Разберёмся.
Для ядерной бомбы нужны изотопы определённого типа - те, которые способны к вынужденному делению. В этом случае деление атомного ядра инициируется попаданием в него нейтрона. Не всегда, но случается, что при этом выделяются ещё несколько нейтронов - которые, в свою очередь, тоже будут способны инициировать деление других ядер. В этом случае начинается ядерная цепная реакция.
Существует понятие "коэффициент размножения нейтронов". Если он меньше единицы, то реакция деления сама собой затухает - при отсутствии потока нейтронов извне. Если он равен единице, то мы имеем спокойную ядерную реакцию - так дело обстоит на АЭС. Если же он больше единицы, то происходит ядерный взрыв.
Коэффициент размножения нейтронов зависит от многих обстоятельств, включая массу образца металла и даже его геометрическую форму: понятно, что в плоском листе у нейтронов больше шансов вылететь за его пределы (и быть потерянными для цепной реакции), чем в металлическом шаре. Обычно критическая масса оценивается именно для сферического образца.
В природном уране 99,3 процента составляет изотоп уран-238. Он способен распадаться под воздействием нейтронов, выделяя при этом много энергии, но коэффициент размножения у него меньше единицы. Поэтому в качестве ядерного топлива - или ядерной взрывчатки - он не подходит. Зато уран-235, на который приходятся почти полностью оставшиеся 0,7 процента, подходит вполне: в нём может идти хоть стабильная, хоть ускоряющаяся цепная реакция. Кроме того, из него довольно легко скомпоновать ядерную боеголовку ( она представляет собой просто два быстро сближающихся куска металла, обычно "сердечник", входящий в "муфту"). Поэтому, при прочих равных условиях, это наиболее удобный вариант.
Однако разделить изотопы урана - задача, мягко говоря, не из простых. Нужна достаточно сложная техника и довольно большое количество энергии. Возможен и другой вариант: создание ядерного оружия на основе плутония-239. Он образуется из урана-238 в мощном нейтронном поле.
Ядро атома урана-238 поглощает нейтрон и превращается в уран-239, который потом испытывает два бета-распада и превращается в нужный нам изотоп. Плутоний-239, в общем, примерно аналогичен по ядерно-физическим свойствам урану-235, но всё же с особенностями. В частности, конструкция боеголовки из него заметно сложнее (как с ураном не выйдет: плутоний нагреется, расплавится, испарится и разлетится в стороны значительно раньше, чем два куска достаточно сблизятся). Но, тем не менее, сделать её можно.
Самое главное - для того, чтобы произвести плутоний, достаточно иметь ядерный реактор, работающий на уране, или хотя бы отработанное ядерное топливо (ОЯТ) с него. Ну, и химическую промышленность, способную работать с высокорадиоактивными веществами. Разделить два похожих, но всё же разных металла - уран и плутоний - можно чисто химическими средствами. Это выйдет на порядки дешевле, чем разделение изотопов урана. Поэтому создание плутониевый бомбы на первый взгляд проще, чем урановой.
/////////////////////////////////////////////////////////////////
Мой второй канал - с научно-популярной тематикой:
/////////////////////////////////////////////////////////////////
Но тут много сложностей.
Во-первых, для боеголовки нужен оружейный плутоний - с концентрацией 239-го изотопа за 90%. А из обычного отработанного ядерного топлива вы такой не выделите.
Дело в степени выгорания топлива. Чем дольше топливо используется, тем большее число ядер образующегося плутония-239, в свою очередь, поглотит один или несколько нейтронов и превратится в изотопы 240, 241 и 242. А они уже иными ядерно-физическими свойствами обладают.
Изотопы 240 и 242 "отравляют" плутоний, так как имеют слишком высокое тепловыделение. Чем их больше, тем больше риск, что плутониевая конструкция "пыхнет" слишком рано: разрушится и разлетится в стороны до того, как 239-й изотоп прореагирует.
Именно с этим, кстати, связана трудность изготовления боеголовки из плутония: много проблем создают "мусорные" изотопы. И чем больше степень выгорания ОЯТ, тем более "тяжёлый" плутоний из него можно выделить. Разумеется, изотопы плутония точно так же можно разделить, как и изотопы урана, но, во-первых, это ещё труднее, во-вторых - зачем тогда сочетать неприятное с бесполезным? Если есть технология разделения изотопов, рациональнее гораздо более доступный уран и разделять.
Поэтому для наработки оружейного плутония урановое топливо должно находиться в реакторе недолго. Месяцы, а не годы - как происходит в обычных энергетических реакторах.
В принципе, создание боеголовки на реакторном плутонии возможно, но это требует либо особо хитрых методов, либо она выйдет очень слабой (и довольно "грязной"). Американцы в 1962 году сделали - из спортивного интереса - ядерное взрывное устройство на основе энергетического плутония. Примерно "хиросимской мощности" - около 20 килотонн. Но она получилась такой, что использовать её на практике именно в качестве именно бомбы (где важен, в частности, малый размер) было невозможно.
Что касается боеголовок более-менее обычного типа, расчёт показывает, что "потолок" их мощности - 1-2 килотонны. Ну да, в сравнении с обычными взрывными устройствами - это серьёзно, но ведь это - на порядок слабее, чем плутониевый "Толстяк" почти восьмидесятилетней давности.
Метки: #атомная энергия , #ядерное оружие , #ядерная бомба , #термоядерная бомба , #технологии , #наука и технологии , #АЭС , #плутоний , #оружие , #вооружённые силы
Означает ли это, что волноваться особо не о чем? Нет, конечно.
Во-первых, если у вас есть в распоряжении ядерный реактор, причём вы имеете возможность загружать и выгружать туда топливо по своему усмотрению, то вы можете наработать и оружейный плутоний.
Во-вторых, и 1-2 килотонны - это много. Да даже и 200 тонн тротилового эквивалента - много!
В-третьих, самое главное: в принципе, можно попытаться сделать не атомную, а сразу термоядерную бомбу. В ней атомная боеголовка используется только как "запал". Его задача - нагреть дейтерид лития до температуры, при которой литий под воздействием потока нейтронов распадается на гелий и тритий - и начинается дейтерий-тритиевая термоядерная реакция. Та выделяет очень много энергии, а также порождает мощнейший выброс нейтронов. Те, в свою очередь, инициируют распад атомов урана-238 во внешней оболочке, что дополнительно усиливает взрыв.
Так вот мощность взрыва "запала" не так чтоб очень принципиальна: ему нужно просто создать нужную температуру на расстоянии нескольких десятков сантиметров от себя. В рамках этой ограниченной задачи, полторы килотонны или пятнадцать - есть ли разница?
Резюме: в принципе, можно попробовать обойтись и без высокообогащённого урана и плутония оружейного качества, используя "реакторный" плутоний. Во всяком случае, нет оснований однозначно сказать, что это невозможно. То, что ни одна ядерная держава не пошла по этому пути - ещё не аргумент.
То есть опасность чего-то подобного реальна.
См. также:
