✖


Jump to content

Яма (ядерное оружие)

« Ядро демона »: воссоздание конфигурации, использовавшейся в фатальной аварии с критичностью 1945 года , со сферой из плутония, окруженной отражающими нейтроны блоками из карбида вольфрама .
Прецизионная литейная форма для плутония, 1959 г.

В конструкции ядерного оружия яма — это ядро ​​имплозивного ядерного оружия , состоящее из делящегося материала и любого отражателя нейтронов или тампера , прикрепленного к нему. В некоторых видах оружия, испытанных в 1950-х годах, использовались ямы, изготовленные только из урана-235 или в виде смеси с плутонием . [1] Полностью плутониевые ямы имеют наименьший диаметр и являются стандартом с начала 1960-х годов. Яма названа в честь твердой сердцевины косточковых фруктов, таких как персики и абрикосы . [2]

Ядерное оружие
Фотография макета ядерного оружия Little Boy, сброшенного на Хиросиму, Япония, в августе 1945 года.
Фон
Ядерные государства
ДНЯО признан
Соединенные Штаты
Россия
Великобритания
Франция
Китай
Другие
Индия
Израиль   (необъявленный)
Пакистан
Северная Корея
Бывший
ЮАР
Беларусь
Казахстан
Украина

Дизайны [ править ]

Кристи Питс [ править ]

Ямы первого ядерного оружия были сплошными, с нейтронным инициатором в центре. Гаджет и Толстяк использовали ямы, изготовленные из 6,2 кг твердого горячего прессования плутоний-галлиевого сплава (при 400 °C и 200 МПа в стальных штампах - 750 °F и 29 000 фунтов на квадратный дюйм) полусфер диаметром 9,2 см (3,6 дюйма), с внутренней полостью 2,5 см (1 дюйм) для инициатора. Яма Гайки была покрыта гальваническим слоем толщиной 0,13 мм серебра из-за склонности плутония к коррозии в атмосфере кислорода. Однако на этом слое образовались волдыри, которые пришлось сошлифовывать. эти пробелы были заделаны сусальным золотом Перед испытанием . Яма «Толстяка» и последующие модели были покрыты никелем . [3] Полая яма считалась более эффективной, но в конечном итоге была отвергнута из-за более высоких требований к точности взрыва. [ нужна ссылка ]

В более поздних разработках использовались инициаторы ТОМ аналогичной конструкции, но диаметром всего около см ( 3/8 дюйма 1 ). Позднее внутренние нейтронные инициаторы были сняты с производства и заменены импульсными источниками нейтронов и оружием ускоренного деления. [ нужна ссылка ]

Сплошные сердечники были известны как конструкция « Кристи » в честь Роберта Кристи, который воплотил в жизнь конструкцию сплошной ямы после того, как она была первоначально предложена Эдвардом Теллером . [4] [5] [6] Наряду с ямой, весь пакет физики также неофициально прозвали «Гаджетом Кристи». [7]

Левитирующие ямы [ править ]

Эффективность взрыва можно повысить, оставив пустое пространство между тампером и ямой, что приведет к быстрому ускорению ударной волны до того, как она достигнет ямы. Этот метод известен как имплозия левитирующей ямы . Левитирующие ямы были испытаны в 1948 году с использованием бомб типа «Толстяк» ( Mark IV ).Раннее оружие с левитирующей ямой имело съемную яму, называемую открытой ямой . Он хранился отдельно, в специальной капсуле, называемой птичьей клеткой . [8]

Пустотелые ямы [ править ]

При взрыве полой ямы слой плутония ускоряется внутрь, сталкиваясь посередине и образуя сверхкритическую высокоплотную сферу. Из-за дополнительного импульса плутоний сам играет роль тампера, требуя меньшего количества урана в тамперном слое, что уменьшает вес и размер боеголовки. Полые ямы более эффективны, чем сплошные, но требуют более точного взрыва; Поэтому при создании первых образцов оружия предпочтение отдавалось твердым ямам «Кристи». После окончания войны в августе 1945 года лаборатория снова сосредоточилась на проблеме полой ямы, и до конца года ее возглавлял Ганс Бете , руководитель его группы и преемник теоретического отдела, с полым композитным сердечником. представляющий наибольший интерес, [9] из-за стоимости плутония и проблем с наращиванием мощности реакторов в Хэнфорде.

Эффективность полых ям можно еще больше повысить, введя в полость 50%/50% смеси дейтерия и трития непосредственно перед взрывом, так называемое «ускорение термоядерного синтеза» ; это также снижает минимальное количество плутония для успешного взрыва. Более высокая степень контроля инициирования, как по количеству впрыскиваемой дейтерий-тритиевой смеси, так и по времени и интенсивности нейтронного импульса от внешнего генератора, облегчила разработку оружия переменной мощности . [ нужна ссылка ]

Композитные ядра и урановые ямы [ править ]

На раннем этапе развития ядерного оружия запасы плутония-239 были недостаточными. Чтобы снизить его количество, необходимое для ямы, была разработана композитная активная зона , в которой полая оболочка из плутония была окружена внешней оболочкой из более распространенного в то время высокообогащенного урана . композитные сердечники были доступны для ядерных бомб Mark 3 . К концу 1947 года [10] Например, составное ядро ​​американской бомбы Mark 4, ядро ​​49-LCC-C, было изготовлено из 2,5 кг плутония и 5 кг урана. При его взрыве выделяется только 35% энергии плутония и 25% урана, поэтому он не отличается высокой эффективностью, но экономия веса плутония значительна. [11]

Еще одним фактором, учитывающим различные материалы ямы, является различное поведение плутония и урана. [12] Плутоний делится быстрее и производит больше нейтронов, но тогда его производство было дороже и его было мало из-за ограничений доступных реакторов. Уран медленнее делится, поэтому его можно собрать в более сверхкритическую массу, что обеспечивает более высокую мощность оружия. Создание композитного сердечника рассматривалось еще в июле 1945 года, а композитные сердечники стали доступны в 1946 году. Приоритетом для Лос-Аламоса тогда был проект полностью урановой ямы. Новые конструкции ям были опробованы в ходе операции «Песчаник» .

Активная зона, состоящая только из плутония, с ее высокой фоновой скоростью нейтронов имела высокую вероятность преддетонации с пониженной мощностью. [13] Для минимизации этой вероятности требовалась меньшая масса плутония, что ограничивало достижимый выход примерно до 10 кт, или использование плутония-239 высокой чистоты с непрактично низким уровнем загрязнения плутонием-240. Преимуществом композитного сердечника была возможность поддерживать более высокую мощность при низком риске преддетонации, а также использовать оба доступных делящихся материала. Ограничение мощности стало неактуальным в середине 1950-х годов с появлением термоядерного ускорителя, а затем с использованием термоядерного оружия. [14]

Мощность оружия также можно контролировать, выбирая ямы. Например, ядерная бомба Mark 4 могла быть оснащена тремя различными ямами: 49-LTC-C (левитирующий уран-235, испытанный в ходе испытания «Зебра» 14 мая 1948 года), 49-LCC-C (левитирующий композитный уран-плутоний). и 50-LCC-C (левитирующий композит). [15] Этот подход не подходит для выбора мощности более современного оружия с несъемными ямами в полевых условиях, но позволяет производить несколько подтипов оружия с разной мощностью для разных тактических целей.Ранние конструкции в США были основаны на стандартизированных типа C и типа D. узлах ям В бомбе Mark 4 использовались ямы типа C и типа D, которые можно было вставлять вручную в полете. В бомбе Mark 5 использовались ямы типа D с автоматической установкой в ​​полете; боеголовка W-5 использовала то же самое. Ее преемница, бомба Mark 6 , предположительно использовала те же или подобные ямы. [ нужна ссылка ]

Яма может состоять из плутония-239, композита плутоний-239/уран-235 или только из урана-235. Плутоний является наиболее распространенным выбором, но, например, «Фиолетовый клуб» бомба [16] а боеголовка Orange Herald использовала массивные полые ямы, состоящие из 87 и 117 кг (98 и 125 кг по другим источникам) высокообогащенного урана . Активная зона деления Грин Грасс представляла собой сферу из высокообогащенного урана внутренним диаметром 560 мм, толщиной стенок 3,6 мм и массой 70–86 кг; яма полностью поддерживалась окружающим тампером из природного урана. Такие массивные ямы, состоящие из более чем одной критической массы делящегося материала, представляют значительную угрозу безопасности, поскольку даже асимметричный детонация имплозивной оболочки может вызвать взрыв мощностью в килотонны. [17] В самом мощном оружии чистого деления, ядерной бомбе Mark 18 мощностью 500 килотонн , использовалась полая яма, состоящая из более чем 60 кг высокообогащенного урана, что составляет около четырех критических масс; Сохранение осуществлялось с помощью алюминиево - боровой цепи, вставленной в яму.

Композитная яма из плутония и урана-233 , созданная на основе ядра плутония-U235 ядерной бомбы TX-7E Mark 7 , была испытана в 1955 году во время операции «Чайник» в рамках испытания MET . Мощность составила 22 килотонны вместо ожидаемых 33 килотонн. [ нужна ссылка ]

Запечатанные ямы [ править ]

означает Запечатанная яма , что вокруг ямы внутри ядерного оружия образуется прочный металлический барьер без отверстий. Это защищает ядерные материалы от деградации окружающей среды и помогает снизить вероятность их выброса в случае случайного пожара или незначительного взрыва. Первым оружием США, в котором использовалась закрытая яма, была боеголовка W25 . Металлом часто является нержавеющая сталь , но бериллий , алюминий и, возможно, ванадий также используются . Бериллий хрупок, токсичен и дорог, но является привлекательным выбором из-за его роли отражателя нейтронов , снижающего необходимую критическую массу ямы. Вероятно, между плутонием и бериллием существует слой металла на границе раздела, улавливающий альфа-частицы распада плутония (америция и других примесей), которые в противном случае вступали бы в реакцию с бериллием и производили бы нейтроны. Бериллиевые тамперы/рефлекторы вошли в употребление в середине 1950-х годов; Детали были выточены из прессованных порошковых бериллиевых заготовок на заводе Роки-Флэтс . [18]

Более современные плутониевые ямы являются полыми. Часто цитируемая спецификация, применимая к некоторым современным ямам, описывает полую сферу из подходящего конструкционного металла, примерного размера и веса шара для боулинга , с каналом для впрыска трития (в случае оружия форсированного деления ), с внутренняя поверхность футерована плутонием. Часто классифицируются размер, обычно между шаром для боулинга и теннисным мячом , точность сферичности, а также вес и изотопный состав делящегося материала - основные факторы, влияющие на свойства оружия. Полые ямы могут быть изготовлены из полуоболочек с тремя сварными швами вокруг экватора и трубы, припаянной (к корпусу из бериллия или алюминия), электронно-лучевой или TIG-сварке (к корпусу из нержавеющей стали) для впрыска наддувочного газа. [19] Ямы, плакированные бериллием, более уязвимы к разрушению, более чувствительны к колебаниям температуры, с большей вероятностью требуют очистки, подвержены коррозии под действием хлоридов и влаги и могут подвергать рабочих воздействию токсичного бериллия.

В более новых ямах содержится около 3 килограммов плутония. В старых ямах использовалось около 4-5 килограммов. [20]

Линейные ямы имплозии [ править ]

Дальнейшая миниатюризация была достигнута за счет линейной имплозии . Удлиненная подкритическая твердая яма, преобразованная в сверхкритическую сферическую форму двумя противоположными ударными волнами, а затем полая яма с ударными волнами более точной формы, позволила создать относительно очень небольшие ядерные боеголовки. Однако эта конфигурация считалась склонной к случайной высокомощной детонации при случайном инициировании взрывчатого вещества, в отличие от сборки сферической имплозии, где асимметричная имплозия разрушает оружие, не вызывая ядерного взрыва. Это потребовало особых мер предосторожности при проектировании и серии испытаний на безопасность, включая одноточечную безопасность .

Разделение ям между оружием [ править ]

Ямы могут быть общими для разных конструкций оружия. Например, W89 говорят, что боеголовка повторно использует ямы от W68 . Многие конструкции ям стандартизированы и используются различными физическими пакетами; одни и те же пакеты физики часто используются в разных боеголовках. Ямы также можно использовать повторно; запечатанные ямы, извлеченные из разобранного оружия, обычно складируются для прямого повторного использования. Из-за низких скоростей старения плутониево-галлиевого сплава срок годности питов оценивается в столетие и более. Возраст самых старых ям в арсенале США все еще меньше 50 лет. [ нужна ссылка ]

Запечатанные ямы можно разделить на склеенные и несвязанные. Несклеенные ямы можно разобрать механическим способом; . токарного станка для отделения плутония достаточно Утилизация склеенных ям требует химической обработки. [19]

Говорят, что ямы современного оружия имеют радиус около 5 см. [21] [ оспаривается – обсуждаем ]

Оружие и типы ям [ править ]

Ямы с оружием США [22] [23] [24] [25]
Лаборатория дизайна Оружие Тип ямы Статус Комментарий
ЛАНЛ Б61 -3,10 123 Прочный запас
ЛАНЛ Б61 -7,11 125 Прочный запас
ЛАНЛ Б61 -4 118 Прочный запас
ЛАНЛ W76 116 Прочный запас Самая термочувствительная конструкция LANL
ЛАНЛ W78 117 Прочный запас
ЛАНЛ W80 124 Прочный запас Ответственность передается LLNL
ЛАНЛ W80 119 Прочный запас
ЛАНЛ W80-0 Прочный запас Суперклассный плутоний с низким уровнем радиации, для использования в военно-морских силах.
ЛАНЛ W88 126 Прочный запас
ЛЛНЛ Б83 MC3350 Прочный запас Самая тяжелая яма, огнестойкая яма
ЛЛНЛ W62 MC2406 Прочный запас
ЛЛНЛ W84 ? Прочный запас Огнестойкая яма
ЛЛНЛ W87 MC3737 Прочный запас Огнестойкая яма
ЛАНЛ Б28 83 Ушедший на пенсию
ЛАНЛ Б28-0 93 Ушедший на пенсию Минимальное остаточное тепло . W28-0 использовал внутреннюю инициацию, тогда как более поздние модификации B28 использовали внешнюю инициацию, что, вероятно, объясняет другую яму. [26]
ЛАНЛ Б43 79 Ушедший на пенсию бериллий плакированный
ЛАНЛ Б43-1 101 Ушедший на пенсию бериллий плакированный
ЛАНЛ W44 74 Ушедший на пенсию бериллий плакированный
ЛАНЛ W44 -1 100 Ушедший на пенсию бериллий плакированный
ЛАНЛ W50-1 103 Ушедший на пенсию
ЛАНЛ Б53 76 Ушедший на пенсию Цельноурановый карьер [27]
ЛАНЛ W54 81 Ушедший на пенсию Требуется очистка перед длительным хранением
ЛАНЛ W54-1 96 Ушедший на пенсию Требуется очистка перед длительным хранением
ЛАНЛ Б57 104 Ушедший на пенсию
ЛАНЛ W59 90 Ушедший на пенсию
ЛАНЛ Б61-0 110 Ушедший на пенсию
ЛАНЛ Б61 -2,5 114 Ушедший на пенсию
ЛАНЛ W66 112 Ушедший на пенсию
ЛАНЛ W69 111 Ушедший на пенсию
ЛАНЛ W85 128 Ушедший на пенсию
ЛЛНЛ W38 MC1377 Ушедший на пенсию
ЛЛНЛ W45 MC1807 Ушедший на пенсию
ЛЛНЛ W47 MC1218 Ушедший на пенсию
ЛЛНЛ W48 MC1397 Ушедший на пенсию Покрытие бериллием, требует очистки перед длительным хранением.
ЛЛНЛ W55 MC1324 Ушедший на пенсию Предположительно, покрыт бериллием.
ЛЛНЛ W56 MC1801 Ушедший на пенсию Высокая радиация, требует очистки перед длительным хранением
ЛЛНЛ W58 MC1493 Ушедший на пенсию
ЛЛНЛ W62 МК1978 Ушедший на пенсию
ЛЛНЛ W63 MC2056 Ушедший на пенсию
ЛЛНЛ W68 МК1978 Ушедший на пенсию
ЛЛНЛ W70 -0 MC2381 Ушедший на пенсию
ЛЛНЛ W70 -1 MC2381a Ушедший на пенсию
ЛЛНЛ W70 -2 MC2381b Ушедший на пенсию
ЛЛНЛ W70 -3 MC2381c Ушедший на пенсию
ЛЛНЛ W71 Неизвестный Ушедший на пенсию Требуется очистка перед длительным хранением
ЛЛНЛ W79 MC2574 Ушедший на пенсию Предположительно, покрыт бериллием.

безопасности Соображения ​ ​

Стальной шариковый предохранитель
Одноточечный тест безопасности

Первые орудия имели съемные ямы, которые устанавливались в бомбу незадолго до ее развертывания. Продолжающийся процесс миниатюризации привел к изменениям в конструкции, благодаря чему яму можно было вставить на заводе во время сборки устройства. Это потребовало проведения испытаний на безопасность, чтобы убедиться, что случайный взрыв взрывчатого вещества не приведет к полномасштабному ядерному взрыву; Проект 56 стал одним из таких испытаний.

Случайная высокомощная детонация всегда вызывала беспокойство. Конструкция левитирующей ямы позволила в полете вставлять ямы в бомбы, отделяя делящийся активный элемент от взрывчатки вокруг него. Таким образом, многие случаи случайных потерь и взрывов бомб приводили только к рассеиванию урана из тампона бомбы. Однако более поздние конструкции с полыми ямами, в которых между ямой и тампером нет пространства, сделали это невозможным. [ нужна ссылка ]

Ямы более раннего оружия имели доступные внутренние полости. В целях безопасности предметы клали в яму и вынимали только при необходимости. В некоторых более крупных ямах, например в Британской зеленой траве , внутренняя полость была облицована резиной и заполнена металлическими шариками; эта конструкция была импровизированной и далеко не оптимальной, например, в том смысле, что воздействие вибрации на защищенную яму с шариками внутри, например, в самолете, могло привести к ее повреждению. тонкую металлическую цепочку из поглощающего нейтроны материала (того же, который используется для стержней управления реактором , например, кадмия Вместо этого можно использовать боеголовки W47 борной яма была заполнена кадмиево- проволокой ). При изготовлении ; при взятии оружия на вооружение проволока вытягивалась на катушку с помощью небольшого двигателя и не могла быть вставлена ​​обратно. Однако во время удаления проволока имела тенденцию становиться хрупкой и ломаться, что делало ее полное удаление невозможным и приводило к поломке боеголовки. [28]

Переход от сплошных ям к полым вызвал проблемы с безопасностью труда; большее соотношение поверхности к массе привело к сравнительно более высокому излучению гамма-лучей и потребовало установки более качественной радиационной защиты на производственном объекте в Роки-Флэтс. Увеличение объема необходимых операций прокатки и механической обработки привело к увеличению расхода машинного масла и тетрахлорметана , используемых для последующего обезжиривания деталей, и образованию большого количества загрязненных отходов. Стружка пирофорного плутония также представляла опасность самовозгорания. [29]

Запечатанные ямы требуют другого метода защиты. Используются многие методы, в том числе ссылки на разрешительные действия. [30] и системы «сильное звено – слабое звено» , рассчитанные на отказ в случае аварии или неправильной последовательности постановки на охрану; к ним относятся механические блокировки, критические детали, способные выйти из строя в случае возгорания или удара и т. д.

Бериллиевая оболочка, хотя и выгодна с технической точки зрения, представляет опасность для сотрудников оружейного завода. При механической обработке гильз тампера образуется бериллия и оксида бериллия пыль ; его вдыхание может вызвать бериллиоз . К 1996 году Министерство энергетики США выявило более 50 случаев хронического бериллиоза среди работников атомной промышленности, в том числе три десятка на заводе в Роки-Флэтс; несколько человек умерли. [18]

После крушения B-52 в Паломаресе в 1966 году и крушения B-52 на авиабазе Туле в 1968 году безопасность оружия от случайного рассеивания плутония стала предметом беспокойства американских военных. [ нужна ссылка ]

Огнестойкие ямы ( FRP ) являются элементом безопасности современного ядерного оружия, уменьшающим рассеивание плутония в случае пожара. Нынешние ямы предназначены для содержания расплавленного плутония при температуре до 1000 °C (примерная температура горящего авиационного топлива) в течение нескольких часов. [31] Огнестойкие ямы не помогли бы в тех случаях, когда ямы были разбросаны взрывом; поэтому они используются вместе с нечувствительными бризантными взрывчатыми веществами , которые должны быть устойчивы к случайной детонации в результате удара или огня, а также невзорвавшимися порохами при использовании в ракетах. Ванадиевая облицовка была опробована при проектировании огнестойких ям, но неизвестно, используется ли она или только экспериментальная. Боеголовка W87 является примером сборки с использованием стеклопластика. [32] Однако FRP не обеспечивает защиту, если облицовка ямы механически повреждена, и может выйти из строя при возгорании ракетного топлива, температура горения которого (около 2000 ° C) выше, чем у авиационного топлива. [33] [34] Серьезные ограничения по весу и размеру могут препятствовать использованию как стеклопластика, так и нечувствительных взрывчатых веществ. [35] БРПЛ с их размерами и более энергичным и уязвимым топливом, как правило, менее безопасны, чем межконтинентальные баллистические ракеты . [36]

Другие энергетические материалы, находящиеся вблизи ямы, также влияют на ее безопасность. Американское ракетное топливо делится на два основных класса. Класс 1,3, пожароопасность, но взорвать очень сложно или невозможно; пример: 70% перхлората аммония , 16% алюминия и 14% связующего. Класс 1.1, как пожаро-, так и детонационной опасности, представляет собой двухосновное топливо на основе сшитого полимера, содержащее 52% октогена , 18% нитроглицерина , 18% алюминия, 4% перхлората аммония и 8% связующего вещества. Порох 1.1 имеет на 4% больший удельный импульс (около 270 с против 260 с), что дает на 8% большую дальность стрельбы при постоянном времени горения. Нечувствительные фугасные взрывчатые вещества также менее мощны, что требует использования более крупных и тяжелых боеголовок, что уменьшает дальность действия ракет или приносит в жертву некоторую мощность. Соотношение безопасности и производительности особенно важно, например, для подводных лодок . [34] По состоянию на 1990 год в БРПЛ «Трайдент» использовалось как детонирующее топливо, так и нечувствительная взрывчатка. [37]

Материальные соображения ​ ​

Отливка и последующая обработка плутония сложны не только из-за его токсичности, но и потому, что плутоний имеет множество различных металлических фаз , также известных как аллотропы . По мере охлаждения плутония изменения фаз приводят к деформации и растрескиванию. Это искажение обычно преодолевается путем легирования его 3–3,5 молярными % (0,9–1,0 % по массе) галлия , образуя сплав плутония и галлия , который заставляет его принимать свою дельта-фазу в широком диапазоне температур. [38] При охлаждении из расплавленного состояния он претерпевает только одно фазовое изменение, от эпсилона до дельта, вместо четырех изменений, через которые он мог бы пройти в противном случае. Другие трехвалентные металлы также подойдут, но галлий имеет небольшое сечение поглощения нейтронов и помогает защитить плутоний от коррозии . Недостатком является то, что соединения галлия сами по себе коррозионны, и поэтому, если плутоний извлекается из демонтированного оружия для переработки в диоксид плутония для энергетических реакторов , возникают трудности с удалением галлия.

Поскольку плутоний химически активен, завершенную яму обычно покрывают тонким слоем инертного металла, что также снижает токсическую опасность. [39] В «Гаджете» использовалось гальваническое посеребрение; в дальнейшем никель , осажденный из паров тетракарбонила никеля , использовался [39] но золото сейчас предпочтительнее. [ нужна ссылка ]

Для изготовления первых ямок горячее прессование использовалось , чтобы оптимально использовать дефицитный плутоний. В более поздних конструкциях использовались обработанные ямки, но при токарной обработке образуется большое количество отходов, как в виде пирофорной стружки плутония, так и масел, загрязненных плутонием, и смазочно-охлаждающих жидкостей . Цель на будущее – прямая заливка ямы. Однако в отсутствие ядерных испытаний несколько различающаяся природа литых и обработанных поверхностей может привести к трудно прогнозируемым различиям в характеристиках. [40]

Проблемы коррозии [ править ]

И уран, и плутоний очень подвержены коррозии . Ряд проблемных боеголовок W47 UGM-27 Polaris пришлось заменить после того, как во время планового технического обслуживания была обнаружена коррозия делящегося материала. Ямы W58 также пострадали от коррозии. [41] Яма W45 была подвержена коррозии, которая могла изменить ее геометрию. [42] Яма Грин-Грасс также была подвержена коррозии. Радиоактивность используемых материалов также может вызвать радиационную коррозию окружающих материалов. Плутоний очень чувствителен к влажности; влажный воздух увеличивает скорость коррозии примерно в 200 раз. Водород оказывает сильное каталитическое действие на коррозию; его присутствие может ускорить скорость коррозии на 13 порядков. Водород можно получить из влаги и близлежащих органических материалов (например, пластмасс) путем радиолиза . Эти факторы вызывают проблемы с хранением плутония. Увеличение объема при окислении может вызвать разрыв емкостей для хранения или деформацию ямок. [43]

Загрязнение ямы дейтерием и тритием, как случайное, так и конструктивное, может вызвать гидридную коррозию, которая проявляется в виде питтинговой коррозии и роста поверхностного покрытия из пирофорного гидрида плутония . Это также значительно ускоряет скорость коррозии под действием кислорода воздуха. [19] Дейтерий и тритий также вызывают водородное охрупчивание многих материалов.

Неправильное хранение может способствовать коррозии ям. Сообщается, что контейнеры AL-R8, используемые на объекте Pantex для хранения ям, способствуют, а не препятствуют коррозии, и имеют тенденцию к коррозии сами по себе. Также вызывает беспокойство остаточное тепло, выделяемое ямами; температура некоторых ям при хранении может достигать 150 °C, а хранилища для большего количества ям могут потребовать активного охлаждения. Контроль влажности также может создавать проблемы при хранении в ямах. [44]

Бериллиевая оболочка может подвергаться коррозии под действием некоторых растворителей, используемых для очистки колодцев. Исследования показали, что трихлорэтилен (ТХЭ) вызывает коррозию бериллия, а трихлорэтан (ТХА) — нет. [45] Питтинговая коррозия бериллиевой оболочки является серьезной проблемой при длительном хранении питтингов на предприятии Pantex .

состава изотопного Проблемы ​

Присутствие плутония-240 в материале ямы вызывает повышенное выделение тепла и нейтронов, снижает эффективность деления и увеличивает риск преддетонации и шипения . Таким образом, в оружейном плутонии содержание плутония-240 ограничено менее 7%. Суперклассный плутоний содержит менее 4% изотопа 240 и используется в системах, где радиоактивность вызывает беспокойство, например, в оружии ВМС США , которому приходится делить замкнутые пространства на кораблях и подводных лодках с экипажами.

Плутоний-241 , обычно составляющий около 0,5% оружейного плутония, распадается до америция-241 , который является мощным излучателем гамма-излучения . Через несколько лет америций накапливается в металлическом плутонии, что приводит к увеличению гамма-активности, что представляет профессиональную опасность для рабочих. Поэтому америций следует отделять, обычно химически, от вновь произведенного и переработанного плутония. [20] Однако примерно в 1967 году завод в Роки-Флэтс прекратил это разделение, вместо этого смешивая до 80% старых содержащих америций ям непосредственно в литейном цехе, чтобы снизить затраты и повысить производительность; это привело к более высокому воздействию гамма-излучения на рабочих. [29]

Проблемы старения [ править ]

Металлический плутоний, особенно в форме сплава плутония и галлия, разлагается главным образом по двум механизмам: коррозии и самооблучения.

В очень сухом воздухе плутоний, несмотря на свою высокую химическую активность, образует пассивирующий слой оксида плутония(IV) , замедляющий коррозию примерно до 200 нанометров в год. Однако во влажном воздухе этот пассивирующий слой разрушается, и коррозия протекает в 200 раз быстрее (0,04 мм/год) при комнатной температуре и в 100 000 раз быстрее (20 мм/год) при 100 °C. Плутоний отщепляет кислород от воды, поглощает выделившийся водород и образует гидрид плутония . Слой гидрида может расти со скоростью до 20 см/час, для более тонких оболочек его образование можно считать практически мгновенным. В присутствии воды диоксид плутония становится гиперстехиометрическим, вплоть до PuO 2,26 . Плутониевые чипсы могут самопроизвольно воспламениться; механизм включает образование слоя Pu 2 O 3 , который затем быстро окисляется до PuO 2 , а выделяющегося тепла достаточно, чтобы довести мелкие частицы с низкой термической массой до температуры самовоспламенения (около 500 °С).

Самооблучение происходит, когда плутоний подвергается альфа-распаду . При распаде атома плутония-239 высвобождается альфа-частица и ядро ​​урана-235 . Альфа-частица имеет энергию более 5 МэВ и пробег в металлической решетке около 10 микрометров; затем он останавливается, приобретает два электрона от соседних атомов и становится атомом гелия . Загрязняющий плутоний-241 бета-распадается до америция-241 , который затем альфа-распадается до нептуния-237 .

Альфа-частицы отдают большую часть своей энергии электронам, что проявляется в нагреве материала. Более тяжелое ядро ​​урана имеет энергию около 85 кэВ, и около трех четвертей его энергии откладывается в виде каскада атомных смещений; само ядро ​​урана имеет размер решетки около 12 нанометров. Каждое такое событие распада влияет примерно на 20 000 других атомов, 90% из которых остаются в своих узлах решетки и только термически возбуждаются, остальные смещаются, что приводит к образованию около 2500 пар Френкеля и локальному тепловому всплеску продолжительностью несколько пикосекунд, в течение которого вновь образовавшиеся дефекты рекомбинируют или мигрируют. В типичном объемном материале оружейного качества каждый атом смещается в среднем один раз в 10 лет.

При криогенных температурах, когда отжиг практически не происходит, α-фаза плутония при самооблучении расширяется (набухает), δ-фаза заметно сжимается, а β-фаза сжимается незначительно. Электрическое сопротивление увеличивается, что свидетельствует об увеличении дефектности решетки. Все три фазы при достаточном времени сходятся в аморфноподобном состоянии со средней плотностью 18,4 г/см. 3 . Однако при нормальной температуре большая часть повреждений отжигается; при температуре выше 200К вакансии становятся подвижными, а при температуре около 400К кластеры междоузлий и вакансий рекомбинируют, залечивая повреждения. Плутоний, хранившийся при некриогенных температурах, не проявляет признаков серьезных макроскопических структурных изменений после более чем 40 лет.

После 50 лет хранения типичный образец содержит 2000 частей на миллион гелия, 3700 частей на миллион америция, 1700 частей на миллион урана и 300 частей на миллион нептуния. В одном килограмме материала содержится 200 см. 3 гелия, что соответствует давлению трех атмосфер в том же пустом объеме. Гелий мигрирует через решетку так же, как вакансии, и может задерживаться в них. Занятые гелием вакансии могут сливаться, образуя пузыри и вызывая набухание. Однако набухание пустот более вероятно, чем набухание пузырьков. [46]

Производство и проверки [ править ]

Система радиационной идентификации входит в число методов, разработанных для инспекций ядерного оружия. Это позволяет снимать отпечатки пальцев с ядерного оружия, чтобы можно было проверить его идентичность и статус. Используются различные физические методы, в том числе гамма-спектроскопия детекторами высокого разрешения с германиевыми . Линия 870,7 кэВ в спектре, соответствующая первому возбужденному состоянию кислорода-17 , указывает на наличие оксида плутония(IV) в образце . Возраст плутония можно установить, измерив соотношение плутония-241 и продукта его распада америция-241 . [47] Однако даже пассивные измерения гамма-спектров могут стать спорным вопросом при международных инспекциях оружия, поскольку они позволяют охарактеризовать используемые материалы, например, изотопный состав плутония, который можно считать секретом.

В период с 1954 по 1989 год ямы для оружия США производились на заводе Роки-Флэтс ; Позже завод был закрыт из-за многочисленных проблем с безопасностью. Министерство энергетики пыталось возобновить добычу там, но неоднократно терпело неудачу. В 1993 году Министерство энергетики перевело бериллия производство с несуществующего завода в Роки-Флэтс в Национальную лабораторию Лос-Аламоса ; в 1996 году туда же было перенесено карьерное производство. [48] Резервные и избыточные ямы, а также ямы, извлеченные из разобранного ядерного оружия общим количеством более 12 тысяч штук, хранятся на заводе «Пантекс» . [19] 5000 из них, содержащие около 15 тонн плутония, отнесены к стратегическому резерву; остальное — излишки, подлежащие изъятию. [49] Текущее производство новых ям в LANL ограничено примерно 20 ямами в год, хотя NNSA настаивает на увеличении производства в рамках программы надежной замены боеголовок . Однако Конгресс США неоднократно отказывался от финансирования.

Примерно до 2010 года Национальная лаборатория Лос-Аламоса могла производить от 10 до 20 ям в год. Замещающий комплекс химических и металлургических исследований (CMMR) расширит эти возможности, но неизвестно, насколько. В отчете Института оборонного анализа , написанном до 2008 года, оценивается «будущая потребность в производстве карьеров на CMRR в 125 штук в год с возможностью увеличения мощности до 200». [50]

Россия хранит материалы из выведенных из эксплуатации карьеров ПО «Маяк» . [51]

Переработка [ править ]

Извлечение плутония из выведенных из эксплуатации амбаров может быть достигнуто множеством способов, как механических (например, снятие оболочки на токарном станке ), так и химических. Обычно используется гидридный метод; яму разрезают пополам, половину ямы укладывают внутренней стороной вниз над воронкой и тиглем в герметичном аппарате и впрыскивают в пространство некоторое количество водорода. Водород реагирует с плутонием, образуя гидрид плутония , который падает в воронку и тигель, где плавится с выделением водорода. Плутоний также можно превратить в нитрид или оксид. Таким способом можно удалить из ямы практически весь плутоний. Процесс осложняется большим разнообразием конструкций и составов сплавов ям, а также наличием композитных уран-плутониевых ям. Плутоний оружейного качества также необходимо смешивать с другими материалами, чтобы изменить его изотопный состав настолько, чтобы предотвратить его повторное использование в оружии.

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Решения о рассекречивании ограниченных данных с 1945 года по настоящее время». Архивировано 4 апреля 2020 г. в Wayback Machine - «Факт, что плутоний и уран могут быть связаны друг с другом в неуказанных ямах или оружии».
  2. ^ Национальный исследовательский совет, изд. (1996). «2 Фона». Оценка электрометаллургического подхода к переработке избыточного оружейного плутония . Вашингтон, округ Колумбия, США: Издательство национальных академий. п. 15. дои : 10.17226/9187 . ISBN  978-0-309-57330-6 . Архивировано из оригинала 30 июля 2021 года . Проверено 30 июля 2021 г.
  3. ^ «Плутоний – кошмар военного времени, но мечта металлурга» (PDF) .
  4. ^ «Создание атомной бомбы Нагасаки» . Сеть историй. Архивировано из оригинала 10 октября 2014 года . Проверено 12 октября 2014 г.
  5. ^ Веллерштейн, Алекс. «Гаджет Кристи: Размышления о смерти» . Блог с ограниченными данными. Архивировано из оригинала 11 октября 2014 года . Проверено 7 октября 2014 г.
  6. ^ «Ганс Бете 94 — помощь британцев и «Кристи Гаджет» » . Сеть историй. Архивировано из оригинала 14 октября 2014 года . Проверено 12 октября 2014 г.
  7. ^ Ходдесон и др. 1993 , стр. 307–308.
  8. ^ Ташнер, Джон К. «Аварии с ядерным оружием» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2012 года . Проверено 9 ноября 2014 г.
  9. ^ «Испытание атомной бомбы для «Толстяка» » . Архивировано из оригинала 4 апреля 2020 года . Проверено 9 ноября 2014 г.
  10. ^ Норрис, Роберт С.; Кокран, Томас Б.; Аркин, Уильям М. (август 1985 г.). «История ядерного арсенала» . Бюллетень ученых-атомщиков . 41 (7): 106–109. Бибкод : 1985БуАтС..41г.106Н . дои : 10.1080/00963402.1985.11456011 . Архивировано из оригинала 6 апреля 2020 года . Проверено 4 июня 2016 г.
  11. ^ Клируотер, Джон (2008). Broken Arrow #1 (электронная книга) — Джон Клируотер — Книги Google . Издательство Hancock House. ISBN  9780888396716 . Архивировано из оригинала 6 апреля 2020 года . Проверено 4 июня 2016 г.
  12. ^ «Nuclear-weapons.info» . Архивировано из оригинала 4 апреля 2020 года . Проверено 16 июня 2019 г.
  13. ^ «Nuclear-weapons.info» . Архивировано из оригинала 4 апреля 2020 года . Проверено 16 июня 2019 г.
  14. ^ «Производство плутония» .
  15. ^ Джон Клируотер (1999). Ядерное оружие США в Канаде . Дандурн Пресс Лтд. 99. ИСБН  1-55002-329-2 . Архивировано из оригинала 26 января 2021 года . Проверено 7 ноября 2020 г.
  16. ^ «Nuclear-weapons.info» . Архивировано из оригинала 27 сентября 2018 года . Проверено 16 июня 2019 г.
  17. ^ Nuclear-weapons.info. Архивировано 13 марта 2010 г. в Wayback Machine . Nuclear-Weapons.info. Проверено 8 февраля 2010 г.
  18. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Лен Экленд (1999). Совершение настоящего убийства: Роки-Флэтс и ядерный Запад . УНМ Пресс. п. 75. ИСБН  0-8263-1877-0 . Архивировано из оригинала 19 марта 2022 года . Проверено 7 ноября 2020 г.
  19. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д Южная антиплутониевая кампания BREDL. Архивировано 27 октября 2010 г. в Wayback Machine . Bredl.org (22 августа 1995 г.). Проверено 8 февраля 2010 г.
  20. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Ядерные пустоши: глобальное руководство по производству ядерного оружия и его последствиям для здоровья и окружающей среды. Архивировано 24 июня 2013 г. в Wayback Machine Арджуном Махиджани, Кэтрин Йих, MIT Press, 2000 г. ISBN   0-262-63204-7 , с. 58
  21. ^ Джозеф Сиринсионе (2008). Угроза бомбы: история и будущее ядерного оружия . Издательство Колумбийского университета. п. 184. ИСБН  978-0-231-13511-5 . Архивировано из оригинала 31 декабря 2020 года . Проверено 7 ноября 2020 г.
  22. ^ «Южная антиплутониевая кампания BREDL» . Бредл.орг. 22 августа 1995 года. Архивировано из оригинала 27 октября 2010 года . Проверено 21 февраля 2010 г.
  23. ^ Джилл С. Фаренхольц (сентябрь 1997 г.). Разработка автоматизированной системы упаковки косточек для Pantex (PDF) (Отчет). Национальные лаборатории Сандии. п. 15. дои : 10.2172/534478 . S2CID   107183716 . ПЕСОК 97-2163. Архивировано из оригинала (PDF) 15 февраля 2020 года . Проверено 9 февраля 2021 г.
  24. ^ Исследование ядерной взрывобезопасности операций механической разборки B53 на заводе Pantex USDOE (PDF) (Отчет). Группа по исследованию безопасности ядерных взрывов Министерства энергетики. 1 октября 1993 г. с. 65. Архивировано (PDF) из оригинала 11 июня 2016 г.
  25. ^ Т. Бен. Райнхаммер (24 мая 1965 г.). «Перечень чертежей для наблюдения за водоемом» (PDF) .
  26. ^ История Mk28 (Отчет). Сандианские национальные лаборатории. Август 1968 года. Архивировано из оригинала 7 июля 2021 года . Проверено 23 марта 2021 г.
  27. ^ Исследование ядерной взрывобезопасности операций механической разборки B53 на заводе USDOE Pantex , стр. 86.
  28. ^ Грант Эллиотт, «Безопасность и контроль ядерного оружия в США». Архивировано 8 мая 2010 г. в Wayback Machine , 2005 г.
  29. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «Совершая настоящее убийство: Роки-Флэтс и ядерный Запад». Архивировано 26 июня 2014 г. в Wayback Machine , Лен Экланд, стр. 131, Издательство Университета Нью-Мексико, 2002 г. ISBN   0-8263-2798-2
  30. ^ «Ссылки на разрешительные действия». Архивировано 24 июня 2019 г. на Wayback Machine . Колумбийский университет. Проверено 8 февраля 2010 г.
  31. ^ «Огнестойкие ямы». Архивировано 10 октября 2007 г. в Wayback Machine . ArmsControlWonk (24 сентября 2007 г.). Проверено 8 февраля 2010 г.
  32. ^ «Стратегические ядерные силы США» . Бюллетень ученых-атомщиков . 54 (1). Январь 1998 г. Архивировано из оригинала 19 марта 2022 г. Проверено 7 ноября 2020 г.
  33. ^ Натан Э. Буш (2004). Конца не видно: сохраняющаяся угроза распространения ядерного оружия . Университетское издательство Кентукки. п. 51. ИСБН  0-8131-2323-2 . Архивировано из оригинала 19 марта 2022 года . Проверено 7 ноября 2020 г.
  34. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Сидни Д. Дрелл, Сидни Дэвид Дрелл (2007). Ядерное оружие, ученые и проблемы после холодной войны: избранные статьи по контролю над вооружениями . Всемирная научная. п. 151. ИСБН  978-981-256-896-0 . Архивировано из оригинала 26 января 2021 года . Проверено 7 ноября 2020 г.
  35. ^ М.В. Рамана (2003). Узники ядерной мечты . Ориент Блэксван. п. 19. ISBN  81-250-2477-8 . Архивировано из оригинала 20 января 2021 года . Проверено 7 ноября 2020 г.
  36. ^ Физика социальных проблем: расчеты по национальной безопасности, окружающей среде и энергетике . Спрингер. 2007. с. 177. ИСБН  978-0-387-95560-5 . Архивировано из оригинала 10 декабря 2020 года . Проверено 7 ноября 2020 г.
  37. ^ Брюс Д. Ларкин (1996). Ядерные проекты: Великобритания, Франция и Китай в глобальном управлении ядерным оружием . Издатели транзакций. п. 272. ИСБН  1-56000-239-5 . Архивировано из оригинала 19 марта 2022 года . Проверено 7 ноября 2020 г.
  38. ^ « Решения об ограниченном рассекречивании данных с 1946 года по настоящее время » . Архивировано из оригинала 4 апреля 2020 года . Проверено 4 апреля 2015 г.
  39. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Раздел «Делящиеся материалы» в разделе «Часто задаваемые вопросы о ядерном оружии» , Carey Sublette. Проверено 23 сентября 2006 г.
  40. ^ Майкл Э. О'Хэнлон (2009). Наука войны: составление оборонного бюджета, военные технологии, логистика и результаты боевых действий . Издательство Принстонского университета. п. 221. ИСБН  978-0-691-13702-5 . Архивировано из оригинала 19 марта 2022 года . Проверено 7 ноября 2020 г.
  41. ^ От Полярной звезды до Трайдента: развитие технологии баллистических ракет ВМФ США. [ постоянная мертвая ссылка ] Грэм Спинарди, Том 30 Кембриджских исследований в области международных отношений, Cambridge University Press, 1994 г. ISBN   0-521-41357-5 , с. 204
  42. ^ Словарь по контролю над вооружениями, разоружению и военной безопасности. Архивировано 19 января 2021 г. в Wayback Machine Джеффри М. Эллиотом, Робертом Реджинальдом, Wildside Press, 2007 г. ISBN   1-4344-9052-1
  43. ^ Исследования старения и продление срока службы материалов Лесли Г. Мэллинсон, Springer, 2001. ISBN   0-306-46477-2
  44. ^ Texas Radiation Online — Завод плутония Pantex — Ядерное оружие . Texasradiation.org. Проверено 8 февраля 2010 г.
  45. ^ Достижения URA. Архивировано 14 апреля 2009 г. в Wayback Machine . Uraweb.org. Проверено 8 февраля 2010 г.
  46. ^ Хеккер, Зигфрид С.; Март, Джозеф К. (2000). «Старение плутония и его сплавов» (PDF) . Лос-Аламосская наука . № 26. Лос-Аламосская национальная лаборатория . п. 243. Архивировано (PDF) из оригинала 4 ноября 2012 года . Проверено 16 мая 2014 г. - через Федерацию американских ученых .
  47. ^ Приложение 8А. Развитие технологий России и США в поддержку инициатив по обеспечению прозрачности ядерных боеголовок и материалов. Архивировано 5 августа 2009 г. в Wayback Machine Олегом Бухариным.
  48. ^ НЗНМ | Производство плутониевых ям в США. Архивировано 19 сентября 2008 г. в Wayback Machine . Nukewatch.org. Проверено 8 февраля 2010 г.
  49. ^ Сьюзан Уиллетт, Институт ООН по исследованию проблем разоружения (2003 г.). Издержки разоружения-издержки разоружения: контроль над ядерными вооружениями и ядерное перевооружение . Публикации Организации Объединенных Наций. п. 68. ИСБН  92-9045-154-8 . [ постоянная мертвая ссылка ]
  50. ^ Пейн, Кори (21 августа 2010 г.). «Это Ямы: Лос-Аламос хочет потратить миллиарды на новые ядерные триггеры» . Репортер из Санта-Фе . Архивировано из оригинала 21 ноября 2010 года . Проверено 25 сентября 2010 г.
  51. ^ Национальная академия наук (2005). Мониторинг ядерного оружия и ядерно-взрывных материалов . Пресса национальных академий. п. 117. ИСБН  0-309-09597-2 . Архивировано из оригинала 19 марта 2022 года . Проверено 7 ноября 2020 г.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Pit_(nuclear_weapon)&oldid=1225882967"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 0cfc8fa88b1dced15d664e6f5eea9f0f__1716788280
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/0c/0f/0cfc8fa88b1dced15d664e6f5eea9f0f.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Pit (nuclear weapon) - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)