N^2-оружие: особенности и принцип действия

[Pizz@]

Тогда, как я понял, подтверждается, что водородной бомбой, термоядерная реакция в которой вызывается как-либо иначе, чем ядерным взрывом, N² бомба быть не может.

[Аюпа]

Таки водородная бомба сама по себе излучает не хуже урановой, а нейтронный вариант - даже лучше.

Изменено 18 октября, 2012 пользователем Аюпа

[Pizz@]

слабое знание матчасти даёт о себе знать

Если не ошибаюсь, водородная бомба излучает только во время самой термоядерной реакции, и не оставляет после себя продуктов распада, как уран. Хотя я понимаю, что от заражения всего, что было облучено это не спасёт, разве что радиоактивные осадки не грозят.

[Айсис]

Тогда, как я понял, подтверждается, что водородной бомбой, термоядерная реакция в которой вызывается как-либо иначе, чем ядерным взрывом, N2 бомба быть не может.

Таки водородная бомба сама по себе излучает не хуже урановой, а нейтронный вариант - даже лучше.

Если не ошибаюсь, водородная бомба излучает только во время самой термоядерной реакции, и не оставляет после себя продуктов распада, как уран. Хотя я понимаю, что от заражения всего, что было облучено это не спасёт, разве что радиоактивные осадки не грозят.

Блин! Почитал, аж глаза чуть не закровоточили . Раз тут дело такое запущенное, то начнём по порядку с ядерной бомбы. Начнём, пожалуй....

Урановая бомба представляет собой модифицированную пушку.

Первый критерий - критическая масса заряда для прохождения ядерной реакции. При меньшей массе - получим ноль на массу. Здесь уже играют роль свойства расщепляющегося материала и отношение объема к поверхности. Для чистого урана-235 критическая масса составляет 50 кг (шарик 18 см в деаметре). Однако, д лго не просуществует. Если же шарик меньшей массы окружить отражателем нейтронов (хотя бы бериллием), а в состав шарика ввести материал — замедлитель нейтронов (тяжелая вода, графит, бериллий), то критическая масса станет меньше. Критическая масса существует не только для урана-235. Главное условие — продукты распада ядра должны вызывать распад других ядер.

Итак, у нас есть две урановых полусферы. Ну, или куска, кому как нравится. Пока они далеко друг от друга - всё ок. Если начать их сближать, то они начнут нагреваться. Чем быстрее сближаем, тем быстрее будет происходить нагрев. Однако, для наступления ядерной реакции будет не хватать времени - требуются просто миллисекунды, не больше. Если сближать их в охладителе - потратите охладитель в пустую. Он будет просто испаряться вместе с кусками. Тут придумали хитрее - стрелять одним куском в другой. Таким образом, сама бомба - обычная пушка. Только заряд не вылетает за её пределы, а попадает во внутреннюю мишень. Вот тогда уже точно "ба-бах" вам обеспечен. Но стрелять нужно с очень высокой скоростью, иначе снаряд просто испарится в полёте.

Плутониевая бомба устроена гораздо хитрее.

Критическая масса плутония — чуть больше 6 кг (шарик — 4,5 см). Можете себе представить, насколько он активнее. Если этот шарик сжать со всех сторон, то плотность возрастет, а поверхность уменьшится. И вот что получится: атомы плутония уплотнятся, то есть тормозной путь нейтрона сократится, а значит, увеличится вероятность его поглощения. Но для этого нужна гигантская скорость сжатия. И как же быть? А вот так.

Плутоний — металл необычный. В зависимости от температуры, давления он существует в шести модификациях кристаллической решетки. Переходы из одной фазы в другую могут совершаться скачкообразно, при этом плотность плутония может меняться.

При 300°С наступает так называемая дельта-фаза — самая рыхлая. Если легировать плутоний галлием, нагреть его до этой температуры, а затем медленно охладить, то дельта-фаза сможет существовать и при комнатной температуре. Но она не будет стабильной..

Плутоний — металл необычный. В зависимости от температуры, давления и примесей он существует в шести модификациях кристаллической решетки. Есть даже такие модификации, в которых он сжимается при нагревании. Переходы из одной фазы в другую могут совершаться скачкообразно, при этом плотность плутония может меняться на 25%.

Делаются две полусферы из плутония в дельта-фазе и в центре создаётся сферическая полость. И в эту полость помещается очень хитрая вещь — нейтронный инициатор. Это маленький пустотелый шарик из бериллия диаметром 20 и толщиной 6 мм. Внутри его — еще один шарик из бериллия диаметром 8 мм. На внутренней поверхности пустотелого шарика — глубокие бороздки. Все это обильно никелировано и покрыто золотом. В бороздки помещается полоний-210, который активно испускает альфа-частицы. Вот такое вот чудо в золоте. Собираем боеголовку дальше. Поместим плутониевый шарик в большой (диаметр 23 см) и тяжелый (120 кг) пустотелый шар из урана-238. У него нет критической массы, зато он прекрасно отражает быстрые нейтроны. Окружим урановую оболочку еще одной, из сплава алюминия с бором. Ее толщина — около 13 см. Теперь изготовим имплозионные «линзы» для обжатия. Представьте себе футбольный мяч. Классический, состоящий из 20 шестиугольников и 12 пятиугольников. Изготовим такой «мяч» из быстрой и медленной взрывчатки, а каждый из сегментов снабдим несколькими электродетонаторами. Толщина сегмента — около полуметра. При изготовлении «линз» есть масса тонкостей. Основное — максимальная точность линз. Полная сборка имеет диаметр около полутора метров и массу 2,5 тонны. Завершает конструкцию электрическая схема, задача которой — подорвать детонаторы в строго определенной последовательности с точностью до микросекунды.

Действует она так:

При детонации взрывчатка обжимает сборку, а алюминиевый «толкатель» не дает распространиться спаду взрывной волны, распространяющемуся вслед за ее фронтом внутрь. Пройдя через уран со встречной скоростью около 12 км/с, волна сжатия уплотнит и его, и плутоний. Плутоний при давлениях в зоне сжатия порядка сотен тысяч атмосфер (эффект фокусировки взрывного фронта) перейдет скачком в альфа-фазу. За 40 микросекунд описанная здесь сборка уран-плутоний станет не просто надкритической, а превышающей критическую массу в несколько раз. Дойдя до инициатора, волна сжатия сомнет всю его конструкцию в монолит. При этом золото-никелевая изоляция разрушится, полоний-210 за счет диффузии проникнет в бериллий, испускаемые им альфа-частицы, проходящие через бериллий, вызовут колоссальный поток нейтронов, запускающих цепную реакцию деления во всем объеме плутония, а поток «быстрых» нейтронов, рожденный распадом плутония, вызовет взрыв урана-238.

Уф ...это только ядерные заряды. Теперь поехали к термоядерным.

Самая главная проблема термоядерного оружья - достижение критерия Лоусона. Это то значение, при котором выделяющаяся в термоядерном синтезе энергия, превышает энергию, вводимую в систему. Про сам механизм синтеза писать нет смысла - гугл в помощь. Перейдём к самим зарядам.

Существует мнение, что ядерная бомба — запал для термоядерной. В принципе, все гораздо сложнее, но суть ухвачена верно. Оружие, основанное на принципах термоядерного синтеза, позволило добиться такой мощности взрыва, которая ни при каких условиях не может быть достигнута цепной реакцией деления. Но единственный пока источник энергии, позволяющий «поджечь» термоядерную реакцию синтеза, — это ядерный взрыв.

Наша задача — нагреть термоядерное топливо и удержать его в определенном объеме, чтобы выполнить критерий Лоусона. В качестве термоядерного топлива берётся дейтерид лития-6. В качестве материала контейнера для термоядерного заряда выберем уран-238. Контейнер — цилиндрической формы. По оси контейнера внутри его расположим цилиндрический стержень из урана-235, имеющий субкритическую массу. Оставшееся свободное пространство контейнера заполним дейтеридом лития-6. Разместим контейнер в одном из концов корпуса будущей бомбы, а в другом его конце смонтируем обычный плутониевый заряд мощностью в несколько килотонн (основной триггер). Между ядерным и термоядерным зарядами установим перегородку из урана-238, предотвращающую преждевременный разогрев дейтерида лития-6. Заполним остальное свободное пространство внутри корпуса бомбы твердым полимером. Всё, термоядерный заряд готов, можно взрывать. Как это происходит:

При подрыве ядерного заряда 80% энергии выделяется в виде рентгеновского излучения. Скорость его распространения намного превышает скорость распространения осколков деления плутония. Через сотые доли микросекунды урановый экран испаряется, и рентгеновское излучение начинает интенсивно поглощаться ураном контейнера термоядерного заряда. В результате так называемой абляции (уноса массы с поверхности нагретого контейнера) возникает реактивная сила, сжимающая контейнер в 10 раз. Именно этот эффект называется радиационной имплозией или обжатием излучением. При этом плотность термоядерного топлива возрастает в 1000 раз. В результате колоссального давления радиационной имплозии центральный стержень из урана-235 также подвергается обжатию, хотя и в меньшей степени, и переходит в надкритическое состояние. К этому времени термоядерный блок подвергается бомбардировке быстрыми нейтронами ядерного взрыва. Пройдя через дейтерид лития-6, они замедляются и интенсивно поглощаются урановым стержнем. В стержне начинается цепная реакция деления, быстро приводящая к ядерному взрыву внутри контейнера. Поскольку дейтерид лития-6 при этом подвергается абляционному обжатию снаружи и давлению ядерного взрыва изнутри, его плотность и температура еще больше возрастает. Этот момент — начало запуска реакции синтеза. Дальнейшее ее поддержание определяется тем, как долго контейнер будет удерживать термоядерные процессы внутри себя, не давая выхода тепловой энергии наружу. Именно этим и определяется достижение критерия Лоусона. Выгорание термоядерного топлива идет от оси цилиндра к его краю. Температура фронта горения достигает 300 миллионов кельвин. Полное развитие взрыва вплоть до выгорания термоядерного топлива и разрушения контейнера занимает пару сотен наносекунд — в двадцать миллионов раз быстрее, чем вы прочитали эту фразу.

Уф. Вот примерная кратенькая сборка кучи материла, имеющейся под рукой. Если надо что-то подробнее, то гугл в помощь.

Теперь о самой N2 бомбе.

По виду, она очень схожа с термоядерной (оплавленная почва, высокая температура.), но, в то же время, ничего ядерного в них нет. Тут не хватает данных. Нельзя точно сказать, как поддерживается такая температура. Тут либо какие-то сверхтехнологии, либо всё гараздо проще, чем кажется.

[Pizz@]

@Айсис, большое спасибо за краткий экскурс)

По крайней мере, на счет устройства плутониевой бомбы.

Из того, что я знаю об устройстве термоядерных в принципе ничего нового не узнал.

Меня гораздо больше интересуют более конкретные данные о том, какие и какой силы излучения происходят при "чистом" термоядерном взрыве, т.е. если полностью исключить из него факторы взрыва того самого "ядерного запала" для запуска реакции синтеза.

[Айсис]

Меня гораздо больше интересуют более конкретные данные о том, какие и какой силы излучения происходят при "чистом" термоядерном взрыве, если полностью исключить из него факторы взрыва того самого "ядерного запала" для запуска реакции синтеза.

Тут сказать практически невозможно. В основном, мощность определяется как раз ядерным триггером. А так - определится временем жизни обжимающего контейнера перед испарением. Но это определяется тысячными долями секунды. Если же интересует выделение самой термоядерной энергии - то это зависит от веществ, участвующих в реакции, и типа самой реакции.

[Pizz@]

В основном, мощность определяется как раз ядерным триггером.

Т.е. чем мощнее триггер, тем сильнее будет "обжат" контейнер с термоядерным топливом, и как следствие, тем эффективнее будет происходить реакция?

это зависит от веществ, участвующих в реакции

Ну, к примеру, дейтерит лития, типичный термояд.

[Айсис]

Т.е. чем мощнее триггер, тем сильнее будет "обжат" контейнер с термоядерным топливом, и как следствие, тем эффективнее будет происходить реакция?

Такая схема (обжатие излучением) как раз определяется мощностью триггера. Её можно условно назвать двухступенчатой. Но есть и трёхступенчатая (Легендарная Хрущёвская "Кузькина мать"), а то и больше.

Ну, к примеру, дейтерит лития, типичный термояд.

Раз и два. Лучше самому прочесть, чем в сломаный телефон играть. Проверил по энциклопедии и в нэте - примерно одно и тоже. А для твоего примера - примерно от 18 до 23 МэВ

Изменено 18 октября, 2012 пользователем Айсис

[Pizz@]

Но есть и трёх ступенчатая (Легендарная Хрущёвская "Кузькина мать")

Точнее "Царь Бомба" мощность которой можно было бы легко увеличить с 50 до 100 мегатонн если бы контейнер для термояда был не из свинца а из урана. Это и должно было бы стать "третьей ступенью", но решили что и 50 мегатонн хватит за глаза)

[Аюпа]

Кто-то даже высказал предположение, что 100 МТ могут расколоть Землю