dandorfman (dandorfman) wrote,
dandorfman
dandorfman

Кто из них прав? (Вопрос к серьезным физикам)

Мне почему-то в личку мой френд cohenj прислал ссылку на запись о новом виде оружия на антипротонах.
Вот по этому адресу сама запись:
https://ardelfi.livejournal.com/102113.html


Но меня заинтересовала не сама запись, а спор автора с одним из его оппонентов.

Я сам в современной физике мало что понимаю, чисто эмоционально мне кажется, что прав не автор, а его оппонент.
Если среди моих френдов есть физики, может они оценят, кто ближе к истине в этом споре?

Вот сам спор:


"Зачем нужны антипротоны? Это инструмент для запуска реакции деления в граммовых и миллиграммовых количествах делящихся материалов, причём любого качества, что позволит преодолеть "тиранию критической массы" и всех её нежелательных последствий и затрат."

Что. За. Бред. Свинячий.

Учиться, учиться и еще раз учиться.


Сегодня хороший день, и я даю вам один шанс обосновать свои высказывания проверяемыми фактами: ссылками на научные работы, результаты экспериментов или даже мнения авторитетных специальстов.
Эти понты оставьте для обывателей, нам хватит общефиза:) Да и вообще, когда некто выдвигает очень неожиданное заявление именно на нем лежит бремя доказательства.

Итак, вы сделали мощное утверждение (поправьте меня если я неправильно понял) - запуская реакцию деления антипротонами можно уменьшить критическую массу. Просьба - обоснуйте, пожалуйста.

Напоминаю азы: прирост нейтронного поля идет пропорционально объему образца, то есть ~R^3, а убыль (через убегания из образца) пропорционально площади поверхности, то есть ~R^2. Поскольку прирост растет быстрее от радиуса образца чем убыток, то начиная с какого то критического радиуса он будет превалировать - начнется экспоненциальный рост нейтронного поля, т.е. цепная реакция. Критическая масса - объем сферы этого радиуса умножить на плотность делящегося вещества.

Это общими словами. Более точно - ну, например, здесь http://de.ifmo.ru/--books/0051/5/5_5/55.htm через решение уравнение диффузии нейтронов. Выведен общеизвестный результат - критический радиус равен

R = pi*a/beta

где a - корень из коэффициента диффузии. Напоминаю, что коэффициент диффузии с точностью до численных коэффициентов это средняя скорость нейтрона (определяется чисто энергетикой делящегося ядра) умножить на среднюю длину пробега нейтрона (определяется сечением рассеяния нейтрона на ядре и концентрацией ядер - то есть опять только свойствами делящегося вещества). Где здесь зависимость от инициации реакции антипротонами?

и beta - среднее число нейтронов вылетающих при делении, минус один. Где здесь зависимость от инициации реакции антипротонами?
В коментах к этой теме уже несколько раз дал ссылки на работы по теории, и повторять специально для вас не стану. Интересно -- покрутите колесом мышки и найдёте сами. Читать ваши рассуждения о каких-то азах мне неинтересно; я читал работы специально обученных людей по теме усиленного антипротонами деления, в том числе с анализом проводившихся ими экспериментов с реальными антипротонами и тяжёлыми ядрами. Впредь подобное сюда не пишите.
Тогда возможно, речь шла про то, что правильная инициация реакции может несколько увеличить КПД ядерного взрыва - если будет больше начальных нейтронов, то должно меньше поколений, что бы расплодить их до потребного ~10^25, что бы поделить все атомы плутония в ядреной бомбе. Нейтронный источники в заряде дают ~10^12 нейтронов для инициирования цепной реакции. А использование антипротонов возможно позволит резко, на несколько порядков, увеличить количество инициирующих нейтронов - каждый антипротон при столкновении с ядром дает около 10 нейтронов , плюс, постараться удержать в ловушки гораздо больше чем 10^12. Итог - несколько лучшее КПД ядерного взрыва и небольшое приближение к теоретическому пределу снятия 23 килотонны с одного килограмма плутония.

Но это ни имеет никакого отношения к уменьшению критической массы.


P.S. Очень жаль что вам не интересны азы - проблема интернет-писателей в том, что они не знаю мат.часть от чего и рождаются такие перлы.

P.P.S. Ну да, полазил в комментах, речь про это и идет - увеличить таким образом начальный нейтронный импульс. Ну вы ведь понимаете, что это никаким гаком не уменьшит критическую массу? Это все борьба за КПД. Это очень важно, но это не уменьшение критической массы. И я не цепляюсь и не докапываюсь - просто не надо разводить стрелок осциллографа.


Я просто покажу в очередной раз одну работу, и на этом закончу (она есть в сети бесплатно). Надеюсь там вы найдёте новое и полезное, вместе с почтой интернет-писателя, который "д.ф.-м.н., с.н.с. ФТИ им. А.Ф. Иоффе" и спец по этой теме.
"The Typical Number of Antiprotons Necessary to Heat the Hot Spot in the D-T Fuel Doped with U"

Вы итеративно пишете о чём-то своём, спорите с кучей теоретических и экспериментальных работ LLNL и LANL, и (не иначе как) наследников их советских коллег. Подумайте что вы пишете. У меня впечатление что вы не понимаете как работает современная усиленная бомба, пишете про критическую массу, про азы, про интернет-писателей, и у меня уже терпение на исходе всё это читать. Поэтому ничего не пишите в ответ -- так будет лучше. Благодарю за участие в дискуссии.
В приведенной статье речь идет про поджигания дейтерий-тритиевой смеси пучком антипротонов аннигилирующем на ядрах урана. Это известное дело. Все понятно. Но речь то при этом идет о термоядерной реакции! Я имею ввиду, что основное конечное энерговыделение идет за счет реакции синтеза. А критическая масса - это термин связанны с реакцией деления! И она никак не может быть уменьшена никакими антипротонами, о чем я и говорил выше. И о чем вы так опрометчиво написали в теле заметки.

P.S. Поправьте меня, может я неправильно проинтерпретировал эту вашу фразу:
" Это инструмент для запуска реакции ДЕЛЕНИЯ [выделение мое] в граммовых и миллиграммовых количествах делящихся материалов, причём любого качества, что позволит преодолеть "тиранию критической массы" и всех её нежелательных последствий и затрат."

Я понял ее что вы утверждает, что антипротоны помогают уменьшить критическую массу делящегося вещества. Мой вопрос естественен - как? Может вы описались? Или не то имели ввиду?

В последний раз пишу вам ответ, поэтому прочитайте его внимательно до конца. Вы не знаете как работает современный ядерный заряд. Это было бы нетрудно исправить, но для этого вам придётся немало прочитать, а вместо того вы пишете мне вот это вот всё. Тритиевое усиление -- это основа всех современных зарядов, всех современных зарядов, всего второго поколения, причём "современных" -- это созданных с момента начала использования тритиевого усиления, то есть уже более шестьдесяти лет. Лишь в первом поколении основой действия заряда была критическая масса оружейного урана или плутония. Тритиевое усиление позволяет строить заряды даже из "неоружейного" плутония -- даже при плохой имплозии надёжность и качество реакции деления обеспечивается нейтронами от синтеза D-T, а не нейтронами от деления делящегося материала. Тритиевое усиление -- это реакция синтеза D-T в центре имплозионной сборки, внутри полой делящейся оболочки, основная функция которой в заряде второго поколения -- создать горячую точку внутри D-T и запустить реакцию синтеза, нейтроны от которой поджигают основную массу делящейся оболочки. Без синтеза в такой схеме получаются лишь первые сотни тонн мощи -- это от пары килограмм плутония, и это всё что возможно без усиления реакцией синтеза (так задумано, и это большое достижение). Критическая масса зависит от плотности делящегося материала в сборке, которая зависит от качества имплозии. В четвёртом поколении, в имплозионной схеме с большим обжатием, антипротон даёт до 20 нейтронов от одной реакции в ядре урана. Деление критической массы плутония в тех же условиях даёт ~3.5, насколько я помню. Именно эта разница позволяет уменьшать массу делящегося вещества, причём уже не спонтанно делящегося (уран-238), до миллиграммовых количеств -- его функция всё также сводится к созданию горячих точек (или точки) в D-T, и запуску синтеза. При достаточном количестве антипротонов, тяжёлые ядра вообще не нужны -- горячая точка создаётся напрямую реакцией с антипротонами. Это и есть "преодоление тирании критической массы", а использование лишь урана-238 вместе с потребностью в почти недоступных (остальным) антипротонах даёт ещё и автоматическое "нераспространение", а также возможность всё это делать, изучать, строить, испытывать и даже применять, не нарушая существующие договоры. Всё это написано в открытых публикациях, которые я уже прочитал, а вы ещё нет.


1) Тритий-дейтериевый запал в усиленной плутониевой бомбе - это всего навсего мощный источник нейтронов, что повышает КПД взрыва (поскольку увеличивает число нейтронов поколения перед выходом из закритической плотности), но не меняет критическую плотность, т.е. критическую массу!
Несложно, но хорошо описано в этой науч-поп. статье http://extremal-mechanics.org/archives/3135#1.5.1, почитайте. Раздел "Усиленное оружие деления". Цитата: "Это значительно ускоряет скорость деления в активной зоне, тем самым позволяя гораздо большему проценту материала в ядре подвергнуться делению, прежде чем оно разлетится в разные стороны... Фактическое количество энергии, выделяющейся при реакции синтеза, является незначительным, примерно 1% от выхода бомбы"

2) Фактологические ошибки - "Без синтеза в такой схеме получаются лишь первые сотни тонн мощи -- это от пары килограмм плутония". Неверно. Даже в Толстяке 1945 без всякого усиления снималось ~3 килотонны с 1 кг плутония. Усиление увеличивает КПД плутониевой бомбы примерное в двое.

3) Грубейшая смысловая ошибка - "В четвёртом поколении, в имплозионной схеме с большим обжатием, антипротон даёт до 20 нейтронов от одной реакции в ядре урана. Деление критической массы плутония в тех же условиях даёт ~3.5, насколько я помню. Именно эта разница позволяет уменьшать массу делящегося вещества" Совершенно неверно! В плутонии будет по 3 вылетевших нейтрона на один прилетевший нейтрон в каждом поколении! Отсюда возникает экспонента. А впрыскивание антипротонов - разовое событие, у нас в самом начале возникнет 20*N штук нейтронов, а потом численность нейтронов в поколениях начнет меняться с той же скоростью: 1 - влетел, 3 - вылетело. Отсюда - та же критическая плотность/масса.

P.S. А вот еще "Тритиевое усиление позволяет строить заряды даже из "неоружейного" плутония" Насколько, я понимаю, тоже неверно.
Итак, какова общая схема взрыва плутониевого заряда, что с усилением, что без? (Поправьте меня если я в чем то ошибаюсь)
А) Обжимка имплозией - мы ломаем дельта-фазу плутония, что само по себе позволяет неплохо его обжать, плюс обжимка самой имплозией. В усиленных зарядах D-T-смесь "молчит" - термоядерная реакция не может пойти из-за такой чепухи, как химическая взрывчатка.
Б) Впрыскиваются тем или иным способом нейтроны (насколько я понимаю на заре был полоний-бериллий сейчас дейтерий генератор нейтронов)
В) Начинается цепная реакция, и вещество потихоньку начинает разлетаться из-за энерговыделения.
Г) Когда вещество пересечет сферу критической плотности, цепная реакция закончится. Борьба продвинутых бомбоделов идет за то, что бы как можно больше нейтронов наплодилось за это время и, соответственно, поделилось больше вещества. В усиленном заряде на этапе В поджигается DT-смесь, которая может серьезно поднять конечное число нейтронов. Но, разумеется, это никак не может поменять критическую плотность, которая зависит только от свойств делящегося вещества и наличия отражателей нейтронов.

Что такое плутоний оружейной чистоты? Это тот, в котором вредного Pu-240 меньше 6.5%. Чем он вреден? У него очень большая вероятность спонтанного деления ядра из-за которого возникают нейтроны, из-за чего на этапе А (обжимки) высока вероятность "фальстарта" цепной реакции, когда она начнется не глубоко за критической плотностью по команде нейтронного источника, а рядом с ней. В итоге - материал сразу разлетается, конечное энерговыделение ничтожна - получается "шипучка". DT-смесь никак не влияет на приведенную логическую цепочку (хотя бы потому, что она еще не поджигается). Поэтому вывод: любую бомбу - что усиленную, что нет - можно делать только из плутония "оружейной чистоты"
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 6 comments