим для U235 значение около 8.5 см.

По сути получается что каждый новый акт (акты) деления будет происходить в произвольной точке критического куска урана/плутония. Этакие рандомные вспышки по всему объёму. Говорить при этом о каком-то фронте деления и о скорости этого фронта не приходится. Это если вернуться к вашему спору с Келлером с его мифическими 3 км/с.
 

Sulian

Помножен на ноль
По сути получается что каждый новый акт (акты) деления будет происходить в произвольной точке критического куска урана/плутония. Этакие рандомные вспышки по всему объёму. Говорить при этом о каком-то фронте деления и о скорости этого фронта не приходится. Это если вернуться к вашему спору с Келлером с его мифическими 3 км/с.
Вот и я о том же пишу. Ядро разогревается все сразу. Без всяких фронтов, но у Келлера какая-то своя сильно альтернативная физика :)
 

Sulian

Помножен на ноль
Блин, как же я пропустил такой перл Келлера: у него ядро урана при упругом соударении с нейтроном греется :D
И эти люди пытаются учить кого-то ядерной физике :D
 
Сверху Снизу