22. Неоптимальное время включения нейтронного инициатора ядерного взрывного устройства (яву). Режимы «проскок» и «хлопок». Основные причины срабатывания яву в режиме «хлопок».

Если k_эфф=2, то Y ~ 20 кТ

Если k_эфф=1,3, то Y ~ 540 тонн (что и случилось в Корее)

Причины «хлопка»:

1. Асинхронность имплозии

2. Вызывание цепной реакции до критичности: у оружейного плутония генерация нейтронов спонтанного деления 3*10⁵ нейтр./сек.

Надо просчитывать космические нейтроны (чтобы не вовремя прилетевший нейтрон не вызвал цепную реакцию). Однако их всего 3*10^-3нейтр./см²*сек.  много вреда не принесёт

64. Энергетический выход ЯВУ и оптимальное время включения нейтронного инициатора.

 чем выше k_эфф, тем выше энерговыделение!

Важно включить нейтронный инициатор, чтобы он захватил максимальный k_эфф

См. график!

34. Полоний-бериллиевый нейтронный инициатор. Методы наработки полония. Проблемы обращения с полонием.

При - сечение реакции

При критичности фольга разрывается

Что за источник ? Плутоний не годится, т.к. период полураспада 24100 лет (излучение тем меньше, чем больше период полураспада)

Годится полоний ²¹⁰Po; T_1/2=138,4 дня

(²³⁸U…²¹⁰Po)

- на одно ядро урана в руде полония 10^-10

При реакции для ²³⁹Pu -излучение довольно велико  требование к конструкционным материалам

²⁷Al ~ 1,3 барн  алюминий, магний не годятся

Полоний надо менять раз в полгода (что очень сложно)  нужен другой инициатор (вне крит-массы)

29. Основные ядерно-физические свойства плутония. Физический принцип наработки и имеющиеся запасы оружейного плутония.

Ядерно-физические свойства:

• Плотность чистого плутония при нагревании уменьшается от 19.82 до 14.7 г/см³ и вновь растёт до 16.52 г/см³. Поэтому для ядерных зарядов металлический плутоний легируют специальными добавками.

• В растворе плутоний может одновременно находиться в степенях окисления от +3 до +6, что делает его химию исключительно сложной

• Температура плавления плутония 640^о, температура кипения 3235^о

Месторождений плутония нет

²³⁴Pu: T_1/2=81*10⁶ лет

Сейчас наработано плутония:

• 140 тонн – Россия

• 100 тонн – США

Получение:

(для распада ²³⁹U и ²³⁹Np нейтронный поток не нужен)

²³⁹Pu: , где [Y_n]_sp – выход нейтронов на спонтанное деление; но нам надо 10³ за 10^-8  за счёт спонтанного деления не взорвётся

Если ²³⁹Pu не удалить из активной зоны: ²³⁹Pu:

1. - может и бабахнуть

2. T_1/2=6580 лет  выделяется тепло

53. Состав оружейного плутония. Требования к конструкции и эксплуатационному циклу реактора-наработчика, оценка его производительности по плутонию.

Оружейный плутоний — это плутоний в форме компактного металла, содержащий не менее 93,5 % изотопа ²³⁹Pu.

Изотопный состав оружейного плутония
238Pu	0,012%
239Pu	93,8%
240Pu	5,8%
241Pu	0,23%
242Pu	0,0022%

Образование плутония:

• Чем дольше держим в реакторе, тем больше отношение ²⁴⁰U/²³⁹U  БОЙСЯ ДЛИТЕЛЬНЫХ ОБЛУЧЕНИЙ!!!

• Содержание ²³⁸Pu растёт квадратично; ²⁴⁰Pu – кубично

• 

• Когда Np выходит на насыщение  снимаем нейтронный поток  Np будет распадаться  уровень ²⁴⁰Pu будет стабилизирвоаться

• Итого: держим 2 недели в реакторе!

• Потом почти за такое же время Np распадётся

• Т.к. больше нейтронов нету  ²⁴⁰Pu не образуется, а ²³⁸Pu ещё не успел образоваться

• Для вывода облучённых блоков из реактора:

1. Остановить реактор

2. Не останавливая – канальный реактор (часть стержней вывели, а реактор продолжает работать на оставшихся стержнях

• Стержень оставляем на 2 недели, пока нептуний распадётся

• Ждём около 2 месяцев – пока короткоживущие продукты деления распадутся

Итого для получения плутония:

1. Реактор на естественном уране (чтобы перебить цепочку ²³⁸Pu)

2. Возможность смены на ходу

3. Рядом должно быть радиохимическое производство

31. Плутоний-238, его основные свойства, каналы его образования при облучении урана в реакторе и роль в ядерном оружии.

²³⁸Pu: T_1/2=87,7 года  огромное тепловыделение! (300 единиц тепловыделение ²³⁹Pu) – он плавится сам!

Огромное количество спонтанных нейтронов:

• Для ²³⁵U – 0,011 н/с*кг

• Для ²³⁸Pu – 2,6*10⁶н/с*кг

Откуда он берётся?

1. ²³⁹Pu (n, 2n) ²³⁸Pu, однако эта реакция пороговая (около 7,8 МэВ)  очень маленькое сечение; НО на самом дел его образуется гораздо больше

2. ; , однако на самом деел его получается тоже больше  реакции (n, 2n) могут не рассматриваться

На самом деле:

• В реакторе для получения плутоний не должно быть много ²³⁵U!!!  графитовый, тяжеловодный реактор

11. Изотопный состав и физические свойства реакторного плутония. Оценка возможности использования реакторного плутония в ядерном оружии.

Изотопный состав плутония, %
Тип реактора	238Pu	239Pu	240Pu	241Pu	242Pu	Мкр; кг
1 – Тяжеловодник на естественном уране (3 года облучение)	0,1	67,6	25,6	5,3	1,4	22
2 – PWR; обогащение ~4,4%	1,7	58	22,3	12,3	4,7	23
3 – Тяжеловодник для наработки плутония	Доли %	~95	~5	Доли %	-	~6

• 1962 г. – американцы сумели подорвать ядерную бомбу на основе реакторного плутония

• Использовался 1й тип топлива, но в нём мало ²³⁸Pu

• Из облучённого топлива ВВЭР не удавалось никогда

• За счёт выделения от ²³⁸Pu внутренняя часть разогревается до температуры ~200^oC

• При такой температуре активной части ТНТ почти вскипает

• Американцы для теплосъёма поставили мосты из алюминия (но это всё очень сложно и всякие неприятности сулит; например, трудности строгой сферической симметричности обжатия)

32. Плутоний-240, его свойства, каналы образования и роль в ядерном оружии.

Америций очень противный, т.к. по альфа-моде распадается в возбуждённое состояние нептуния, а оттуда уже мощнейшее гамма-излучение  не годится!

Pu-240 вреден для производства оружия по следующим причинам:

1. Он менее делящийся материал, чем Pu-239, поэтому требуется чуть большее количество плутония для изготовления оружия.

2. Уровень спонтанного деления у Pu-240 гораздо выше, что создает сильный нейтронный фон.

9. Причина необходимости высокого обогащения делязегося материала по урану-235 и плутонию-239.

Материал заряда	Критическая масса, кг	Генерация нейтронов спонтанного деления; нейтр/с	Среднее число нейтронов спонтанного деления, появляющихся за время создания надкритического состояния
			Имплозионный тип	Пушечный тип
Pu (оружейный)	5	3*105	3	45 («хлопок»)
Pu (реакторный)	25	7,5*106	75 («хлопок»)	~1200 («хлопок»)
U (оружейный, ~94% по 235U)	25	<30	<0,0003	<0,004

50. Роль трития в ядерном оружии. Цели и физический смысл бустирования ядерного заряда.

• От конструкции бомбы необходим набор 1024 нейтронов

• Пусть даже устройство сработает в режиме «хлопок», но если есть дейтериево-тритиевая смесь, то:

• T^D+T~10^-8 секунды – время набора одного поколения (Т – сгорание смеси)

• На каждое сгоревшее ядро получаем 1 нейтрон  на 10 грамм сгорания D+T получает 6*10²⁴ нейтронов, энергия которых 14,5 МэВ (они будут делить всё: и Pu-240 и Pu-239)

• Коэффициент использования около 100 (т.к. получили нейтроны извне  после выгорания надкритики реакция не прекратится!!!)

• Бустрирование – добавление D + T (тритиевый дожигатель)

Дейтерий есть в воде – 0,015%

Тритий радиоактивен, T_1/2=12,3 года

26. Основные принципы действия и конструкции термоядерного взрывного устройства. Роль радиационного обжатия рентгеновским излучением инициатора (с количественной оценкой энергии излучения).

• Введение использования принципа бустирования решило проблему чувствительности боеприпаса к точному включению нейтронного инициатора.

• НО: требовались ещё большие мощности взрыва – мегатонны.

• 1952 год – термоядерный взрыв «Майк» - 10,6 мТ – двухэтажное строение. В качестве горючего использовался жидкий дейтерий. Доставить такую бомбу было невозможно, но принцип был выбран верный.

• Решение – термоядерная бомба. Проблема – как передать энергию ядерного взрыва на сжатие дейтериево-тритиевой смеси.

• Используя легкую для поджога, но чрезвычайно дорогую дейтериево-тритиевую смесь, возможно инициировать заметную реакцию даже при обычной плотности термоядерного горючего, используя лишь тепло от атомного взрыва (50-100 млн. градусов). Правда ³H - дорог в производстве (на порядок дороже оружейного плутония), да и к тому же нестабилен (радиоактивен). Это делает его непригодным к использованию. Остается ²H - вполне доступное горючее. Чистый дейтерий как таковой был использован лишь однажды - во время Ivy Mike. Его недостаток - дейтерий должен был быть очень сильно сжат или сжижен при криогенной температуре – непрактично (бомба у них была с двухэтажный дом)

• Проблема решается путем комбинирования дейтерия с литием в химическое соединение - дейтерид лития – ⁶LiD (позволяет хранить дейтерий даже при комнатной температуре). При этом за счет деления лития (⁶Li+n³T+α) производится большое количество трития для реакции ³Н+²Н⁴He+n+17,6МэВ

• 1955 год – испытание в СССР.

• Использоваля принцип радиационной имплозии (обжатия).

• Итак, до разрушения инициатора бомбой деления (~10^-6), он успевает испустить рентгеновское излучение, которое, отразившись от внутренних стенок, воздействует на шар со смесью и запускает термоядерную реакцию.

Количественная оценка энергии излучения:

λТ = b - уравнение виновского сдвига (закон смещения Вина)

b – Константа Вина

λ – длина волны

λ = 2πс/ω

λ → ω →(t)→ Е_γ

Е_γ = 100 эВ – мягкий рентген