Как нейтрализовать ядерную бомбу
Sep. 6th, 2022 07:59 pm![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
fonzeppelinВ статье про ракеты GAR-1 "Falcon" я затронул вопрос нейтрализации ядерного оружия посредством нейтронного облучения. Поразмыслив, я пришел к выводу, что вопрос этот достаточно интересен для отдельного рассмотрения.
Итак, для начала напомним, как работает ядерная бомба. Вне зависимости от конкретной конструкции, основной принцип - это быстро собрать делящийся материал (обогащенный уран или плутоний) в массу выше критической. Такую, в которой нейтроны, высвобождающиеся от каждого деления атома урана/плутония, будут расщеплять более одного атома урана/плутония. Цепная реакция пойдет по нарастающей с непрерывным выделением тепла, пока не высвободится столько энергии, что делящийся материал превратится в газ, затем в плазму, и стремительно расширится, сметая и испаряя все вокруг.
Ключевое слово тут «быстро». Если скорость сборки недостаточна, то цепная реакция с выделением тепла пойдет еще до того, как сверхкритическая масса будет полностью собрана. И эта выделяющаяся энергия разрушит бомбу, разбросав ее делящийся материал, прежде, чем основная его часть успеет прореагировать. Вместо атомного взрыва выйдет этакий атомный пшик, мощностью в несколько десятков, от силы сотен тонн тротилового эквивалента. Такой результат называют «шипучкой» (англ. fizzle).
Вполне естественно, что заставить неприятельскую атомную бомбу выдать «шипучку», и вместо могучего взрыва развалиться невзрачным пшиком (пускай даже и весьма грязным, за счет разлета непрореагировавшего атомного топлива) — весьма заманчивая идея. Но замедлить скорость сборки мы - без прямого доступа к бомбе - не можем. Зато можем другое: инициировать в бомбе цепную реакцию заранее, чтобы имеющейся скорости сборки уже было недостаточно.
Чтобы искусственно индуцировать «шипучку» в неприятельской атомной бомбе, нам нужно облучить ее мощным потоком нейтронов. Откуда взять такой поток? Самый простой способ — взорвать рядом с неприятельской бомбой свою собственную, спроектированную с расчетом на максимальный выход радиации (т.н. «нейтронную бомбу»). Пронизывая делящийся материал неприятельской бомбы, наши нейтроны будут провоцировать в нем цепную реакцию заранее. Конечно, такая реакция будет не самоподдерживающейся — критической массы-то пока нет! — и постепенно затухнет. Но процесс ее затухания займет время. И если в это время неприятель попытается взорвать свою бомбу, то скорости сборки уже не хватит, чтобы обогнать цепную реакцию. Бомба выдаст «шипучку».
Именно идея искусственно индуцируемой «шипучки» была главным аргументом в пользу создания атомных зенитных ракет (наземные MIM-14 "Nike-Hercules", CIM-10 "Bomarc", корабельная RIM-8 "Talos") и атомных ракет «воздух-воздух» (неуправляемая AIR-2 "Genie", управляемая AIM-24 "Super Falcon") в конце 1950-ых. Американские генералы достаточно логично считали, что в случае новой мировой войны, советские атомные бомбы, скорее всего, будут переведены в режим «мертвой руки» — как собирались сделать сами американцы. В этом случае даже если сбить бомбардировщик, бомбы взорвутся при падении. Поскольку речь шла о мегатонных термоядерных зарядах, то полномасштабный взрыв даже в безлюдной местности был бы опасен: огромное облако радиоактивных осадков могло дотянуться до населенных районов.
Искусственно индуцированная «шипучка» же позволяла нейтрализовать боевую нагрузку неприятельского бомбардировщика, гарантировав, что она не сработает — даже если самолет дотянет до цели и сбросит-таки свои бомбы. Разумеется, полностью избавиться от урона было невозможно: «шипучка» от мощного заряда все равно была бы достаточно опасным (и очень радиоактивным) взрывом. Но «отчищать несколько кварталов от радиоактивного заражения» все же казалось куда лучшей перспективой, чем «выкапывать миллионы трупов из руин мегаполиса»...
На таком же принципе основывались и ранние концепты противоракетной обороны — американская «Найк-Зеус» и «Найк-Х», советская А-35. Идея была аналогична: заставить входящие в атмосферу неприятельские боеголовки выдать «шипучку». Дополнительным преимуществом было то, что нейтронное облучение весьма опасно для микроэлектроники — близкий взрыв атомной противоракеты мог вывести из строя электронные компоненты взрывателя бомбы.
Почему же сейчас подобные решения практически не применяются? Главной причиной стало развитие технологий ядерного оружия. Доминирующей схемой ядерных боеголовок, начиная с 1970-ых стала «бустеризированная ядерная» (англ. «boosted fission»). В такой боеголовке, внутри заряда делящегося материала, находится небольшое количество термоядерного топлива — дейтериево-тритиевой смеси. Когда бустеризированная сборка запускает цепную реакцию деления, выделяющееся тепло нагревает термоядерное топливо, и в нем начинается реакция синтеза. Слабенькая, но со значительным выделением нейтронов — которые вылетают прямо в делящийся материал, и в свою очередь многократно усиливают реакцию распада в нем. Таким образом, нейтронный поток от термоядерной реакции «дожигает» делящийся материал, многократно увеличивая эффективность бомбы.
Почему же бустеризированные ядерные бомбы нечувствительны к «шипучке»? Все дело в том, что для начала реакции синтеза в них достаточно и некритической сборки. А когда пойдет синтез — то нейтронный поток от него сам «дожжет» атомное топливо. Американцы утверждают, что в их современных зарядах достаточно прореагировать всего 1% урана/плутония, чтобы давление и температура запустили реакцию синтеза, и бомба «дожгла» бы себя до полной мощности.
Именно поэтому современная противоракетная оборона более не надеется на нейтронные боеголовки как основное средство перехвата. Против бустеризированных бомб они малоэффективны — их эффект сводится к поражению электроники — а создаваемая ими засветка на радарах изрядно мешает дальнейшим перехватам. Внимание военных сместилось на кинетические методы перехвата, гарантирующие механическое разрушение неприятельской боеголовки.
Источники: US nuclear weapon archive)
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
no subject
Date: 2022-09-07 07:48 pm (UTC)(внутри материала-то), это что-то немедленно развалилось с вылетом нейтронов. Стандартная схема нейтронного источника либо на калифорнии либо на таких вторичных нейтронах из всякой легкой гадости типа бериллия.
Да и само по себе оно тоже замечательно прет, хоть и не в чистом виде. Гуглить "нейтронный распад". Он очень быстрый, поэтому в нормальном состоянии незначим — изотопы, способные нейтронно-распасться, все распались, но на обломках ядреной реакции это совсем не "нормальное состояние", там такие изотопы постоянно поступают новые в результате спонтанного деления всякой экзотики из этих обломков.
no subject
Date: 2022-09-07 09:08 pm (UTC)Вот даже и сейчас, например:
https://www.rbc.ru/rbcfreenews/609d408e9a7947936b467651
"...ученые Института проблем безопасности атомных электростанций (ИПБ АЭС) НАН Украины заявили о росте плотности потока нейтронов после сооружения новой защитной оболочки над четвертым энергоблоком атомной электростанции. По их словам, к росту количества нейтронов привело то, что новая арка над разрушенным в результате аварии энергоблоком (она накрыла устаревший саркофаг «Укрытие») исключила поступление осадков внутрь, в результате начался процесс испарения и потери влаги лавообразными топливосодержащими материалами (ТСМ), которые скопились в одном из подреакторных помещений «Укрытия»."
- каждый раз, когда такая фигня происходит, это из-за изменения критичности, ну и в мизерных масштабах, сравнимых с потоком спонтанных нейтронов деления:
"...корректней говорить, что реакции спонтанного деления на ЧАЭС происходила всегда. «У изотопов урана есть такой природный феномен, как спонтанное деление (деление без внешнего воздействия). Это редкий процесс, но тем не менее в результате него в местах скопления урана фиксируется нейтронный поток (хотя и очень низкий)», — заявил Уваров.
При этом ученый также считает, что изменение нейтронных потоков связано со строительством нового саркофага и сокращением доступа воды внутрь блока."
То есть в первом приближении никакая подкритичная масса нейтронов иметь в энергетически значимых масштабах вообще не будет, хоть с продуктами распада, хоть без. Спонтанные нейтроны маленько могут подрасти, ну так на то имплозионная схема и нужна, чтобы сжимать шарик быстро, и чтобы спонтанные нейтроны от плутония не устроили цепную реакцию раньше времени — а у плутония их по-любому на порядки больше, чем у урана, который и пушечной схемой можно взорвать.
Пушечной схеме, конечно, может и поплохеть, но кто ее сейчас использует, эту пушечную схему? А любой плотности внешний нейтронный поток произведет настолько мизерное количество изотопов за время своего действия с любого расстояния, с которого всю эту конструкцию еще не разнесет в клочья, что произведенные этими изотопами дополнительные нейтроны нужно будет искать с микроскопом.
Ну, то есть это я так думаю. Всё это, конечно, надо бы посчитать, если по уму, но ход моих мыслей здесь примерно такой: если в годами индустриально облучаемом реакторном топливе количество нейтронов в подкритике сравнимо с количеством спонтанных нейтронов деления урана и плутония (которого там всего-то около процента), то что уж говорить о количестве изотопов, наработанных внешней нейтронной вспышкой любой мощности — она ведь происходит от такой же бомбы, с таким же количеством активного материала, что и определяет ее общий нейтронный выход, но когда ее выходящий нейтронный поток размазывается по четырем пи эр квадрат сферы диаметром минимум в сотни метров, то сколько там достанется маленькому урановому или плутониевому шарику, и сколько изотопов эти нейтроны смогут в нем создать?
no subject
Date: 2022-09-07 09:40 pm (UTC)В ОЯТ отдельная тема, там этих осколков заметные проценты, плюс всякие тяжелые элементы в достаткол наработанные за время работы. Это за один бабах не нагенерить, надо натурально месяцами в реакторе держать. А лучше всего локальную критику создать, да, они тогда плодиться начинают.
Спонтанное деление урания и плутония это какие-то миллионы лет полураспада, в самом гнусном варианте тысячи, не от той стенки гвоздь. Но чтоб сделать пшик и этого хватает, процентов 10 плутония 240 и оно уже не бумкнет совсем.
Никому не надо энергетически значимого потока нейтронов. Урчин образца 1945 года имеет всей мощности распада полония порядка 0.1 вт, из этого в нейтронное излучение в момент срабатывания перерабатывается хорошо если процент, а подорвать бомбуэ этого более чем хватает. А вот детектировать в 200-метровом здании проще нейтроны, как поперли и долетели до датчиков через все бетонии, так значит где-то (а где именно малопонятно, надо разбираться) что-то загенерячило. Так что все норм, ядренбатон это не реактор, нейтронного потока от него (быстро, но ОЧЕНЬ ядрено!) хватает не то что изотопов наплодить (благо много их не надо, это же инициаторы цепной реакции а не топливо для нее), а человекотушки мгновенно привести в полную непригодность.
no subject
Date: 2022-09-07 09:52 pm (UTC)no subject
Date: 2022-09-07 10:06 pm (UTC)no subject
Date: 2022-09-07 10:12 pm (UTC)no subject
Date: 2022-09-07 11:49 pm (UTC)