Ядерное оружие

Imperator Reg777 · 01.04.2016

Ядерное оружие

По последним событиям с терроризмом в мире, стало интересно, насколько тяжело сделать ядерное оружие, или захватить базу с таковым?, ведь даже в развитых странах как Франция и Бельгия они умудряютя делать терракты!

Imperator Reg777 · 01.04.2016

ну а к примеру маленькую, может и реально

гламурное кисо · 01.04.2016

Сам по себе процесс цепной реакции ни для кого не секрет.

Первая сложность - заряд. Уран235, способный поддерживать цепную реакцию в природе очень редок. Либо плутоний 238. Которого в природе, если я не ошибаюсь, вообще не существует, весь получен искуственно. К тому же он еще и радиоактивнее на порядок.

Вторая сложность это технология сосздания самого заряда.
Если кто не знает для самоподдерживающей реации необходимо набрать определенное количесво(критическая масса) делящегося вещества.

Грубо говоря, вы должны взять два куска урана и слепить их вместе, тогда их суммарная масса стант больше критической и начнется реакция.
Тут и зарыта собака.

Когда вы их начнете сближать, они начнут обмениваться нейтронами и греться. Сначала до красна. Потом до бела, отом испарят нахуй любое устройство, котрое их сближает.

По этому сближать надо очень-очень быстро. Если не ошибаюсь, скорость сближения должна быть порядка 17 км. в сек.
Брали пушечный ствол, затыкали одним куском урана и стреляли в него другим. Но тоже как то хитро, ибо 17 км\сек химической взрывчаткой недостижимо.

Позде перешли к имплозивной схеме, далалсь сфера и взрывом внутрь сферы направлялось делящееся вещество. Но заряды надо было подрывать с милискеундной точностью, что требует дорогих и сложных решений.

Imperator Reg777 · 01.04.2016

гламурное кисо · 01.04.2016

AutomationEngineer сказав(ла):
Плутоний-238 замечателен тем, что прекрасно делится и "быстрыми" нейтронами - которые только что вылетели. Поэтому - да, в его случае разгонять уже не получится. Зато - у него есть несколько фазовых состояний с разной плотностью, и он переходит из одного в другое очень-очень быстро. Посему его взрывают, обкладывая сферу взрывчаткой, чтобы его фазовое состояние сменить. И тут уж микросекундные задержки между взрывами легко портят всю малину.
А если вспомнить, что и сам плутоний бывает разный, один делится хорошо, а другие - ещё лучше... в общем, там всё совсем весело

Здесь совершенно верно.

AutomationEngineer сказав(ла):
Я интересовался этим вопросом. Куски урана надо сближать так, чтобы они двигались быстрее нейтронов, из них вылетающих. При делении урана нейтроны вылетают с совершенно заоблачными скоростями. И вот уран-235 хорош тем, что такими нейтронами он - не делится. Поэтому эти нейтроны колотятся об атомы, разогревают кусок урана - и замедляются до более-менее вменяемых скоростей. Их называют "тепловыми нейтронами". И вот эти-то тепловые нейтроны очень весело делят уран-235.
Соответственно, скорость сближения определяется средней скоростью этого самого "теплового" нейтрона. А она - примерно 2 - 3 км/сек.

ТЫ сам понял, што написал?

Сближать надо быстре насрастания плотности нейтронного потока.

Хамелеон · 01.04.2016

гламурное кисо сказав(ла):
Здесь совершенно верно.

ТЫ сам понял, што написал?

Сближать надо быстре насрастания плотности нейтронного потока.

е=mc^2
c2h5oh

алексей · 01.04.2016

Призрак" сказав(ла):
Проще АЭС захватить

Может не надо, а?
Чернобыля мало...

slivеr™ · 01.04.2016

Imperator Reg777 сказав(ла):
насколько тяжело сделать ядерное оружие

Тяжело, да. Обогащённый уран на дороге не валяется. Но маркера хранятся у нас в Пятихатках. Как выглядит ядерный заряд, можно посмотреть в фильме "Миротворец" (1997) с Николь Кидман и Джоржем Клуни в главной роли. Ядерный заряд - две одинаковые полусферы обогащённого и обеднённого плутония в процентном соотношении 30/70% обклеенные шестиугольными пластинами пластида со взрывателями, по форме напоминающий футбольный мяч. Когда эти пластины взрываются, то полусферы сильно сдавливаются и происходит неконтролируемая цепная реакция. Правда это готовая боевая часть, а на АЭС ядерное топливо хранится в ТВЭЛах - колбах из жаропрочного стекла, а само топливо выполнено в виде прутков урана небольшой длинны, напоминающие строительную арматуру. Контролируемая цепная реакция в реакторе начинается, когда к обеднённому топливу приближают стержни с "маркерами" (обогащённый уран), которые создают в нашей лаборатории в Пятихатках. После определённого срока, отработанные стержни вынимают и укладывают в специальные бассейны с водой для охлаждения, которое может длится больше года. Дальше эти стержни перерабатывают на ядерные боеголовки - замкнутый цикл.

Burnash · 01.04.2016

гламурное кисо сказав(ла):
Сам по себе процесс цепной реакции ни для кого не секрет.

Естественно.

Первая сложность - заряд.

И единственная.

Уран235, способный поддерживать цепную реакцию в природе очень редок.

Вовсе не редок. Его полно. Стандартная панельная 9-этажка содержит в своих стенах (в составе гранитного щебня, использованного при производстве железобетона) как минимум несколько десятков грамм его.
Проблема в другом - он смешан с ураном-238, которого в 140 раз больше. И отделить их друг от друга достаточно сложно даже при современных технологиях.

Либо плутоний 238. Которого в природе, если я не ошибаюсь, вообще не существует, весь получен искуственно. К тому же он еще и радиоактивнее на порядок.

Плутоний-239.
Но годится и плутоний-240, и вроде даже 241. Либо их смесь. Извлечь ее можно чисто химическим путем (т.е. это не очень сложно) из отработанного топлива АЭС. Однако бомба получится неэффективной в плане мощности взрыва, так как цепная реакция в таком заряде разовьется слишком рано.
В принципе, потенциальные террористы могут пойти по такому пути - но вряд ли доживут до момента, когда их изделие будет готово. Так как придется работать с чрезвычайно радиоактивными веществами. Что, помимо всего прочего, позволит обнаружить эту работу хотя бы по повышению уровня радиации в определенном месте (можно отследить со спутника).
Это при полукустарном процессе.

Вторая сложность это технология сосздания самого заряда.

Для урана-235 тут нет вообще нет ничего сложного. Половина юзеров ХФ справилось бы с этим при наличии инструкции.
Для плутония сложнее -но тоже преодолимо, если не ставить целью максимальную эффективность.

Грубо говоря, вы должны взять два куска урана и слепить их вместе, тогда их суммарная масса стант больше критической и начнется реакция.
Тут и зарыта собака.

Нет ничего сложного.

Когда вы их начнете сближать, они начнут обмениваться нейтронами и греться. Сначала до красна. Потом до бела, отом испарят нахуй любое устройство, котрое их сближает.

Так и должно быть. Так атомный взрыв и происходит. Уран можно сближать при помощи порохового заряда, например.

По этому сближать надо очень-очень быстро. Если не ошибаюсь, скорость сближения должна быть порядка 17 км. в сек.

Для плутония. Для урана хватит сотен метров в секунду - в нем важнее выброс нейтронов на финальной стадии, т.е. нужен источник нейтронов (это тоже не такая сложная штука, есть куча вариантов его).

Брали пушечный ствол, затыкали одним куском урана и стреляли в него другим. Но тоже как то хитро, ибо 17 км\сек химической взрывчаткой недостижимо.

С ураном так и делали, но там не нужна такая скорость. С плутонием использовали имплозию, когда ударная волна внешнего взрыва сжимает шарик из плутония (взрыв можно вызвать не только увеличением массы, но и увеличением плотности). Правильная конфигурация заряда позволяет достичь таких скоростей очень легко (они характерны например, для кумулятивной струи в соответствующих боеприпасах).

Но опять же - если не ставить задачу именно мощный взрыв, все можно делать проще.

Позде перешли к имплозивной схеме, далалсь сфера и взрывом внутрь сферы направлялось делящееся вещество. Но заряды надо было подрывать с милискеундной точностью, что требует дорогих и сложных решений.

Индусы обошлись без этого в своей первой бомбе. Подрывали всего 5 внешних зарядов обычными электродетонаторами. Взорвалась. Вместо 20-25 килотонн получилось "всего" 4, но взорвалась.

April_Rose · 01.04.2016

Imperator Reg777 сказав(ла):
По последним событиям с терроризмом в мире, стало интересно, насколько тяжело сделать ядерное оружие, или захватить базу с таковым?, ведь даже в развитых странах как Франция и Бельгия они умудряютя делать терракты!

сравнили теракт и захват базы с ядерным оружием, и вообще
теракт это не равно бомба
если вы сегодня ночью обольете бензином все этажи высотного дома, дом подожжете и единственный выход заблокируете - это тоже будет называться терактом

впрочем как и порча городской администрации также будет являться терактом

к чему я веду, вы я любой петя вася катя даша- чет переклинит в голове и все- может совершить все что угодно и от этого нельзя застраховаться или как либо заранее предотвратить - в какой бы развитой стране мира это не происходило

Burnash · 01.04.2016

slivеr™ сказав(ла):
Ядерный заряд - две одинаковые полусферы обогащённого и обеднённого плутония в процентном соотношении 30/70%

AutomationEngineer сказав(ла):
Я интересовался этим вопросом. Куски урана надо сближать так, чтобы они двигались быстрее нейтронов, из них вылетающих. При делении урана нейтроны вылетают с совершенно заоблачными скоростями. И вот уран-235 хорош тем, что такими нейтронами он - не делится. Поэтому эти нейтроны колотятся об атомы, разогревают кусок урана - и замедляются до более-менее вменяемых скоростей. Их называют "тепловыми нейтронами". И вот эти-то тепловые нейтроны очень весело делят уран-235.
Соответственно, скорость сближения определяется средней скоростью этого самого "теплового" нейтрона. А она - примерно 2 - 3 км/сек.
Плутоний-238 замечателен тем, что прекрасно делится и "быстрыми" нейтронами - которые только что вылетели. Поэтому - да, в его случае разгонять уже не получится. Зато - у него есть несколько фазовых состояний с разной плотностью, и он переходит из одного в другое очень-очень быстро. Посему его взрывают, обкладывая сферу взрывчаткой, чтобы его фазовое состояние сменить. И тут уж микросекундные задержки между взрывами легко портят всю малину.
А если вспомнить, что и сам плутоний бывает разный, один делится хорошо, а другие - ещё лучше... в общем, там всё совсем весело

Еще раз

гламурное кисо сказав(ла):
Сближать надо быстре насрастания плотности нейтронного потока.

Вот. В уране 235 источником нейтронов является его спонтанное деление. А в нем это очень редкий процесс (ЕМНИП, период полураспада его по каналу спонтанного деления порядка 10^30 лет). Т.е. гипотетически за время сближения двух кусков урана может вообще не произойти ни одного распада с образованием нейтронов.
Практически они будут - из-за примесей. Но сближать можно гораздо медленней, чем тот же плутоний (особенно плутоний-240), в котором нейтронов образуется очень много.

Так или иначе имеем следующую ситуацию: Из урана 235 бомбу сделать очень легко, но получить (вернее выделить) сам этот изотоп очень тяжело.
Плутоний получить гораздо легче, но с изготовлением бомбы придется помучиться.

На практике используют плутоний-239, для получения которого строят специальные реакторы (в обычном много образуется плутония-240 и более тяжелых его изотопов).
Это компромиссный вариант: плутоний-239 и получить не так уж сложно и трудоемко, и бомбы из него достаточно эффективные выходят.

Однако наличие у террористов реактора, предназначенного для наработки плутония-239 несколько сомнительно.

X COM · 01.04.2016

Imperator Reg777 сказав(ла):
стало интересно, насколько тяжело сделать ядерное оружие, или захватить базу с таковым?

Сначала надо окончить среднюю школу, потом институт - это как минимум.

slivеr™ · 01.04.2016

Burnash сказав(ла):

Ничего смешного, так было в

Тільки зареєстровані користувачі бачать весь контент у цьому розділі

на 1:55:30. Не будут же голливудские режиссёры придумывать сказки :rolleyes:

.

Burnash · 02.04.2016

slivеr™ сказав(ла):
Ничего смешного, так было в
Тільки зареєстровані користувачі бачать весь контент у цьому розділі
на 1:55:30. Не будут же голливудские режиссёры придумывать сказки.

Просто... Понимаешь... Уже одного только словосочетания "обедненный плутоний" достаточно для такого вот смайла: :рл:

Anri@ сказав(ла):
Burnash вопрос к тебе как к авторитетному мэну.
Вот интересно,радиоактивные элементы открыты давно,давно изучены,найдена критическая масса при которой начинают движение элементарные частицы,а энергию добываем как и сто лет назад.Греем воду и паром дуем на турбину,только вместо дров и угля уран.
А почему не использовать эти самые нейтроны?Ну там разместить скажем внутри реактора по типу конденцатора (диелектрик и проводник) чтобы електроны его подзаряжали???
В ядерной физике я вобще ноль да и в физике тоже ноль.Но мысль я думаю ясна?

Ну, исходя из того, что горение (угля, дров, кизяков) - это тоже процесс перераспределения электронов между разными атомами, можно было бы предположить, что удастся зарядить мобильник непосредственно от зажженной спички. Пусть электроны от углерода и водорода (из спички) перед тем, как перейти к кислороду воздуха пройдут через аккумулятор, зарядив его?
Но на практике они не хотят это делать. Двигаются туда, куда им самим хочется, просто передавая энергию молекулам хаотическим образом (т.е. создавая тупо тепло).

Хотя топливные элементы (в которых электроны так и делают) известны уже 150 лет, но подвижки пока не очень. С водородом в виде топлива и платиной как катализатор нормально ток дают, а вот с остальными компонентами - хреновато.

Ну а заставить заряженные продукты деления ядер урана лететь не куда попало, а упорядоченно - это вообще круто. Можно, конечно пофантазировать о урановых пленках нанометровой толщины, которые поместить в сильное магнитное поле - но это все настолько сложно дорого и громоздко, что даже пока еще толком не построенный термоядерный реактор окажется детской игрушкой.
К тому же подозреваю, что теоретический КПД такой штуки будет не сильно больше, чем у обычного реактора. При делении ядра урана ведь основная энергия - это энергия просто разлетающихся в разные стороны кусков ядра (т.е. это тепло и есть). Нейтроны уносят немного (к тому же они электрически нейтральны, их для электричества не используешь).

Еще немного энергии выделится при бета распаде (с выделением электронов) продуктов деления ядра (в том числе и самих нейтронов, которые тоже бета-радиоактивны) -и часть ее гипотетически можно было бы сразу превратить в электричество, захватив улетающие электроны. Но! Это такой мизер по сравнению с теплом реактора, что не имеет смысла заморачиваться. Это все равно, что поджечь на месторождении газовый факел и пытаться утилизовать электроэнергию молний, которые иногда возникают при таких пожарах.

Burnash · 02.04.2016

Anri@ сказав(ла):
Спасибо что разъяснил.Интересно как думаешь разработки в этой области ведутся?

Именно в этой - вряд ли, так как скорее всего там даже теоретически невозможно добиться результата.

Ну а что-то близкое (использовать энергию нейтронов для накачки рентгеновского лазера, например) -велось, и возможно ведется. Как всегда, в военных целях.

Anri@ сказав(ла):
И почему ты говоришь что

Потому что когда делится ядро урана, его осколки (и нейтроны) разлетаются в произвольных направлениях. Нельзя заставить их лететь куда-то именно. Это вызвано в том числе и фундаментальными физическими причинами (квантовой неопределенностью).
А тепло это и есть неупорядоченное движение молекул (или атомов, или вообще любых частиц). То, что энергия осколков сразу после деления соответствует температурам в сотни миллионов градусов, это тут ничего не меняет. С точки зрения термодинамики это все равно тепло.

Т.е. при делении урана энергия (ее большая часть) изначально выделяется в виде тепла. И утилизовать ее можно только как тепло . А это значит - тепловая машина, цикл Карно и т.п.
Так что паровая турбина тут вполне нормальный вариант.

алексей · 02.04.2016

Burnash сказав(ла):
А это значит - тепловая машина, цикл Карно и т.п.
Так что паровая турбина тут вполне нормальный вариант.

Бурнаш, просвети плизз, зачем в вышеозначенном цикле воду греют-пар- турбина-градирня - и снова воду греют.
Не пойму зачем охладить, что бы снова нагреть???
СПС.

Burnash · 02.04.2016

Тут сразу важный момент.
В градирне охлаждают не ту воду, которая в виде пара крутила турбину, а ту, которая использовалась для превращения этого пара обратно в воду в теплообменнике.

Т.е. смысл охлаждения -превратить пар обратно в воду перед тем как вернуть ее обратно в реактор (или в котел ТЭС, тут не важно).

Зачем это нужно.
Давление в котле и перед турбиной -высокое. Давление после турбины низкое, и возвращая воду в котел приходится ее перекачивать из зоны низкого давления обратно в зону высокого. Намного легче перекачать жидкую несжимаемую воду небольшого объема, чем газообразный пар большого объема, который еще и будет сжиматься насосом, потребляя дополнительную энергию.

Если не превращать пар обратно в воду, то получим тепловую машину работающую чисто на газе (паре) в качестве рабочего тела. При этом энергия, которая выделилась в турбине из-за расширения сжатого пара в значительной степени будет обратно поглощена компрессором, который этот пар будет сжимать и направлять в котел.
Работать оно в принципе может (так как в котле рабочее тело все же нагревается и приобретает дополнительную внутреннюю энергию) - но КПД будет очень мал.

Вообще, такой принцип работы использовался даже до турбин - на продвинутых паровых машинах, где пар из цилиндров не выбрасывался, а поступал в радиатор, превращался там в воду и закачивался насосом обратно в котел. КПД при этом доходил до 20-25%, т.е. лучше чем у 2-тактных бензиновых двигателей.

алексей · 02.04.2016

Burnash сказав(ла):
Тут сразу важный момент.
В градирне охлаждают не ту воду, которая в виде пара крутила турбину...

...

Вообще, такой принцип работы использовался даже до турбин - на продвинутых паровых машинах, где пар из цилиндров не выбрасывался, а поступал в радиатор, превращался там в воду и закачивался насосом обратно в котел. КПД при этом доходил до 20-25%, т.е. лучше чем у 2-тактных бензиновых двигателей.

Спасибо, с 1 пунктом прояснил, спасибо!

А вот с продвинутыми паровыми машинами снова не понял.
Про не сброс пара, его охл. в конденсаторе и закачку воды обратно в котел ясно, но я не догоняю, они воду экономили что ли?
Пар.маш. были большие и стационарные, с водой проблем тоже не особо, технически проще пар выпускать, а на питания котла свежую воду давать, или проблема накипи тоже не последняя в КПД П.М.?

Burnash · 02.04.2016

Кстати, если рядом есть крупный водоем, то можно обойтись без градирни. Тогда в теплообменник подают просто воду из этого водоема.

По паровым машинам -да, экономия воды и отсутствие нароста накипи это важные вещи. Но также немаловажно то, что идет экономия тепла. Технически пар, конечно же проще выпускать, но КПД при этом будет ниже.

Потому что смотри - на что расходуется тепло топлива:
1. Воду в котле нужно нагреть до кипения. (336 килоджоулей на 1 кг воды при нагреве от 20 до 100).
2. Ее нужно испарить (2700 килоджоулей на 1 кг воды при атмосферном давлении).

Т.е более 10% энергии топлива идет на подогрев воды. После радиатора- коненсатора она и так имеет температуру, близкую к 100 градусам и греть ее не надо. Затраты энергии на закачку жидкой воды в котел небольшие.

Конечно, при повышенном давлении вода кипит при более высоких температурах и цифры будут немного иные - но суть, думаю, ясна.

К тому же при использовании паровой машины со многоступенчатым расширением техническое усложнение из-за радиатора и насоса уже не очень велико. И плюс появляется возможность увеличить мощность последнего цилиндра, так как при конденсации в радиаторе может возникнуть давление даже меньше атмосферного.

алексей · 02.04.2016

Burnash сказав(ла):
Т.е более 10% энергии топлива идет на подогрев воды. После радиатора- коненсатора она и так имеет температуру, близкую к 100 градусам и греть ее не надо. Затраты энергии на закачку жидкой воды в котел небольшие.

Вот оно, зерно истины!
Спасибо за подробное и развернутое разьяснение.
Стыдно признаться, но по ХПИшной теплотехнике имею честные 4 балла))