От В. Кашин
К All
Дата 29.08.2006 19:02:34
Рубрики Флот; Армия; ВВС;

Наивный вопрос про ядерное оружие

Добрый день!
в каких его видах обычно используют уран, а в каких - плутоний? Можно ли весь спектр ядерных боеприпасов выпускать только на основе плутония или только на основе урана?
С уважением, Василий Кашин
От В. Кашин
К В. Кашин (29.08.2006 19:02:34)
Дата 31.08.2006 13:07:27

Спасибо всем ! (-)
От kinetic
К В. Кашин (29.08.2006 19:02:34)
Дата 30.08.2006 02:49:04

Re: Наивный вопрос...

> в каких его видах обычно используют уран, а в каких - плутоний? Можно ли весь спектр ядерных боеприпасов выпускать только на основе плутония или только на основе урана?

Можно. Для России и США. Возможно, Франции ещё. Для всех остальных понятие "весь спектр" не имеет смысла. Впрочем, США часто используют и плутоний и уран-235 (и 238) в одном изделии.

Если рассматривать чистые схемы, то имется двойственность: для производства урана-235 нужны более продвинутые технологии, чем для плутония. Но само оружие на основе плутония требует более тонкой технологии. Кроме того, хранение плутониевого оружия более геморройно.
От А.Погорилый
К kinetic (30.08.2006 02:49:04)
Дата 30.08.2006 20:43:53

Re: Наивный вопрос...

>> в каких его видах обычно используют уран, а в каких - плутоний? Можно ли весь спектр ядерных боеприпасов выпускать только на основе плутония или только на основе урана?
>Можно. Для России и США. Возможно, Франции ещё. Для всех остальных понятие "весь спектр" не имеет смысла. Впрочем, США часто используют и плутоний и уран-235 (и 238) в одном изделии.

Многие изделия США могут варьировать мощность взрыва в пределах от единиц до сотен килотонн. Видимо, этим обеспечивается гибкость применения в зависимости от тактических требований. Достигается столь широктий диапазон варьированием сьемных элементов. В том числе для наибольшей мощности используется довольно сильно обогащенный уран в качестве оболочки, он в большей мере распадается под воздействием нейтронов термоядерного происхождения. Из подобных же соображений (максимум мощности при минимуме веса) используют обогащенный уран в РГЧ, чтобы как можно больше их в одну ракету поместилось.
В некотором смысле, с жиру бесятся. Поскольку из-за договоров о сокращении ядерных вооружений у них образовался избыток делящихся материалов. Вот они этот избыток и тратят на максимальное повышение эффективности того относительно малого числа зарядов, что разрешено договорами.

>Если рассматривать чистые схемы, то имется двойственность: для производства урана-235 нужны более продвинутые технологии, чем для плутония. Но само оружие на основе плутония требует более тонкой технологии. Кроме того, хранение плутониевого оружия более геморройно.

Ну да, примерно так.
От kinetic
К А.Погорилый (30.08.2006 20:43:53)
Дата 30.08.2006 22:37:49

Re: Наивный вопрос...

>> США часто используют и плутоний и уран-235 (и 238) в одном изделии.
>
>Многие изделия США могут варьировать мощность взрыва в пределах от единиц до сотен килотонн.

Я имел в виду другое. Например, первая ступень использует плутоний, а "запал" во второй ступени из урана-235. Как Вы понимаете, эти части несъёмные.
От А.Погорилый
К kinetic (30.08.2006 22:37:49)
Дата 30.08.2006 22:44:38

Re: Наивный вопрос...

>>> США часто используют и плутоний и уран-235 (и 238) в одном изделии.
>>
>>Многие изделия США могут варьировать мощность взрыва в пределах от единиц до сотен килотонн.
>
>Я имел в виду другое. Например, первая ступень использует плутоний, а "запал" во второй ступени из урана-235. Как Вы понимаете, эти части несъёмные.

Запал - в смысле стержень вдоль ТЯ заряда по схеме Теллера-Улама?
Не знал что его делают и из урана. Он же имплозионный. Впрочем, давления там нехилые, и нужны в первую очередь для сжатия LiDe части.
От kinetic
К А.Погорилый (30.08.2006 22:44:38)
Дата 30.08.2006 23:19:45

Re: Наивный вопрос...

>>>> США часто используют и плутоний и уран-235 (и 238) в одном изделии.
>>>
>>>Многие изделия США могут варьировать мощность взрыва в пределах от единиц до сотен килотонн.
>>
>>Я имел в виду другое. Например, первая ступень использует плутоний, а "запал" во второй ступени из урана-235. Как Вы понимаете, эти части несъёмные.
>
>Запал - в смысле стержень вдоль ТЯ заряда по схеме Теллера-Улама?

Да. Только в боеголовках, которые я имею в виду, там не стержень, а сфера.

>Не знал что его делают и из урана. Он же имплозионный. Впрочем, давления там нехилые, и нужны в первую очередь для сжатия LiDe части.

Давления, как Вы заметили, там хватит. Почему именно уран, а не плутоний... подозреваю, из конструктивных/эксплуатационных соображений. Уран для имплозии плох только тем, что для сравнимой эффективности параметры имплозии должны быть гораздо выше. Что для второй ступени данность.
От А.Погорилый
К kinetic (30.08.2006 23:19:45)
Дата 31.08.2006 21:22:50

Re: Наивный вопрос...

>>Запал - в смысле стержень вдоль ТЯ заряда по схеме Теллера-Улама?
>Да. Только в боеголовках, которые я имею в виду, там не стержень, а сфера.

Не принципиально.

>>Не знал что его делают и из урана. Он же имплозионный. Впрочем, давления там нехилые, и нужны в первую очередь для сжатия LiDe части.
>Давления, как Вы заметили, там хватит. Почему именно уран, а не плутоний... подозреваю, из конструктивных/эксплуатационных соображений. Уран для имплозии плох только тем, что для сравнимой эффективности параметры имплозии должны быть гораздо выше. Что для второй ступени данность.

Ну если давления хватает, соображения могут быть любые, вплоть до наличия запасов оружейного урана, который надо куда-то девать.

Спасибо за информацию.
От А.Погорилый
К В. Кашин (29.08.2006 19:02:34)
Дата 29.08.2006 20:10:10

Re: Наивный вопрос...

> в каких его видах обычно используют уран, а в каких - плутоний? Можно ли весь спектр ядерных боеприпасов выпускать только на основе плутония или только на основе урана?

Плутоний используют в имплозионных, уран - в пушечной схеме. Причем плутония надо едва ли не в 10 раз меньше, чем урана. Но имплозионный - более высокие технологии.
Триггеры для ТЯ зарядов - плутониевые.

Весь спектр на основе плутония создать, полагаю, можно.
А вот с ураном его сделать - напряженка.
От tsa
К А.Погорилый (29.08.2006 20:10:10)
Дата 29.08.2006 20:13:16

Имплозивные урановые тоже есть.

Здравствуйте !

У плутония АФАИК два основных достоинства:
1) Он имеет более компактную критическую массу.
2) Он халявно нарабатывается в тяжеловодных реакторах из урана.

ИМХО всю линейку можно сделать на обоих элементах. Только урановые изделия либо громоздче либо слабее будут.

С уважением, tsa.
От A~B
К tsa (29.08.2006 20:13:16)
Дата 30.08.2006 13:09:06

Re: Имплозивные урановые...


>2) Он халявно нарабатывается в тяжеловодных реакторах из урана.

Еще он нарабатывается в реакторах с замедлителем из графита (газовые и типа нашего РБМК).
От alex63
К tsa (29.08.2006 20:13:16)
Дата 30.08.2006 11:17:14

Re: Имплозивные урановые...

>Здравствуйте !

>У плутония АФАИК два основных достоинства:
>1) Он имеет более компактную критическую массу.
>2) Он халявно нарабатывается в тяжеловодных реакторах из урана.
На халяву бывает только сладкий уксус. На Сибирской АЭС тяжеловодные реакторы?
Термин "зона воспроизводства" для реакторов на быстрых нейтронах ничего не говорит?

>ИМХО всю линейку можно сделать на обоих элементах. Только урановые изделия либо громоздче либо слабее будут.
Поэтому "урановые изделия" - удел слаборазвитых стран.

>С уважением, tsa.
С Дону выдачи нету
От tsa
К alex63 (30.08.2006 11:17:14)
Дата 30.08.2006 11:35:14

Ну сори, забылось. :) Не моя тематика.

Здравствуйте !

Но ведь выделять плутоний из ТВЭЛов проще, чем центрифугировать уран до оружейной концентрации? Или я опять не прав?

С уважением, tsa.
От kinetic
К tsa (30.08.2006 11:35:14)
Дата 30.08.2006 16:50:47

Re: Ну сори,...

>Но ведь выделять плутоний из ТВЭЛов проще, чем центрифугировать уран до оружейной концентрации? Или я опять не прав?

Только если реактор заточен под это или хотя бы работает в спец. режиме. В противном случае получаемый "реакторный" плутоний сильно загрязняется изотопом 240, отделять который от изотопа 239 горазде труднее, чем изотоп урана 238 от 235.

Сделать надёжное устройство из реакторного плутония гораздо труднее, чем из оружейного.
От alex63
К tsa (30.08.2006 11:35:14)
Дата 30.08.2006 11:56:21

Re: Ну сори,...

>Здравствуйте !

>Но ведь выделять плутоний из ТВЭЛов проще, чем центрифугировать уран до оружейной концентрации? Или я опять не прав?
Я бы сказал не проще, а дешевле.

>С уважением, tsa.
С Дону выдачи нету
От А.Погорилый
К tsa (29.08.2006 20:13:16)
Дата 29.08.2006 20:32:43

Re: Имплозивные урановые...

Имплозия плутония гораздо легче дается, поскольку плутоний при большом давлении испытывает фазовый переход (из дельты в альфу) с ростом плотности на 25%. Давление для этоого нужно всего около 1 кбар (1000 атм).
Такой же рост плотности урана (или альфа-фазы плутония) достигается при давлении в 450 килобар, т.е. почти полмиллиона атмосфер. Что усложняет заряд обычного ВВ, осуществляющий имплозию. А также делает этот заряд больше и тяжелее.
От tsa
К А.Погорилый (29.08.2006 20:32:43)
Дата 29.08.2006 20:45:40

Re: Имплозивные урановые...

Здравствуйте !
>Имплозия плутония гораздо легче дается, поскольку плутоний при большом давлении испытывает фазовый переход (из дельты в альфу) с ростом плотности на 25%. Давление для этоого нужно всего около 1 кбар (1000 атм).

Зато там в отличие от урана ещё и с температурой этого фазового перехода заморочки есть. Он не от давления, а от температуры происходит.

>Такой же рост плотности урана (или альфа-фазы плутония) достигается при давлении в 450 килобар, т.е. почти полмиллиона атмосфер. Что усложняет заряд обычного ВВ, осуществляющий имплозию. А также делает этот заряд больше и тяжелее.

ИМХО таки тонкости для малых зарядов важны. А в конструкции основные сложности не с колличеством ВВ, а с его качеством, формой и синхронной детонацией.

С уважением, tsa.
От А.Погорилый
К tsa (29.08.2006 20:13:16)
Дата 29.08.2006 20:24:15

Re: Имплозивные урановые...

>У плутония АФАИК два основных достоинства:
>1) Он имеет более компактную критическую массу.
>2) Он халявно нарабатывается в тяжеловодных реакторах из урана.

Совершенно не халявно. ТВЭЛы на переработку приходится очень рано извлекать, пока там значительный процент Pu-240 не образовался.
Да и тяжеловодные реакторы несколько ... эээ ... экзотичны в качестве энергетических, т.к. дороги.
Насколько знаю, энергетические реакторы отдельно, а для наработки плутония отдельно. Наработка плутония - это еще крупнотоннажное химическое производство с высокоактивными веществами, что в случае аварии чревато, почему их размещают в более глухих местах. Вроде Челябинск-40.

>ИМХО всю линейку можно сделать на обоих элементах. Только урановые изделия либо громоздче либо слабее будут.

Вследствие чего сократится количество БЧ в РГЧ, а снаряды будут только больших калибров. То есть ценой реального ухудшения ТТХ.
От Kosta
К А.Погорилый (29.08.2006 20:24:15)
Дата 29.08.2006 21:37:18

А кто-то строит в наше время тяжеловодные реакторы?

>Совершенно не халявно. ТВЭЛы на переработку приходится очень рано извлекать, пока там значительный процент Pu-240 не образовался.
>Да и тяжеловодные реакторы несколько ... эээ ... экзотичны в качестве энергетических, т.к. дороги.
>Насколько знаю, энергетические реакторы отдельно, а для наработки плутония отдельно.

Читал, что кроме канадцев никто вроде не строит сегодня тяжеловодные реакторы. А канадцы заявили, что Ирану они cвой CANDU не поставят ни под каким видом. Вопрос - зачем Ирану завод по производству тяжелой воды? (то бишь - зачем в мирных целях? понятно, что если делать бомбу - как раз очень пригодится).
От alex63
К Kosta (29.08.2006 21:37:18)
Дата 30.08.2006 11:20:53

Re: А кто-то...

>Читал, что кроме канадцев никто вроде не строит сегодня тяжеловодные реакторы. А канадцы заявили, что Ирану они cвой CANDU не поставят ни под каким видом. Вопрос - зачем Ирану завод по производству тяжелой воды? (то бишь - зачем в мирных целях? понятно, что если делать бомбу - как раз очень пригодится).
А то что показывают на фотках или в телерепортажах - это не завод по производству тяжелой воды, а завод по изготовлению безалкогольного пива :)

С Дону выдачи нету
От Esq
К alex63 (30.08.2006 11:20:53)
Дата 31.08.2006 09:54:03

Rе: А кто-то...

>А то что показывают на фотках или в телерепортажах - это не завод по производству тяжелой воды, а завод по изготовлению безалкогольного пива :)

Кстати, в пиве тяжелой воды больше, чем в "воде". Ячмень накапливает.
От Расстрига
К Esq (31.08.2006 09:54:03)
Дата 31.08.2006 11:57:24

вот-вот, из пива небось D2O и делают, изверги :)) (-)
От andrew~han
К Kosta (29.08.2006 21:37:18)
Дата 29.08.2006 22:05:01

Re: А кто-то...

>Читал, что кроме канадцев никто вроде не строит сегодня тяжеловодные реакторы.

А CANDU вроде не тяжеловодный реактор
От andrew~han
К andrew~han (29.08.2006 22:05:01)
Дата 29.08.2006 22:06:48

Re: А кто-то...

>А CANDU вроде не тяжеловодный реактор

Поспешил, тяжеловодный )
От tsa
К А.Погорилый (29.08.2006 20:24:15)
Дата 29.08.2006 20:39:29

Re: Имплозивные урановые...

Здравствуйте !

>Совершенно не халявно. ТВЭЛы на переработку приходится очень рано извлекать, пока там значительный процент Pu-240 не образовался.

Ну куда поболее всётаки чем урана в руде.

>Да и тяжеловодные реакторы несколько ... эээ ... экзотичны в качестве энергетических, т.к. дороги.

Ну в одном наукограде он город отаплевал.

>Наработка плутония - это еще крупнотоннажное химическое производство с высокоактивными веществами, что в случае аварии чревато, почему их размещают в более глухих местах. Вроде Челябинск-40.

Я бы сказал, что уран на высоких стадиях обогащения ни чем не лучше.

>Вследствие чего сократится количество БЧ в РГЧ, а снаряды будут только больших калибров.

Угу.

С уважением, tsa.
От А.Погорилый
К tsa (29.08.2006 20:39:29)
Дата 30.08.2006 20:35:14

Re: Имплозивные урановые...

>>Совершенно не халявно. ТВЭЛы на переработку приходится очень рано извлекать, пока там значительный процент Pu-240 не образовался.
>Ну куда поболее всётаки чем урана в руде.

Не понял реплики. Урана в богатых рудах более 50%, а плутония на момент извлечение твэлов для наработки оружейного плутония - где-то порядка 0,1%. Но проблема не в этом. А в том, что отделять ненужные изотопы плутония приходится изотопным разделением, что во много раз труднее, чем изотопное разделение урана (атомный вес U235 и U238 отличается на 3 единицы, а Pu239 и Pu240 - только на одну). Поэтому практически изотопное разделение для плутония не применяют.

>>Да и тяжеловодные реакторы несколько ... эээ ... экзотичны в качестве энергетических, т.к. дороги.
>Ну в одном наукограде он город отаплевал.

Это утилизация бросового тепла. Для отопления воду не надо даже до 100 град нагревать, а для турбин - 250-300 град минимум.

>>Наработка плутония - это еще крупнотоннажное химическое производство с высокоактивными веществами, что в случае аварии чревато, почему их размещают в более глухих местах. Вроде Челябинск-40.
>Я бы сказал, что уран на высоких стадиях обогащения ни чем не лучше.

Этого я не могу понять. Уран имеет малую радиоактивность (в том числе 235), все продукты его химической обработки - тоже (если не концентрировать специально радий или полоний, которых очень мало). А при выделении плутония из твэлов приходится иметь дело с чрезывчайно активными осколками деления, которых там очень много.
От Alex Medvedev
К А.Погорилый (30.08.2006 20:35:14)
Дата 31.08.2006 10:19:31

Re: Имплозивные урановые...

>Урана в богатых рудах более 50%,

Если вы не в курсах, то 235 урана в обычном уране всего 0.7%

>а плутония на момент извлечение твэлов для наработки оружейного плутония - где-то порядка 0,1%.

>Но проблема не в этом. А в том, что отделять ненужные изотопы плутония приходится изотопным разделением, что во много раз труднее, чем изотопное разделение урана (атомный вес U235 и U238 отличается на 3 единицы, а Pu239 и Pu240 - только на одну).

какой-то странный вывод. При чем тут атомный вес?
От А.Погорилый
К Alex Medvedev (31.08.2006 10:19:31)
Дата 31.08.2006 21:19:31

Re: Имплозивные урановые...

>>Урана в богатых рудах более 50%,
>Если вы не в курсах, то 235 урана в обычном уране всего 0.7%

Я в курсе.

>>а плутония на момент извлечение твэлов для наработки оружейного плутония - где-то порядка 0,1%.

Выделение плутония - химический процесс.
А разделение изотопов - физические, основанные на разнице в атомной массе.
Кроме лазерно-химического, который ... А он хоть где-то применяется? В смысле для промышленного применения, а не для анализа изотопного состава. В анализе изотопного состава ипользуют и такую экзотику, как отклонение ионов магнитным полем, там же много не надо, достаточно чуть ли не единичных атомов.

>>Но проблема не в этом. А в том, что отделять ненужные изотопы плутония приходится изотопным разделением, что во много раз труднее, чем изотопное разделение урана (атомный вес U235 и U238 отличается на 3 единицы, а Pu239 и Pu240 - только на одну).
>какой-то странный вывод. При чем тут атомный вес?

Все физические методы разделенния изотопов тем эффективнее, чем больше относительная разница в атомном весе. Степень разделения пропорциональна этой разнице, а то и ее квадрату.
От Alex Medvedev
К А.Погорилый (31.08.2006 21:19:31)
Дата 01.09.2006 11:50:14

Re: Имплозивные урановые...

>>>Урана в богатых рудах более 50%,
>>Если вы не в курсах, то 235 урана в обычном уране всего 0.7%
>
>Я в курсе.

Тогда непонятно к чему была фраза про 50% урана в руде...

>Выделение плутония - химический процесс.
>А разделение изотопов - физические, основанные на разнице в атомной массе.

Да ну уж. Гексофторид урана в газовом фиде это такая химически активная вещь, что у меня лично язык не повернется сказать, что разделение изотопов урана это чисто физический процесс :) Для обеспечения этого "чисто физического" процесса приходится столько чисто химических проблем решать.

>Кроме лазерно-химического, который ... А он хоть где-то применяется? В смысле для промышленного применения, а не для анализа изотопного состава.

Потихоньку начинает применяться. Другое дело, что уже существующие методы прекрасно отработаны и удовлетворяют всем нынешним потребностям.

>Все физические методы разделенния изотопов тем эффективнее, чем больше относительная разница в атомном весе. Степень разделения пропорциональна этой разнице, а то и ее квадрату.

У вас разница мизерная, так что особого преимущества в реальности нет.
От SerB
К Alex Medvedev (31.08.2006 10:19:31)
Дата 31.08.2006 10:24:41

Re: Имплозивные урановые...

Приветствия!
>(атомный вес U235 и U238 отличается на 3 единицы, а Pu239 и Pu240 - только на одну).
>
>какой-то странный вывод. При чем тут атомный вес?

При том, что эффективность разделения изотопов зависит от относительной разницы их массы. Грубо говоря, для урана это 3/238 - т.е. ок. 1/79, а для плутония - 1/239, т.е. разделение в 3 раза менее эффективно на каждом каскаде.
Удачи - SerB
От Alex Medvedev
К SerB (31.08.2006 10:24:41)
Дата 31.08.2006 11:46:19

Re: Имплозивные урановые...

>>При том, что эффективность разделения изотопов зависит от относительной разницы их массы. Грубо говоря, для урана это 3/238 - т.е. ок. 1/79, а для плутония - 1/239, т.е. разделение в 3 раза менее эффективно на каждом каскаде.

Я бы уточнил, что эффективность в первую очередь зависит от способа разделения, а уж потом бы добавил, что при разделении могут использовать (и используют) не чистый изотоп элемента, а химическое соединение, которое имеет у разных изотопов разные физхимические свойства.
От SerB
К Alex Medvedev (31.08.2006 11:46:19)
Дата 31.08.2006 12:06:11

Re: Имплозивные урановые...

Приветствия!

>Я бы уточнил, что эффективность в первую очередь зависит от способа разделения,

Собственно, насколько я помню, там примерно одинаковая зависимость по дельта m

>а уж потом бы добавил, что при разделении могут использовать (и используют) не чистый изотоп элемента, а химическое соединение, которое имеет у разных изотопов разные физхимические свойства.

Химически изотопы подобны. Есть только физические различия.

Удачи - SerB
От Alex Medvedev
К SerB (31.08.2006 12:06:11)
Дата 31.08.2006 13:00:08

Re: Имплозивные урановые...

>>Химически изотопы подобны. Есть только физические различия.

Опять таки бы уточнил, что есть лазерно-химический способ разделения изотопов.
От NV
К tsa (29.08.2006 20:39:29)
Дата 29.08.2006 22:14:27

А откуда там тяжелая вода ?

>Здравствуйте !

>>Совершенно не халявно. ТВЭЛы на переработку приходится очень рано извлекать, пока там значительный процент Pu-240 не образовался.
>
>Ну куда поболее всётаки чем урана в руде.

>>Да и тяжеловодные реакторы несколько ... эээ ... экзотичны в качестве энергетических, т.к. дороги.
>
>Ну в одном наукограде он город отаплевал.

Если речь идет об Железногорске - то реактор АДЭ-2, который город отапливал, вполне себе уран-графитовый. Как и реактор АДЭ-5 который Северск отапливает. Оба реактора по своему основному назначению - оркужейные. Или имеется в виду какой-то другой город ?

Виталий
От tsa
К NV (29.08.2006 22:14:27)
Дата 30.08.2006 10:46:59

Железногорск. Тип реактора я перепутал. Сори. (-)