Плутоний-239

Оружейный плутоний

Это название применяется в США к плутонию с содержанием Pu-240 менее 7%. Типичный состав оружейного плутония приведен ниже. Первые две колонки — средний состав плутония, произведенного в Хэнфорде и Саванне в июне 1968. Третья — базируется на образцах почвы, взятых поблизости от Роки Флетс в 1970-х с учетом америция-241 (продукта распада Pu-241).

Хэнфорд (сред. 6/68) Саванна (сред. 6/68) Почва Роки Флетc (сред. 1970-е)
Pu-238 менее чем 0.05% менее чем 0.05% следы
Pu-240 6.28% 6.13% 5.8%
Pu-241 0.54% 0.86% 0.6%
Pu-242 менее чем 0.05% менее чем 0.05% следы

В США производится и сверхчистый плутоний с 3% Pu-240, для обогащения обычного плутония, и, возможно, для специальных зарядов. Некоторые американские устройства требуют содержание Pu-240 менее 1.5%.

Существенный вопрос: что подразумевает название «оружейного качества». Самая распространенная интерпретация состоит в том, что это плутоний с содержанием изотопа Pu-240 менее 7%, действительно требующийся для успешного создания оружия. По крайней мере, превышение этой отметки означает серьезный компромисс с эффективностью.

Наличие Pu-240 точно определяет характеристики оружия, ибо именно от него зависит нейтронный фон и такие вторичные явления как рост критической массы (незначительный) и тепловой выход. Нейтронный фон влияет на проект ядерного взрывного устройства (ЯВУ) ограничением общей массы заключенного плутония, необходимостью достижения скоростей имплозии выше определенного порога. Как указывалось выше, некоторые проекты (преимущественно старые), требуют плутония с низкой концентрацией Pu-240 по эти причинам.

Однако, в современных усовершенствованных конструкциях, указанные сложности не являются критическими, по крайней мере с начала 1960-х. В недавно рассекреченных документах (WASH-1037, «Введение в ядерное оружие», июнь 1972) указывается, что обозначение плутония как «оружейной чистоты» — исключительно экономический вопрос. С одной стороны, стоимость плутония падает с ростом доли Pu-240. С другой — Pu-240 увеличивает критическую массу. Около 6-7% Pu-240 делает общую стоимость плутония, с учетом указанных причин, минимальной.

Это не означает, что существующие ядерные устройства сохранят работоспособность, если увеличить уровень плутония-240. Они спроектированы для достижения наилучшего эффекта с определенным делящимся материалом и пострадают в работоспособности при изменении изотопного состава.

Принимая средний состав оружейного плутония: 93.4% Pu-239, 6.0% Pu-240 и 0.6% Pu-241 (с пренебрежимым содержанием остальных изотопов) можно просчитать следующие его свойства. Начальная тепловая мощность свежевыработанного оружейного плутония 2.2 Вт/кг, уровень спонтанного деления 27 100 делений/с. Этот показатель деления позволяет использовать в оружии 4-5 кг плутония с очень низкой вероятность предетонации при условии хорошей имплозионной системы. По прошествии пары десятилетий, большая часть Pu-241 превратится в Am-241, существенно увеличив тепловыделение — до 2.8 Вт/кг. Поскольку Pu-241 прекрасно делится, а Am-241 — нет, это приводит к снижению запаса реактивности плутония и должно приниматься в расчет конструкторами.

Нейтронное излучение 5 кг оружейного плутония 300 000 нейтронов/с создает уровень излучения 0.003 рад/час на 1 м. Фон снижается отражателем и взрывчатым веществом, окружающим его. Облегченное оружие уменьшает радиацию в 5-10 раз. С другой стороны, высокая проникающая способность нейтронов увеличивает опасность. Длительный постоянный контакт с ЯВУ во время их обычного обслуживания может привести к дозе радиации, приближающейся к предельной годовой для профессионального состава. Сотрудники плутониевых предприятий, обрабатывающие плутониевый ядра непосредственно или в герметичных боксах, имеют ограниченную защиту от радиации и могут нуждаться в переводе с этой работы на другую, чтобы не превысить годового лимита облучения.

Вследствии малой разницы в массах Pu-239 и Pu-240, эти изотопы не разделяются промышленно широко распространенными способами обогащения. Единственный способ произвести более чистый Pu-239 — сократить время пребывания в реакторе кассеты м U-238. Малые количества плутония разделяются на электромагнитном сепараторе для исследовательских целей. Для развитых государств нет причин для снижения процента Pu-240 менее 6, так как эта концентрация не мешает создавать эффективные и надежные триггеры термоядерных зарядов. Очень малое количество Pu-240 позволяет достичь некоторой дополнительной гибкости, требующейся специализированным или экзотическим изделиям.

Что такое плутоний

Плутоний — это искусственный химический элемент, имеющий атомный номер 94 и символ Pu, В периодической таблице элементов плутоний находится в ряду актинидов среди элементов f блока. При комнатной температуре и давлении он находится в твердом состоянии. Электронная конфигурация этого элемента может быть задана как 5f.67s2, Следовательно, в орбитали есть шесть электронов.

Рисунок 1: Атомная структура плутония

Относительная атомная масса плутония дана как 244 а.е.м. Температура плавления плутония была найдена как 640оC. Но у него необычно высокая температура кипения, которая составляет около 3228оC. Существуют три основных синтетических изотопа плутония. Они есть 238Pu, 239Пу и 240Pu. Плутоний — яркий серебристо-серый металл. Но это может быть быстро окислено, получая унылый серый цвет.

Плутоний является высоко радиоактивным элементом. Это имеет тенденцию подвергаться альфа-распаду, который включает в себя распад через высвобождение альфа-частиц. 239Пу и 241Пу (следы) являются делящимися. Это означает, что они могут выдержать цепную реакцию ядерного деления

Важно, чтобы эти изотопы использовались в ядерном оружии

Период полураспада радиоактивного материала — это время, необходимое для того, чтобы образец этого элемента стал половиной первоначальной массы в результате радиоактивного распада. 238Пу имеет период полураспада 88 лет. 241Пу имеет период полураспада 14 лет. Другие изотопы плутония имеют значительно очень высокие периоды полураспада. Следовательно, 238Пу и 241Pu — самые нестабильные изотопы плутония.

Плутоний обычно имеет четыре степени окисления. Это +3, +4, +5 и +6. Соединения этих состояний окисления являются красочными. Цвет соединения зависит от степени окисления плутония. Хотя очень следовые количества 238Пу и 239Пу можно найти в природе, эти количества ничтожно малы. Его получают в основном как искусственный элемент, производя его из 238U (Уран-238).

Образование и распад

Уран-235 образуется в результате следующих распадов:

β−-распад нуклида 235Pa (период полураспада составляет 24,44(11) мин):

91235Pa→92235U+e−+ν¯e;{\displaystyle \mathrm {^{235}_{91}Pa} \rightarrow \mathrm {^{235}_{92}U} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e};}

K-захват, осуществляемый нуклидом 235Np (период полураспада составляет 396,1(12) дня):

93235Np+e−→92235U+ν¯e;{\displaystyle \mathrm {^{235}_{93}Np} +e^{-}\rightarrow \mathrm {^{235}_{92}U} +{\bar {\nu }}_{e};}

α-распад нуклида 239Pu (период полураспада составляет 2,411(3)⋅104 лет):

94239Pu→92235U+24He.{\displaystyle \mathrm {^{239}_{94}Pu} \rightarrow \mathrm {^{235}_{92}U} +\mathrm {^{4}_{2}He} .}

Распад урана-235 происходит по следующим направлениям:

α-распад в 231Th (вероятность 100 %, энергия распада 4 678,3(7) кэВ):

92235U→90231Th+24He;{\displaystyle \mathrm {^{235}_{92}U} \rightarrow \mathrm {^{231}_{90}Th} +\mathrm {^{4}_{2}He} ;}
  • Спонтанное деление (вероятность 7(2)⋅10−9 %);
  • Кластерный распад с образованием нуклидов 20Ne, <sup>25</sup>Ne и <sup>28</sup>Mg (вероятности соответственно составляют 8(4)⋅10−10 %, 8⋅10−10 %, 8⋅10−10 %):
92235U→82215Pb+1020Ne;{\displaystyle \mathrm {^{235}_{92}U} \rightarrow \mathrm {^{215}_{82}Pb} +\mathrm {^{20}_{10}Ne} ;}
92235U→82210Pb+1025Ne;{\displaystyle \mathrm {^{235}_{92}U} \rightarrow \mathrm {^{210}_{82}Pb} +\mathrm {^{25}_{10}Ne} ;}
92235U→80207Hg+1228Mg.{\displaystyle \mathrm {^{235}_{92}U} \rightarrow \mathrm {^{207}_{80}Hg} +\mathrm {^{28}_{12}Mg} .}

Применение

Плутоний-238 используют в радиоизотопных источниках энергии (например, в РИТЭГ-ах). Ранее (до появления литиевых батарей) использовались в кардиостимуляторах.

США использовали РИТЭГ-и с плутонием-238 на примерно 30 космических аппаратах НАСА, включая «Вояджеры» и «Кассини». Так, космический аппарат «Кассини» содержал три РИТЭГ-а с 33 килограммами диоксида плутония-238, которые обеспечивали генерацию 870 ватт электрической мощности. Марсоход «Кьюриосити» несёт РИТЭГ-и с 4,8 кг плутония-238, обеспечивающие 125 Вт электрической мощности. Кроме электрической генерации, РИТЭГ-и своим тепловыделением поддерживают тепловой баланс космических аппаратов и роверов.

Примечания

  1. Волков В. А., Вонский Е. В., Кузнецова Г. И. Выдающиеся химики мира. — М.: Высшая Школа, 1991. — С. 407. — 656 с.
  2. Милюкова М. С., Гусев Н. И., Сентюрин И. Г., Скляренко И. С. Аналитическая химия плутония. — М.: «Наука», 1965. — С. 7—12. — 454 с. — (Аналитическая химия элементов). — 3400 экз.
  3. Редкол.:Кнунянц И.Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 580-582. — 639 с. — 50 000 экз. — ISBN 5—85270—039—8.
  4. . Center for Space Nuclear Research. Дата обращения 19 марта 2013.
  5.  (недоступная ссылка). Idaho National Laboratory (July 2005). Дата обращения 24 октября 2011.
  6.  (недоступная ссылка). Department of Energy (5 February 2011). Дата обращения 2 июля 2012.
  7. . NPR. Дата обращения 19 сентября 2011.
  8. Wall, Mike . Space.com (6 апреля 2012). Дата обращения 2 июля 2012.

Применение

Плутоний-238 используют в радиоизотопных источниках энергии (например, в РИТЭГ-ах). Ранее (до появления литиевых батарей) использовались в кардиостимуляторах.

США использовали РИТЭГ-и с плутонием-238 на примерно 30 космических аппаратах НАСА, включая «Вояджеры» и «Кассини». Так, космический аппарат «Кассини» содержал три РИТЭГ-а с 33 килограммами диоксида плутония-238, которые обеспечивали генерацию 870 ватт электрической мощности. Марсоход «Кьюриосити» несёт РИТЭГ-и с 4,8 кг плутония-238, обеспечивающие 125 Вт электрической мощности. Кроме электрической генерации, РИТЭГ-и своим тепловыделением поддерживают тепловой баланс космических аппаратов и роверов.

Производство

В США производство изотопа плутония-238 было остановлено в 1988 году (Саванна Ривер). Министерство энергетики США подписало в 1992 году пятилетний договор о покупке изотопа у России в объёме 10 кг и возможностью увеличения поставок не более чем до 40 кг. В рамках договора заключалось несколько контрактов, соглашение продлевалось. В 2009 году поставки были прерваны из-за реструктуризации российской ядерной промышленности.

Начиная с 1993 года, большинство РИТЭГов на американских космических аппаратах используют изотоп, приобретаемый у России. По состоянию на 2005 год было закуплено примерно 16,5 кг.

В 2009 Министерство энергетики США запросило финансирование на возобновление производства изотопа на территории США. Стоимость проекта оценивалась в 75—90 миллионов долларов за пять лет Финансирование проекта разделено между Министерством энергетики и NASA. Конгресс предоставил NASA по 10 миллионов в 2011 и 2012 годах, но отказал в финансировании Министерству энергетики.

В 2013 году Национальная лаборатория Оук-Ридж (штат Теннеси) начала производство плутония-238 с проектной мощностью в 1,5—2 килограмма изотопа в год.

Что такое уран

Уран — это химический элемент, имеющий атомный номер 92 и символ U, Это слабо радиоактивно. Внешний вид урана серебристо-серый. Атомная масса урана составляет около 238,03 млн. Единиц для самого распространенного изотопа урана. Он расположен в блоке f периодической таблицы и относится к серии актинидов. Электронная конфигурация 5f36d17s2, При комнатной температуре и давлении это твердый металл.

Температура плавления урана была найдена как 1132оC. Температура кипения урана составляет около 4131оC. Металлический уран пластичный и парамагнитный. (Пластичный — может быть вытянут в тонкие проволочные нити. Парамагнитный — притягивается к магнитным полям.).

Рисунок 2: Бисквит из металлического урана

Существует несколько изотопов урана. 238U является наиболее распространенным изотопом (изобилие около 99%) среди них.234U и 235Вы также можете найти в значительных количествах. Эти изотопы урана имеют очень высокий период полураспада. Поэтому уран считается слаборадиоактивным элементом. 235U особенный, потому что это делящийся элемент.

Планки многих степеней окисления урана растворимы в воде. Наиболее распространенными формами являются U+3и ты+4, Кроме того, уран может образовывать оксиды и карбонаты, которые являются твердыми соединениями. При соблюдении надлежащих условий уран может образовывать фториды урана, такие как UF4 и ст.6, Основное использование урана включает ядерные реакторы и ядерное оружие.

Изотопы и радиоактивность

Как известно, все сущее состоит из атомов. Атомы, в свою очередь состоят из электронных оболочек, живущих по своим умопомрачительным законам, и ядра. Классическая химия совершенно не интересуется ядром и его личной жизнью. Для нее атом — это его электроны и их способность к обменному взаимодействию. А от ядра химии нужна только его масса, чтобы рассчитывать пропорции реагентов. В свою очередь, ядерной физике глубоко плевать на электроны. Ее интересует крохотная (в 100 тысяч раз меньше радиуса орбит электронов) пылинка внутри атома, в которой сосредоточена практически вся его масса.

Что мы знаем о ядре? Да, оно состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих электрического заряда нейтронов. Впрочем, это не совсем верно. Ядро — это не горсточка шариков двух цветов, как на иллюстрации из школьного учебника. Здесь работают совсем другие законы под названиемсильное взаимодействие, превращающие и протоны, и нейтроны в какое-то неразличимое месиво. Однако заряд этого месива в точности равен суммарному заряду входящих в него протонов, а масса — почти (повторяю, почти) совпадает с массой нейтронов и протонов, из которых состоит ядро.

Кстати, количество протонов неионизированного атома всегда совпадает с количеством электронов, имеющих честь его окружать. А вот с нейтронами дело не так просто. Собственно говоря, задача нейтронов — стабилизировать ядро, поскольку без них одноименно заряженные протоны не ужились бы вместе и микросекунды.

Возьмем для определенности водород. Самый обычный водород. Его устройство до хохота просто — один протон, окруженный одним орбитальным электроном. Водорода во Вселенной навалом. Можно сказать, что Вселенная состоит в основном из водорода.

Теперь аккуратно добавим к протону нейтрон. С точки зрения химии это все равно водород. А вот с точки зрения физики уже нет. Обнаружив два разных водорода, физики забеспокоились и тут же придумали называть обычный водород протием, а водород с нейтроном при протоне — дейтерием.

Наберемся наглости и скормим ядру еще один нейтрон. Теперь у нас еще один водород, еще более тяжелый — тритий. Он, опять же, с точки зрения химии практически не отличается от двух других водородов (ну, разве что в реакцию теперь вступает чуть менее охотно). Сразу хочу предупредить — никакими усилиями, угрозами и увещеваниями вы не сможете добавить к ядру трития еще один нейтрон. Здешние законы куда более строги, чем человеческие.

Итак, протий, дейтерий и тритий — это изотопы водорода. Их атомная масса различна, а заряд — нет. А ведь именно зарядом ядра определяется местоположение в периодической системе элементов. Потому и назвали изотопы изотопами. В переводе с греческого это означает «занимающие одно и то же место». Кстати говоря, всем известная тяжелая вода — это та же вода, но с двумя атомами дейтерия вместо протия. Соответственно, сверхтяжелая вода содержит вместо протия тритий.

Давайте взглянем снова на наши водороды. Так… Протий на месте, дейтерий на месте… А это еще кто? Куда делся мой тритий и откуда здесь появился гелий-3? У нашего трития один из нейтронов явно соскучился, решил сменить профессию и стал протоном. При этом он породил электрон и антинейтрино. Потеря трития — это, конечно, огорчительно, но зато мы теперь знаем, что он нестабилен. Кормежка нейтронами даром не прошла.

Итак, как вы поняли, изотопы бывают стабильные и нестабильные. Стабильных изотопов вокруг нас полно, а вот нестабильных, слава богу, практически нет. То есть они имеются, но в настолько рассеянном состоянии, что добывать их приходится ценой очень большого труда. К примеру, уран-235, который доставил столько нервотрепки Оппенгеймеру, составляет в природном уране всего лишь 0,7%.

Соглашение и протоколы

Разработка соглашения началась в 1998 г., в 2000 г. состоялось его подписание (в Москве 29 августа, в Вашингтоне 1 сентября). Однако на согласование процесса реализации ушло еще десять лет. Вступление в силу документа стало возможным лишь после подписания двух протоколов (15 сентября 2006 г. и 13 апреля 2010 г.), отражающих новую интерпретацию ряда технических вопросов и прочие изменения. Соглашение 2000 г. и два протокола вступили в силу 13 июля 2011 г. Вместе они образуют единое обновленное соглашение. В соответствии с ним каждая из сторон обязалась приступить к утилизации 34 тонн избыточного оружейного плутония (25 тонн в форме металла и 9 тонн в виде диоксидного порошка) в 2018 г. и завершить процесс через 15-20 лет.

Обе стороны договорились использовать один метод утилизации, а именно — перевод всех 34 тонн в МОКС-топливо. Другие способы утилизации должны быть согласованы сторонами, а договоренность должна быть закреплена в письменном виде (это положение зафиксировано в ст. 3 протокола 2010 г.).

Образование и распад

Плутоний-239 образуется в результате следующих распадов:

β−-распад нуклида 239Np (период полураспада составляет 2,356(3) суток):

93239Np→94239Pu+e−+ν¯e;{\displaystyle \mathrm {^{239}_{93}Np} \rightarrow \mathrm {^{239}_{94}Pu} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e};}

e-захват, осуществляемый нуклидом 239Am (период полураспада составляет 11,9(1) ч):

95239Am+e−→94239Pu+ν¯e;{\displaystyle \mathrm {^{239}_{95}Am} +e^{-}\rightarrow \mathrm {^{239}_{94}Pu} +{\bar {\nu }}_{e};}

α-распад нуклида 243Cm (период полураспада составляет 29,1(1) лет):

96243Cm→94239Pu+24He.{\displaystyle \mathrm {^{243}_{96}Cm} \rightarrow \mathrm {^{239}_{94}Pu} +\mathrm {^{4}_{2}He} .}

Распад плутония-239 происходит по следующим направлениям:

α-распад в 235U (вероятность 100 %, энергия распада 5 244,51(21) кэВ):

94239Pu→92235U+24He;{\displaystyle \mathrm {^{239}_{94}Pu} \rightarrow \mathrm {^{235}_{92}U} +\mathrm {^{4}_{2}He} ;}

энергия испускаемых α-частиц

5 105,5 кэВ (в 11,94 % случаев);
5 144,3 кэВ (в 17,11 % случаев);
5 156,59 кэВ (в 70,77 % случаев).

Спонтанное деление (вероятность 3,1(6)⋅10−10 %);

Вынужденное деление

Основная статья: Деление ядра

Кривая выхода продуктов деления урана-235 для различных энергий делящих нейтронов

В начале 1930-х годах Энрико Ферми проводил облучение урана нейтронами, преследуя цель получить таким образом трансурановые элементы. Но в 1939 году О. Ган и Ф. Штрассман смогли показать, что при поглощении нейтрона ядром урана происходит вынужденная реакция деления. Как правило, ядро делится на два осколка, при этом высвобождается 2—3 нейтрона (см. схему).

В продуктах деления урана-235 было обнаружено около 300 изотопов различных элементов: от Z = 30 (цинк) до Z = 64 (гадолиний). Кривая зависимости относительного выхода изотопов, образующихся при облучении урана-235 медленными нейтронами, от массового числа — симметрична и по форме напоминает букву «M». Два выраженных максимума этой кривой соответствуют массовым числам 95 и 134, а минимум приходится на диапазон массовых чисел от 110 до 125. Таким образом, деление урана на осколки равной массы (с массовыми числами 115—119) происходит с меньшей вероятностью, чем асимметричное деление, такая тенденция наблюдается у всех делящихся изотопов и не связана с какими-то индивидуальными свойствами ядер или частиц, а присуща самому механизму деления ядра. Однако асимметрия уменьшается при увеличении энергии возбуждения делящегося ядра, и при энергии нейтрона более 100 МэВ распределение осколков деления по массам имеет один максимум, соответствующий симметричному делению ядра.

Один из вариантов вынужденного деления урана-235 после поглощения нейтрона (схема)

Осколки, образующиеся при делении ядра урана, в свою очередь являются радиоактивными, и подвергаются цепочке β−-распадов, при которых постепенно в течение длительного времени выделяется дополнительная энергия. Средняя энергия, выделяющаяся при распаде одного ядра урана-235 с учётом распада осколков, составляет приблизительно 202,5 МэВ = 3,244⋅10−11 Дж, или 19,54 ТДж/моль = 83,14 ТДж/кг.

Деление ядер — лишь один из множества процессов, возможных при взаимодействии нейтронов с ядрами, именно он лежит в основе работы любого ядерного реактора.

Цепная ядерная реакция

Основная статья: Цепная ядерная реакция

При распаде одного ядра 235U обычно испускается от 1 до 8 (в среднем – 2,416) свободных нейтронов. Каждый нейтрон, образовавшийся при распаде ядра 235U, при условии взаимодействия с другим ядром 235U, может вызвать новый акт распада, это явление называется цепной реакцией деления ядра.

Гипотетически, число нейтронов второго поколения (после второго этапа распада ядер) может превышать 3² = 9. С каждым последующим этапом реакции деления количество образующихся нейтронов может нарастать лавинообразно. В реальных условиях свободные нейтроны могут не порождать новый акт деления, покидая образец до захвата 235U, или будучи захваченными как самим изотопом 235U с превращением его в 236U, так и иными материалами (например, 238U, или образовавшимися осколками деления ядер, такими как 149Sm или 135Xe).

Если в среднем каждый акт деления порождает ещё один новый акт деления, то реакция становится самоподдерживающейся; это состояние называется критическим (см. также Коэффициент размножения нейтронов).

В реальных условиях достичь критического состояния урана не так просто, поскольку на протекание реакции влияет ряд факторов. Например, природный уран лишь на 0,72 % состоит из 235U, 99,2745 % составляет 238U, который поглощает нейтроны, образующиеся при делении ядер 235U. Это приводит к тому, что в природном уране в настоящее время цепная реакция деления очень быстро затухает. Осуществить незатухающую цепную реакцию деления можно несколькими основными путями:

  • увеличить объём образца (для выделенного из руды урана возможно достижение критической массы за счёт увеличения объёма);
  • осуществить разделение изотопов, повысив концентрацию 235U в образце;
  • уменьшить потерю свободных нейтронов через поверхность образца с помощью применения различного рода отражателей;
  • использовать вещество — замедлитель нейтронов для повышения концентрации тепловых нейтронов.

Пушечная бомба

Тем не менее, бомба, сброшенная на Хиросиму 6 августа 1945 года, была сделана именно по вышеописанной схеме. Две ее детали, мишень и пуля, были изготовлены из высокообогащенного урана. Мишень была цилиндром диаметром 16 см и высотой тоже 16 см. В ее центре было отверстие диаметром 10 см. В соответствии с этим отверстием и была изготовлена пуля. Всего бомба содержала 64 кг урана.

Мишень была окружена оболочкой, внутренний слой которой был изготовлен из карбида вольфрама, наружный — из стали. Назначение у оболочки было двойным: удержать пулю, когда она воткнется в мишень, и отразить хотя бы часть вылетающих из урана нейтронов обратно. С учетом отражателя нейтронов 64 кг составляли 2,3 критических массы. Как же это выходило, ведь каждый из кусков был субкритическим? Дело в том, что, вынимая из цилиндра среднюю часть, мы уменьшаем его среднюю плотность и значение критической массы повышается. Таким образом, масса этой части может превышать критическую массу для сплошного куска металла. А вот увеличить массу пули таким образом невозможно, ведь она должна быть сплошной.

И мишень, и пуля были собраны из кусочков: мишень из нескольких колец малой высоты, а пуля из шести шайб. Причина проста — заготовки из урана должны были быть небольшими по размеру, ведь при изготовлении (отливке, прессовании) заготовки общее количество урана не должно приближаться к критической массе. Пуля была заключена в тонкостенную оболочку из нержавеющей стали, с крышкой из карбида вольфрама, как у оболочки мишени.

Для того чтобы направить пулю в центр мишени, решили использовать ствол обычной зенитной пушки калибра 76,2 мм. Вот почему бомбу такого типа называют иногда бомбой пушечной сборки. Ствол был расточен изнутри до 100 мм, чтобы в него вошел столь необычный снаряд. Длина ствола составляла 180 см. В его зарядную камеру загружался обычный бездымный порох, который выстреливал пулю со скоростью примерно в 300 м/с. А другой конец ствола запрессовали в отверстие в оболочке мишени.

У этой конструкции была масса недостатков.

Она была чудовищно опасной: после того как порох был загружен в зарядную камеру, любая авария, которая могла его воспламенить, привела бы к взрыву бомбы на полную мощность. Из-за этого зарядка пироксилина происходила уже в воздухе, когда самолет подлетал к цели.

При аварии самолета урановые детали могли соединиться и без пороха, просто от сильного удара о землю. Чтобы избежать этого, диаметр пули был на долю миллиметра больше диаметра канала в стволе.

Если бы бомба упала в воду, то из-за замедления нейтронов в воде реакция могла бы начаться даже и без соединения частей. Правда, при этом ядерный взрыв маловероятен, но произошел бы тепловой взрыв, с распылением урана на большую территорию и радиоактивным заражением.

Длина бомбы такой конструкции превышала два метра, и это фактически непреодолимо. Ведь критическое состояние достигалось, и реакция начиналась, когда до остановки пули было еще добрых полметра!

Наконец, эта бомба была очень расточительной: прореагировать в ней успевало меньше 1% урана!

Достоинство же у пушечной бомбы было ровно одно: она не могла не сработать. Ее даже не собирались испытывать! А вот плутониевую бомбу американцы должны были испытать: уж слишком нова и сложна была ее конструкция.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector