Ядерное оружие

45. Пушечная (стволовая) схема ядерного боеприпаса. Основной физический принцип. Инженерное оформление, материал, преимущества и недостатки.

- с 1МэВ th (0,025 эВ)

Критическая масса для шарика из ²³⁵U: КМ=50 кг; d=15 см

Критическая масса для шарика из ²³⁵U с отражателем: КМ~30 кг; d=12,5 (меньше, т.к. часть нейтронов пойдёт назад)

1. Вертикальные стабилизаторы

2. Стальная казённая часть

3. Детонатор

4. Химическое взрывчатое вещество (кордит)

5. Снаряд из ²³⁵U – 26 кг, 6 колец; в тонкой стальной оболочке

6. Барометрические датчики и коллекторы

7. Корпус, обшивка

8. Чёта какаята каробачка)

9. Стальной ствол, около 10 см в диаметре и 200 см в длину

10. Соединительные кабели

11. Темпер (сталь)

12. мишень; 2 урановых кольца; 36 кг

13. Темпер, отражатель; карбид вольфрама – самая массивная часть

14. нейтронный инициатор

15. антенны радара

16. гнездо для вытесняемого борного поглотителя

Обогащение – 88%

Бомба такая длинная, т.к. нужна большая дульная энергия снаряда из урана

Преимущества:

• Относительная простота изготовления

• В крайнем случае можно ставить на вооружение без испытания

Недостатки:

• Существенно худшие ТТХ в сравнении в плутониевой бомбой

• Опасна для нераспространения

КИДМ (коэффициент использования делящегося материала) ~1,5% - выгорает лишь избыток над критической массой

Плутониевая бомба: тонкая сфера из плутония с нейтронным инициатором внутри. Ударная волна сжимает сферу, образуя КМ (уран не подойдёт, т.к. у плутония выше сжимаемость)

(для ²³⁹Pu 3; для ²³⁸U 2,3)

- чем больше, тем эффективнее делящийся материал (10 для ²³⁵U и 26 для ²³⁹Pu)

Критическая масса для шарика из ²³⁹Pu: КМ=15 кг; d=10 см

Критическая масса для шарика из ²³⁹Pu с отражателем: КМ=??? кг; d=8 см

Сложность технологии плутония:

1. добиться идеально тонкой сферы

2. синхронизация подрыва

3. плутоний во всех соединениях кроме оксида токсичен и радиоактивен

4. Тепловыделение выше, чем у урана (T_1/2=24100, альфа-излучение)

43. Причины невозможности создания ядерного устройства на замедленных нейтронах. «Бомба-реактор» как пример тупиковой технологической ветви.

- столько времени живёт конструкция до разрыва под действием только химической взрывчатки

В бомбе слои урана перекладывались слоями парафина, в котором нейтроны замедлялись.

Однако время жизни нейтрона при замедлении , что сопоставимо со временем , а это никуда не годится (бомба разлетится раньше, чем взорвётся)

Условие работоспособности бомбы или (все выделения в бомбе должны происходить за время, меньшее разрушения оболочки)

7. Временная схема физических процессов в ядерном взрывном устройстве. Роль нейтронного инициирования.

График см. ниже

44. Процессы, протекающие при подрыве ядерного взрывного устройства деления. Оценка времени существования надкритического состояния и времени набора поколений.

КИДМ (коэффициент использования делящегося материала) ~1,5% - выгорает лишь избыток над критической массой

Как создать превосходство над критической массой (надкритику):

1. при сохранении плотности увеличить массу:

2. При сохранении массы увеличить плотность:

Выгорает только избыток над критической массой!!!

Характеристика надкритичности:

Формула энерговыделения бомбы:

Чтобы энерговыделение было максимальным необходимо добиться максимального k_эфф (т.е. если нейтронный инициатор мгновенный, его нужно пускать в t₀)

После начала деления давление в бомбе около 10⁶ атм, температура 10⁸ К  имеем дело со сжимаемой жидкостью

Если k_эфф=2  Y~20 кТ ТНТ

В таком случае N(t)~10²⁴ – количество нейтронов

, где t_л – время набора поколений



t_л~5*10^-7 c  нужны 50 поколений цепной реакции (т.к. для одного 10^-8)