Sign in to follow this  
Followers 0

Уран да не тот


11 posts in this topic

Posted (edited)

Общеизвестно что "немирный" атом в основном представлен U-235 и Pu-239. Куда менее известен другой изотоп урана - U-233.

Открыт он был в ходе проекта "Манхеттен", боеприпасы на нем были сделаны в каком то количестве и даже испытаны (операция "Тореадор" , 1955 год) а сейчас вроде бы с ним работают индийцы.

Развилка образовалась в ходе вышеупоминавшегося "Манхеттена" - уран -233 все же сочли перспективным и начали работы в этом направлении. Привлекла руководство проекта одна деталь - если уран-235 нужно было долго и нудно выделят из природного урана то U-233 получить технически заметно проще - он образуется при облучении тория в реакторе (причем минимальный срок облучения ЕМНИП 4 месяца). А торий надо отметить до войны уже научились получать в промышленных количествах - его соли применяли для калильных сеток керосиновых и газовых ламп

http://traditio-ru.o...i/Газовая_лампа

(В США производство таких сеток составляло временами 15-20 миллионов в год)

И при этом получившийся уран 233 выделяется из тория обычной химической экстракцией. В ситуации когда опыты с имплозией не обещали 100% результата ученые и Гровс решили подстраховаться.

Но до боевого применения дело не дошло - все же Нейман с Неддермеером справились и как и в нашей реальности сперва была взорвана "Штучка" а потом и "Толстяк". А материалы по уран-ториевому проекту были сданы в архив а потом и рассекречены - как были например рассекречены материалы по электромагнитной сепарации урана. Максимум - произойдет аналог "Чайника" но раньше.

СССР тоже впрочем не стал с этим направлением заморачиваться, да и британцы проигнорировали - и примерно до середины 50х все шло как и в нашей истории. Но потом эта идея попалась на глаза разным амбициозным личностям - от Мао Цзедуна и французов и Перона с Кубичеком.

Им были известны ее недостатки - но также и достоинства которых было ровно два - отсутствие необходимости обогащать уран всякими там центрифугами и мембранами а главное -то что можно было применить пушечную схему подрыва.

И США сосредоточившиеся на "красном ядерном медведе" и тем более СССР занятый увеличением своего скромного арсенала в какой то момент протупили - а может кто то в обеих столицах втайне понадеялся что гипотетической бомбой угостят оппонента ;)

В итоге к середине 1960х в мире появилось не две а минимум полдюжины новых ядерных держав - от Аргентины до Югославии.

Тут только великие державы обеспокоились и начали что то говорить о ядерном нераспространении - но подписанный в 1968 году договор мало что изменил - тем более Китай и Франция к нему не присоединились. Таким образом к XXI веку на Земле насчитывается примерно 30 а то и больше ядерных держав -как и предполагал в свое время глава МАГАТЭ эль Барадей.

Edited by Владимир Станкович

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

и Гровс решили подстраховаться.

Вряд ли такого уровня вопросы решал Гровс. Но подстаховка и так была - одновременно делали плутониевую бомбу. Причем, даже не для подстаховки - целая группа ученых в Штатах считала, что надо делать плутониевую.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Там одна маленькая проблема .

Подводным камнем здесь является примесь U-232 в U-233 и отделить U-232 от U-233 намного сложней чем обогащение природного урана .

Этот изотоп урана ( U-233 ) с периодом полураспада 162 000 лет не встречается в природе. Его можно получить из тория-232, облучением нейтронами, наподобие производства плутония:

Th232 + n -> Th233

Th233 -> (22.2 м, бета-распад) -> Pa233

Pa233 -> (27.0 дней, бета-распад) -> U233

Наряду с этой, может протекать двухстадийная побочная реакция, венчающаяся образованием U-232:

Th232 + n -> T231 + 2n

Th231 -> (25.5 ч, бета-распад) -> Pa231

Pa231 + n -> Pa232

Pa232 -> (1.31 дней, бета-распад) -> U232

Наработка урана-232 в ходе этой реакции зависит от присутствия в значительных количествах быстрых (нетепловых) нейтронов, ибо сечение первой реакции этого цикла слишком мало для тепловых скоростей. Если в исходном веществе находится Th-230, то образование U-232 дополняется реакцией:

Th230 + n -> Th231

и далее как указано выше.

Наличие U-232 очень важно из-за последовательности распада:

U232 -> (76 лет, альфа-распад) -> Th228

Th228 -> (1.913 лет, альфа-распад) -> Ra224

Ra224 -> (3.64 дней, альфа- и гамма-распад) -> Rn220

Rn220 -> (55.6 с, альфа-распад) -> Po216

Po216 -> (0.155 с, альфа-распад) -> Pb212

Pb-212 -> (10.64 ч, бета- и гамма-распад) -> Bi212

Bi212 -> (60.6 мин, бета- и гамма-распад) -> Po212

альфа- и гамма-распад) -> Tl208

Po212 -> (3x10-7 с, альфа-распад) -> Pb208 (стабилен)

Tl208 -> (3.06 мин, бета- и гамма-распад) -> Pb208

Большое количество энергичных гамма-лучей выделяется с началом быстрой последовательности распада Ra-224. Около 85% всей общей энергии образуется при распаде последнего члена последовательности - тантала-208 - энергия гамма-лучей до 2.6 МэВ.

Накопление U-232 неизбежно при производстве U233 . Это аналогично накоплению помимо Pu-239 других изотопов плутония, только в гораздо меньшей степени. Первая реакция цикла требует нейтронов с энергией не менее 6 МэВ. Такими энергиями обладает очень небольшое количество нейтронов деления и если зона воспроизводства тория находится в такой части реактора, где она облучается умеренно быстрыми нейтронами (~ 500 кэВ) эта реакция может быть практически исключена. Вторая реакция (с Th-230) превосходно идет и с тепловыми нейтронами. Отсюда снижение образования U-232С требует загрузки тория с минимальной концентрацией Th-230.

В течении первых пары лет после производства U-233 U-232 , уровень Th-228 сохраняется на постоянном уровне, находясь в равновесии с собственным распадом. В этом периоде фоновое значение гамма-излучения устанавливается и стабилизируется. Таким образом, первые несколько лет произведенная масса U-233 может испускать значительное гамма-излучение. Десятикилограммовая сфера U-233 оружейной чистоты (5 миллионных долей U-232 создает фон 11 миллибар/час на расстоянии 1 м спустя 1 месяц после производства, 110 миллибар/ч через год, 200 миллибар/ч через 2 года. Обычная камера с перчатками, используемая для сборки ядер бомб, быстро создает трудности с безопасностью для сотрудников. Ежегодная предельная доза в 5 бэр превышается уже через 25 часов работы с таким материалом. Даже свежий U-233 (1 месяц со дня изготовления) ограничивает время сборки десятью часами в неделю.

В полностью собранном оружии уровень радиации может снижаться поглощением корпусом заряда. В современных облегченных устройствах снижение не превышает 10 раз, создавая проблемы с безопасностью. В более тяжеловесных зарядах поглощение много более сильное - в 100 - 1000 раз. Рефлектор из бериллия увеличивает уровень нейтронного фона:

Be9 + гамма-квант -> Be8 + нейтрон

Гамма-лучи U-232 образуют характерную сигнатуру, их можно обнаружить и отследить передвижения и наличие атомного заряда.

Производимый по ториевому циклу специально денатурированный U-233(0.5 - 1.0% U-232), создает еще большую опасность. Такая же 10-килограмовая сфера, как описанная выше, только изготовленная из такого материала, на расстоянии 1 м через 1 месяц создает фон 11 бэр/час, 110 бэр/ч через год и 200 бэр/ч через 2 года. Обработка и изготовление такого урана идет только в специальных боксах, с применением механических манипуляторов (они используются при создании тепловыделяющих сборок для атомных станций). Если попытаться произвести атомную бомбу из этого вещества, даже при сокращении излучения в 1000 раз, непосредственный контакт с таким изделием ограничивается 25 часами в год. Таким образом, наличие заметной доли U-232 в делящемся веществе делает его крайне неудобным для военного применения.

Короткий период полураспада у U-232 делает его очень активным источником альфа-частиц. U-233 с 1% U-232 имеет в три раза более сильную альфа-радиоактивность, чем оружейный плутоний и, соответственно, большую радиотоксичность. Эта альфа-активность вызывает рождение нейтронов в легких элементах заряда, представляя даже более серьезную проблему, чем реакция бериллия с гамма-квантами. Для минимизации этой проблемы присутствие таких элементов как бериллий, бор, фтор, литий должно быть как можно меньшим. Наличие нейтронного фона совершенно не влияет на имплозионные системы и и пушечные системы , так как он все равно меньше, чем у плутония. Для пушечных проектов требуемый уровень чистоты по легким материалам - одна часть к миллиону. Хотя такая очистка урана нетривиальная задача, она не выходит за рамки стандартных химических методов очистки. Это демонстрируют хотя бы возможности электронной промышленности по изготовлению кремния даже более высокой чистоты.

U-233 имеет интенсивность спонтанного деления 0.47 делений/с*кг. U-233 имеет интенсивность спонтанного деления 720 делений/с*кг

U233- 9.636 милликюри/г, давая альфа-активность (и радиотоксичность) примерно 15% от плутония. Всего 1% U-232 увеличивает радиоактивность до 212 милликюри/г.

Несмотря на недостаток в виде сильной гамма- и нейтронной радиоактивности вызванной примесью U-232, U-233 прекрасный делящийся материал для ядра атомной бомбы. Он обладает меньшей критической массой, чем U-235 и его ядерные характеристики сходны с плутонием. США производили испытания зарядов на основе U-233 в операции Teapot в 1957 году. Индия придает большое значение U-233 как части исследования и производства оружия и официально включила производство изотопа в свою ядерную программу.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Обычная камера с перчатками, используемая для сборки ядер бомб, быстро создает трудности с безопасностью для сотрудников. Ежегодная предельная доза в 5 бэр превышается уже через 25 часов работы с таким материалом. Даже свежий U-233 (1 месяц со дня изготовления) ограничивает время сборки десятью часами в неделю.

Это так - но и нижеуказанное верно

U-233 прекрасный делящийся материал для ядра атомной бомбы. Он обладает меньшей критической массой, чем U-235 и его ядерные характеристики сходны с плутоние

Решений в этом случае напрашивается два -одно сложное и второе простое - хотя оба не дешевые. В первом случае создается дистанционный манипулятор специально для сборки заряда. Во втором в подразделениях особого риска на месте одного человека работает пять шесть сменяя друг друга...

При арсенале в несколько десятков в среднем боезарядов это некритично

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

233 придётся рвать имплозией, а не факт, что аллотропия и прочие приколы позволят, уран это не плутоний. Пушечная схема а-ля Худыш не получится по той же причине, что и с плутонием.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

233 придётся рвать имплозией, а не факт, что аллотропия и прочие приколы позволят, уран это не плутоний. Пушечная схема а-ля Худыш не получится по той же причине, что и с плутонием.

Во первых - все таки точно придется или нет? Во вторых - кажется в ходе "Чайника" рвали именно имплозивный заряд

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

http://pn64.livejournal.com/45106.html


    "*Отчет об испытаниях образца урана-233*(*)
        В конце 1945 г. Лаборатории № 2 было поручено Техническим советом
    провести _исследования с образцом урана-233, имеющим вес 0,16 мг_./
    /За истекшее время был выполнен ряд опытов с этим образцом, имевшим
    целью идентифицировать уран-233 по энергии альфа-частиц и периоду
    полураспада и определить сечение деления и период полураспада для
    самопроизвольного деления этого вещества...
    На основе проведенных опытов показано, что уран-233 делится
    медленными нейтронами и является веществом, пригодным, наряду с
    ураном-235 и плутонием, для осуществления атомной бомбы. Показано
    также, что вопросы сближения масс урана-233 в атомной бомбе не
    встретят больших трудностей, связанных с возможностью
    преждевременного взрыва.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Кстати, вроде бы была уже тема с массовым распространением ЯО.

Только я там не писал, поэтому сразу не найду.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Вы же ее и открывали: http://fai.org.ru/forum/topic/35118-atomnoe-oruzhie-na-nizkoobogashhennom-urane/

Что за дела? Некоторые коллеги с циклом в один год открывают одни и те же темы.

Восстановить что ли свою тему о русском канцлере Бисмарке?!

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

   Если в уране 233 нет примесей дейтерия или бериллия , то работоспособной может быть и пушечная схема, наличие малейших примесей этих веществ приводит к тому, что гамма-фон от примеси урана-232 вызывает выбивание нейтронов из этих элементов, которые создают неприятный нейтронный фон,который в пушечной схеме может привести к преддетонации.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Кстати о. Макгвайер говорит у Симонова в треде об Орионе, что пушечная для 233 действительно достижима.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!


Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.


Sign In Now
Sign in to follow this  
Followers 0