|
Имя:
|
Одна из первых и самая ясная идея построения термоядерного заряда закдючается в простом окружении ядра делящейся атомной бомбы слоем термоядерного горючего. Излучение от атомного взрыва способно сжать 7-16 слоев горючего, перемежающегося со слоями делящегося материала и нагреть его примерно до такой же температуры, как и само делящиеся ядро. Впервые эту идею высказал Э. Теллер в 1946 году. Эта система обладала целым рядом потенциальных преимуществ. Быстрые нейтроны, рожденные при реакциях в слоях термоядерного горючего, должны были вызвать деления в соседних слоях делящихся материалов, что должно было приводить к заметному увеличению энерговыделения. В результате ионизационного сжатия термоядерного горючего в процессе взрыва должна была сильно увеличиться его плотность и резко возрасти скорость термоядерных реакций.
Расчеты показывают, что при температурах атомного взрыва может начаться только одна реакция - дейтерия с тритием:
D + T -> He4 + n + 17.588 MeV
это требовало бы использования очень дорогого и столь же неудобного трития.
В сентябре 1947 Теллер предложил использовать новое термоядерное горючее - дейтерид лития-6. Это должно было привести к значительному увеличению производства трития в процессе самой реакции и тем самым заметно увеличить эффективность термоядерного горения
Li6 + n -> T + He4 + 4.78 MeV
требовался по меньшей мере 12-см слой дейтерида, чтобы полностью утилизировать все поступающие от первичного заряда нейтроны. А еще реакция распада лития, кроме производства трития, еще больше повышала температуру, помогая начаться синтезу. Захват всех нейтронов создаст выделение энергии примерно в 2.5% от мощности триггера. И все это тепло поступит непосредственно в горючие.
Урановые оболочки, окружающие термоядерное топливо, первоначально выполняют роль теплоизоляторов, не давая энергии выйти за пределы капсулы с топливом. Без них горючие, состоящие из легких элементов и поэтому полностью ионизированное, было бы абсолютно прозрачно для теплового излучения, и не прогрелось бы до высоких температур. Непрозрачный уран, поглощая эту энергию, возвращает часть ее обратно в топливо. Кроме того, они увеличивают сжатие горючего путем сдерживания его теплового расширения. На втором этапе, уран подвергается распаду за счет нейтронов, появившихся при синтезе. Это настолько усиливает энергетический выход, что схема становится более-менее актуальной для реализации.
___________________________________________________
У этой схемы возможны вариации.
Одна из них - схема "однократной циркуляции". Здесь нейтроны, вылетающие из зоны деления, производят тритий, тритий подвергается синтезу и нейтроны синтеза делят уран из оболочек. На каждый нейтрон деления приходится один дополнительный нейтрон, который может произвести один атом трития, который при синтезе создаст один нейтрон синтеза, который вызовет одно деления урана. Так что суммарное сальдо в два раза превышает мощность пускового триггера.
Энерговыделение может быть и повышено за счет увеличения толщины дейтерида и урана. В этом случае достаточно вторичных нейтронов поставляется делением уранового корпуса обратно в слой дейтерида лития, рождая второе поколение атомов трития. Таким образом, устанавливается сложная цепная реакция: распад урана в оболочке -> рождение трития -> синтез -> реакция распада в уране оболочки. Процесс прекращается тогда, когда увеличившаяся в размерах оболочка начнет терять слишком много нейтронов.
Преимущество "однократной" схемы состоит в небольшой массе готового изделия. Недостаток - в использовании в ней большого количества дорогих материалов. Максимальная мощность бомбы определяется начальной мощностью триггера и находится где-то в районе 1 Мт.
В СССР для первой советской термоядерной бомбы создавалась несколько другая вариация, нежели "однократная" схема. В итоге получилось довольно массивное, но дешевое в производстве изделие. В конструкцию можно ввести изначально небольшое количество трития, тогда некоторые нейтроны не расходуются на его образование (ведь он уже есть), а непосредственно делят U-238 оболочки. Создается увеличение выхода заряда - ведь теперь появились "свободные" нейтроны - родившиеся при реакции изначальный_тритий + дейтерий.
Идея "слойки", пришла на ум сначала Теллеру, потом в 1948 А. Д. Сахарову, затем британским ученым. Но будучи тупиковой ветвью развития термоядерных систем отмерла в СССР после американских тестов Ivy Mike и Castle Bravo. По схеме "слойка" в Советском Союзе создана бомба РДС-6с (12 августа 1953 400 кт с тритиевым усилением: 40 кт - триггер, 60-80 кт синтез, остальное - деление урановых оболочек; 250 кт без трития), а в Англии этот дизайн вылился в Orange Herald (31 мая 1957, 720 кт: 300 кт - триггер), но это, вероятно, почти потолок для этой схемы.
_____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________
Идея Теллера-Улама использует тот факт, что при обычном атомном взрыве 80% энергии выделяется в виде мягких рентгеновских лучей, а не в виде осколков деления. Естественно, рентгеновские лучи намного опережают расширяющиеся (со скоростью около 1000 км/с) остатки плутония. Это позволяет использовать их для сжатия и поджога отдельной емкости с термоядерным горючим (второй ступени), путем обжатия излучением, до того, как расширяющийся первичный заряд разрушит ее.
В материале все это воплощается следующим образом. Компоненты бомбы помещаются в цилиндрический корпус с пусковым атомным зарядом ("триггером") на одном конце. Термоядерное топливо в виде цилиндра или эллипсоида помещается в корпус-толкатель - слой очень плотного материала - урана/вольфрама. Внутри цилиндра аксиально помещен стержень из Pu-239 или U-235, 2-3 см в диаметре. Все оставшееся пространство корпуса заполняется пластмассой. Триггер от цилиндра с горючим отделен защитной крышкой из урана или вольфрама.
_____________________________________________________
После взрыва пускового заряда рентгеновские лучи, испускаемые из области реакции деления, распространяются по пластмассовому наполнителю. Основные составляющие пластмассы - атомы углерода и водорода, которые полностью ионизируются и становятся совершенно прозрачными для рентгена. Урановый экран между триггером и капсулой с горючим, а так же сам корпус капсулы предотвращают преждевременный нагрев дейтерида лития. Тепловое равновесие устанавливается чрезвычайно быстро, так что температура и плотность энергии сохраняются постоянными на всем пути распространения излучения. Когда урановый корпус бомбы нагревается, то начинает расширяться и охлаждаться путем уноса массы (абляции). Явление уноса, подобно огненной струи ракетного двигателя направленного внутрь капсулы, развивает огромное давление на термоядерное горючие, вызывая прогрессирующее его обжатие. Установившееся тепловое равновесие обеспечивает равномерность распределения давления со всех сторон.
Примечание. Безусловно, что после срабатывания первичного заряда "корпус" капсулы (да и вообще всё устройство) представляет собой многократно ионизированную плазму, именно так это и надо понимать в дальнейшем.
Прозрачная углеродно-водородная плазма тормозит раннее расширение плазм корпусов капсулы и всей бомбы, сохраняя канал для распространения рентгеновского излучения от перекрытия его тяжелыми атомами корпусов.
Сила, сжимающая и ускоряющая термоядерное горючие, развивается исключительно благодаря абляции. Два остальных возможных источника давления - давление плазмы (давление, развиваемое тепловым движением плазмы между корпусами) и давление рентгеновских фотонов - не оказывают непосредственного влияния на обжатие.
Оказываемое на капсулу (состоящую из уранового корпуса, горючего и стержня из делящегося материала) давление приводит к цилиндрической (либо сферической) имплозии, уменьшая ее диаметр примерно в 30 (10) раз. Плотность материала капсулы возрастает в 1000 раз. Это большее сжатие, чем производимое взрывчатой оболочкой триггера на его плутониевое ядро, поскольку энергия, достаточная для уничтожения небольшого города, тратится на сжатие нескольких килограммов топлива. Но этого еще недостаточно.
Вместе с тем маловероятно, что стержень внутри капсулы подвергается такому экстремальному сжатию. Находящийся в центре, он воспринимает очень сильное ударное воздействие и разогревается до высокой температуры, при этом сжимаясь в ~4 раза. Однако этого хватает для приведения его в надкритическое состояние. Быстрые нейтроны, в избытке имеющиеся при делении триггера, замедляются дейтеридом лития до тепловых скоростей и начинают цепную реакцию в стержне так скоро, как быстро он переходит в сверхкритическое состояние. Его взрыв, действующий наподобие "запальной свечи", вызывает еще большее увеличивает давления и температуры в центре капсулы, делая их достаточными для разжигания термоядерной реакции. Далее, самоподдерживающаяся реакция горения двигается к внешним областям капсулы с топливом. Корпус капсулы мешает выходу теплового излучения за ее пределы, значительно увеличивая эффективность горения. Температуры, возникающие в ходе термоядерной реакции многократно превышают образующиеся при цепном делении (до 300 миллионов °K). С ростом температуры растет и скорость прохождения реакций.
Все это происходит примерно в полтора миллиарда раза быстрее, чем заняло это описание - всего за несколько сотен наносекунд.
Для срабатывания этой схемы крайне важны условия симметрии заряда и точного соблюдения условий эффективной лучевой имплозии. Так, например, неудача эксперимента Koon, в ходе операции Castle, произошла из-за ошибки в проекте устройства. Нейтронный поток от пускового заряда достиг второй ступени, предразогрев ее, и таким образом, помешав ее эффективному обжатию. Остальные изделия, испытанные в Castle, содержали бор-10, служащий хорошим поглотителем нейтронов и снижающим этот эффект предварительного разогрева термоядерного топлива.
Двухступенчатая схема Теллера-Улама позволяет создавать столь мощные заряды, на сколько хватит мощности триггера для сверхбыстрого обжатия большого количества горючего. Для дальнейшего увеличения величины заряда можно использовать энергию второй ступени для сжатия третьей. Вообще, на каждой стадии в таких устройствах возможно усиление мощности в 10-100 раз.
|
|
Дата рождения:
|
Год: [2422.gif Двухступенчатая схема обжатия излучением: схема Теллера-Улама. 2423.gif Одноступенчатый термоядерный заряд - проект "Слойка".]
|
Месяц: [10447.gif]
|
День: []
|
|
Внешность:
|
Цвет глаз: []
|
Рост (см): []
|
Пол: []
|
|
Город:
|
|
|
e-mail:
|
|
|
ICQ UIN:
|
|
|
URL сайта или странички:
|
|
|
Немного о себе:
|
|
|
