Уран да не тот

[Владимир Станкович]

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.

Изменено 6 Dec 2013 пользователем Владимир Станкович

[VIR]

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.

[Абрамий]

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.

[Владимир Станкович]

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

[dragon.nur]

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.

[Владимир Станкович]

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

[Владимир Станкович]

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.

[prostak_1982]

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

Только я там не писал, поэтому сразу не найду.

[prostak_1982]

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?!

[инженер-исследователь]

   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.

 

[dragon.nur]

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