Atomtöltetek

  • Ha nem vagy kibékülve az alapértelmezettnek beállított sötét sablonnal, akkor a korábbi ígéretnek megfelelően bármikor átválthatsz a korábbi világos színekkel dolgozó kinézetre.

    Ehhez görgess a lap aljára és a baloldalon keresd a HTKA Dark feliratú gombot. Kattints rá, majd a megnyíló ablakban válaszd a HTKA Light lehetőséget. Választásod a böngésződ elmenti cookie-ba, így amikor legközelebb érkezel ezt a műveletsort nem kell megismételned.
  • Az elmúlt időszak tapasztalatai alapján házirendet kapott a topic.

    Ezen témában - a fórumon rendhagyó módon - az oldal üzemeltetője saját álláspontja, meggyőződése alapján nem enged bizonyos véleményeket, mivel meglátása szerint az káros a járványhelyzet enyhítését célzó törekvésekre.

    Kérünk, hogy a vírus veszélyességét kétségbe vonó, oltásellenes véleményed más platformon fejtsd ki. Nálunk ennek nincs helye. Az ilyen hozzászólásokért 1 alkalommal figyelmeztetés jár, majd folytatása esetén a témáról letiltás. Arra is kérünk, hogy a fórum más témáiba ne vigyétek át, mert azért viszont már a fórum egészéről letiltás járhat hosszabb-rövidebb időre.

Hpasp

Well-Known Member
2018. január 28.
4 549
21 232
113
Bakker,100 ezer db hk aknát összedobtak egy kísérleti robbantásra :D,akkor mennyi volt nekik összesen?
Mennyi támadó hk-val számoltak kb?:D
Nagy mák,hogy nem sült el a hh,még konvencionálisan sem, lófütty maradt volna a szu perem országaiból(belőlünk is),vagy az sem.:oops:
Vietnám csak egy petárda lett volna ahhoz képest.
Meg sem tudjuk szerintem becsülni,hogy a 60as években,amikor még volt rubel,mennyi hagyomanyos fegyverzetet gyártottak le Ivánék,kb minden nato gyalogos katonára jutott volna 1 ágyúgolyó,meg egy rpg,a karabély lőszert meg százasával/ellenséges katona.
Valamelyik topikban összeszámolhatnánk ,hogy kb mennyi fegyverük volt a csúcsidőben,csak miheztartás végett,meg mennyi szárazföldi katona,csak az Oroszoknak.

Amikor az INF szerződést tárgyalták az amcsik a szovjetekkel, akkor derült ki, hogy az amcsi 1kt nem ugyanannyi, mint a szovjet 1kt.
Valamikor 89-90-ben csináltak egy közös hagyományos robbantást, ahová mindkét fél vitte a műszereit, hogy át tudják számolni a ható-erejeiket.
 

dudi

Well-Known Member
2010. április 18.
34 024
32 888
113
Amikor az INF szerződést tárgyalták az amcsik a szovjetekkel, akkor derült ki, hogy az amcsi 1kt nem ugyanannyi, mint a szovjet 1kt.
Valamikor 89-90-ben csináltak egy közös hagyományos robbantást, ahová mindkét fél vitte a műszereit, hogy át tudják számolni a ható-erejeiket.

Kié volt közelebb a közös eredményhet( ugye a szovjet törpe a legnagyobb)?
 

Hpasp

Well-Known Member
2018. január 28.
4 549
21 232
113
Az én ismereteim hiányosak. Én idáig tévedésben éltem e tekintetben, mert bár volt sorozatban is gyártott három fázisú bombatípus (B41), ennek mégse volt köze a Castle Bravo kísérlethez, ami annak ellenére okozott hatalmas sugárterhelést, hogy csak kétfázisú volt.

Allesmor!!!

Nem akarsz egy repülőgép hajtómű sorozatot kezdeni?

Nagyon szívesen olvasnék ezek fejlesztéséről, generációiról, stb...
A HTKA célja szerintem végül is nem az egymással való veszekedés, hanem új ismeretek megosztása lenne az olvasók részére.

Heti pár hozzászólás simán megírható kapkodás nélkül.
:D
 

molnibalage

Well-Known Member
2010. április 18.
37 510
50 981
113
Allesmor!!!

Nem akarsz egy repülőgép hajtómű sorozatot kezdeni?

Nagyon szívesen olvasnék ezek fejlesztéséről, generációiról, stb...
A HTKA célja szerintem végül is nem az egymással való veszekedés, hanem új ismeretek megosztása lenne az olvasók részére.

Heti pár hozzászólás simán megírható kapkodás nélkül.
:D
Ha előkotorná összes HSZ-t és csal felpolírozná azokat sorrendben és készülne gráf az evolúcióról már meg is lenne.
 

Hpasp

Well-Known Member
2018. január 28.
4 549
21 232
113
Mivel némi váratlan szabadidővel rendelkezem, így megpróbálok napi egy részletet megírni, és így két hét alatt az anyag végére érni...
... következzék a Svájci atomfegyver program;

A Svájci atomfegyver program

A Svájciak igen pragmatikus népek, a második világháború végén felmérték, hogy egy kis semleges (katonai tömbökhöz nem tartozó) ország biztonságát csak az atomfegyver birtoklása általi elrettentés garantálhatja.


Dr Paul Scherer

1946 június 8-án megalakul az SKA (Schweizerische Studienkommission für Atomenergie), Dr Paul Scherer vezetésével.
Feladata az atomenergia felhasználásának vizsgálata, civil és katonai célokra.


Első lépésben, 1953 és 1955 között beszereztek 10 tonna urán-oxid-ot (U₃O₈ - yellow cake) Belga Kongóból, és egy nehézvizes, szén dioxiddal hűtött 6MW-os kísérleti reaktort az Egyesült Államokból.
Utóbbi 1962-ben kezdett üzemelni.



A bomba hordozására, licencben 100db Mirage-IIIS gépet kívántak összeszerelni, a Svájci F+W Emmen gyárában, 870 millió SFR értékben.
A gépeknek mind légtér-védelemre, mind felderítésre, és végül nukleáris csapásmérésre is alkalmasnak kellett lenniük a tervek szerint.
A Franciák hajlandóak voltak átadni a gépekhez az atombomba bevetéséhez szükséges berendezéseket, viszont a három feladatot nem tudták egyetlen géptípusba integrálni.
A végén plusz 350millió SFR ráfizetése után 1964-től három típus készült Emmenben, összesen 58 példányban;
36db Mirage-IIIS vadász és csapásmérő
18db Mirage-IIIRS felderítő
4db Mirage-IIIBS gyakorló
A Mirage-IIIS gépek elvileg 2 légi-harc rakétával, két póttartállyal, egy atombombát tudtak szállítani Svájc-Kijev/Minszk távolságra, és elviekben egyirányú bevetés esetén Moszkva is elérhető volt.

A hordozóeszköz kérdésének lezárultával, a hatvanas évek elején az alábbi lehetőségekkel számoltak;
1, Atomfegyver vásárlása Franciaországból
2, Plutónium vásárlása, és abból Implóziós Plutónium fegyver készítése
3, Implóziós Plutónium fegyver készítése, Svájcban termelt Plutóniumból, becslés szerint 2’100 millió SFR költségen. (Plutónium termelő nehézvizes reaktort kell építeni, és csak utána jön még a kémiai izotóp szeparáció)
4, Implóziós Urán fegyver készítése, a Belga Kongóból korábban beszerzett 10 t urándioxid Svájci dúsításával, becslés szerint 720 millió SFR költségen. (ez leginkább a centrifugák árát tartalmazta)



A Kfir botrány után, amikor a Svájcnak licencben átadott Mirage-III tervdokumentációjának másolatai Izraelben kötöttek ki, a Franciák már nem voltak hajlandóak arra hogy atomfegyvert adjanak el, így az első legegyszerűbb opció lehetősége megszűnt.
A Svájci kormány plutónium vásárlási kísérlete a Norvégiából is kudarcot vallott, a második lehetőség sem volt járható, így a maradék nyitva maradt 3. és 4. opciók közül az olcsóbb negyedikkel kezdtek foglalkozni.



Egy implóziós urán bomba megalkotásában, amennyiben a fegyverminőségű urán dúsításától eltekintünk, a legnehezebb feladat az implózió tökéletesen gömb alakú lökéshullámának kialakítása.

A szükséges gyújtószerkezet, a gyutacsok, és a kétféle égési sebességű robbanószerből öntött robbanólencsék megalkotásához és teszteléséhez viszont egyáltalán nincs szükség hasadó anyagra, az egy átlagos katonai lőtéren is végezhető.

A 60-as évek végére az implóziós szerkezet tesztjei kielégítő eredménnyel zárultak, és elkészült a Svájci atomfegyver műszaki tervdokumentációja;
25 kg fegyverminőségű urán ²³⁵U gömb, amit körül vesz 200 kg természetes uránból ²³⁸U álló neutron reflektor, és 300 kg implóziós lökéshullámot előállító robbantótöltet.
Az egész bomba úgy 600 kg tömegű lehetett, a Mirage-IIIS középső fegyvertartó konzoljának terhelhetőségét figyelembe véve.
Mivel az implóziós lökéshullám csak 1.6 szorosára sűrítette az ²³⁵U-ös magot, így szükséges volt a magot körbe vevő ²³⁸U neutron reflektor alkalmazása.
A fegyver számított hatóereje 22 kt-volt.



A fenti fejlesztésekkel párhuzamosan, Svájc második legnagyobb városában, Genfben zajlottak a nukleáris fegyverek elterjedésének megakadályozásáról szóló nemzetközi egyezmény tárgyalásai (Treaty on the Non-Proliferation of Nuclear Weapons), amik 1968 július 1-én eredményesen fejeződtek be, aláírta az USA, a Szovjetunió, és Nagy-Britannia.
Svájc mint házigazda, 1969-ben aláírta az egyezményt, de annak ratifikálását 1977-ig elhúzták.
Az atomfegyver programot viszont a fenti egyezmény ellenére folytatták, és csak 1988-ban fejezték be.
Titkosítását csak 1996-ban oldották fel.

Az atomfegyverek teljes betiltásáról szóló egyezmény (Treaty on the Prohibition of Nuclear Weapons) aláírását a Svájci kormány, 2018-ban biztonsági okokra hivatkozva megtagadta.
Svájc továbbra is rendelkezik négy atomfegyver előállításához szükséges 10t urándioxid alapanyaggal.

Számítsuk ki a Svájci implóziós urán fegyver hatásfokát;
22kt / (25kg · 17kt/kg) = 5.2%
Ez 3.5x nagyobb hatásfok, mint a Little Boy 1.5%-a.


Az eddig tárgyalt fegyverek inkább a politikusok eszközei voltak, a katonák által támasztott követelményeket csak a következő fegyvergenerációnál vették figyelembe.

A ~20kt hatóerő az epicentrumtól 1800m távolságig garantáltan pusztít, de 4500m távolságban már nagy valószínűséggel túlélhető egy csapás.
Katonai szempontból mindenképpen felmerül a töltet hatóerejének növelése mellett, a fegyver hatóerejének bevetés előtti szabályozhatósága is, a saját csapatok biztonsági távolságának függvényében.



Teller Ede a Lawrence Livermore National Laboratory igazgatójaként több fúziós reakciót vizsgált meg, amikkel a hatóerőt növelni lehetne;

1, Egy Trícium és egy Deutérium mag fúziója esetén keletkezik egy neutron, egy Hélium-4 izotóp, és felszabadul 17.6MeV energia.
T + D −> n + ⁴He + (17.6 MeV)

2, Egy Deutérium és egy Hélium-3 izotóp fúziója esetén keletkezik egy Trícium, egy Hélium-4 izotóp, és felszabadul 18.3MeV energia.
³He + D −> T + ⁴He + (18.3 MeV)

3a, Két Deutérium fúziója esetén keletkezhet egy Trícium, egy proton, és felszabadul 4MeV energia.
D + D −> p + T + (4.0 MeV)

3b, Két Deutérium fúziója esetén keletkezhet egy Hélium-3 izotóp, egy neutron, és felszabadul 3.3MeV energia.
D + D −> n + 3He + (3.3 MeV)

Mielőtt mélyebben belemerülünk az atomfizikai számításokba, fontos megemlíteni az alkalmazott energia mértékegységét:
1keV = 11 millió fok
… vagyis a maghasadáskor keletkező energiát hőmérsékletben (kT) is ki lehet fejezni, így a továbbiakban én is így használom.

A fent felsorolt első fúziós reakció megindulásához 4.2keV, a másodikhoz 18keV, a harmadik variációihoz 25keV hőmérséklet szükséges.


Számítsuk ki, hogy egy modern implóziós bomba mekkora hőmérsékletet képes előállítani, a Svájci tervet alapul véve;
kT = 18 (keV) · ⁴√(η · χ)
A fenti képletben a “η” az implóziós sűrítés mértékét (Svájci példánál ez 1.6 szoros), “χ” értéke pedig itt 0.5%.
kT = 18 (keV) · ⁴√(η · χ) = 18 (keV) · ⁴√(1.6 · 0.5%) = 18 (keV) · ⁴√(0.008) = 18 · 0.3 = 5.4keV (~60 millió fok)

A fenti számításból kiderült, hogy egy implóziós urán bombával egyedül a Trícium és Deutérium mag fúziója gyújtható be, ami az első fúziós reakció típus, a fent felsorolt négyből.

Holnap…
… honnan vegyünk Tríciumot?
 

Hpasp

Well-Known Member
2018. január 28.
4 549
21 232
113


A holnapi epizódig, házi feladat minden olvtárs részére azonosítani, hogy mi látható Ede mögött a falon, a bal oldalon a képen...
;)
 

Hpasp

Well-Known Member
2018. január 28.
4 549
21 232
113
Savannah River Site

1950-ben bízta meg az Egyesült Államok kormánya a DuPont céget, hogy a Hanfordi reaktorok után építsen még öt nehézvizes katonai célú reaktort, és két Plutónium reprocesszáló üzemet a Savannah folyó partján, Dél-Karolinában, egy 800km²-es zárt területen.


A nehézvizet előállító D üzem 1952-ben, az R reaktor 1953-ban kezdte működését.
Őket követték a P, L, K reaktorok, és az F (PUREX - Plutonium and Uranium EXtraction) kémiai izotóp szeparációs üzem 1954-ben.
1955-ben a H (PUREX) kémiai izotóp szeparációs üzem is munkába állt.


PUREX (Plutonium and URanium EXtraction) kémiai izotópszeparációs módszer

1953 és 1988 között, 35 év alatt a Savannah River Site komplexum 4 reaktora (R, P, L, K), és két PUREX ionszeparációs üzeme (F, H) összesen 36t plutóniumot állított elő, ami ~9000 fegyver előállítására elég mennyiség.



1955-ben elkészült a C reaktor, amely a Trícium termelésére volt hivatott.
A 2500MW hőteljesítményű nehézvizes (D₂O) reaktor természetes urán helyett lítium rudakat bombázott neutronokkal, így Trícium gáz keletkezett.
n + 6Li −> T + 4He + (4.8 MeV)
Teljes teljesítményen évente, a reaktor 7kg Tríciumot tudott előállítani, 1955 és 1988 között - 33 év alatt, összesen 225kg Tríciumot termelt az Egyesült Államok részére.
A Trícium 12 éves felezési ideje miatt (évente 5% elbomlik Hélium-3 izotóppá), 1996-ra a megtermelt mennyiségből már csak 75kg maradt.


A Savannah River Site komplexum 1988-ban zárt be.

Számításaim szerint a hidegháború alatt megtermelt eredeti Trícium készlet 2019-re 25kg-ra csökkent.
 

Hpasp

Well-Known Member
2018. január 28.
4 549
21 232
113
Modern, növelt hatóerejű, (többfázisú) implóziós hasadási fegyver, (Boosted Fission Weapon, Dial-a-Yield)

A modern kis-hatóerejű taktikai fegyverek (amiket a saját csapatok frontvonalának közelében terveztek bevetni), szabályozható hatóerővel rendelkeznek.



Egy modern növelt hatóerejű, implóziós hasadási fegyver két állapotában van ábrázolva a fenti rajzon.
Bal oldalon normál állapotában 4kg ²³⁹Pu fegyverminőségű hasadóanyagot tartalmaz, amit egy 4kg-os acél gömb vesz körül.
Az implózió pillanatában 2.2g DT gázt engednek 10atm nyomáson a plutónium mag (pit) közepébe.

10kg robbanóanyag implóziója a magot a jobb oldalon látható módon nyomja össze.
4kg ²³⁹Pu plutónium 2.5-szeres (χ=2.5) sűrítést ér el.
2.2g DT gáz 30 szoros (χ=30) sűrítést ér el.



A fenti diagram az ISRINEX (thermonuclear explosion simulation program) programmal készült, és 30 szoros sűrítésen (χ=30) ábrázolja a DT gáz fúziójának időbeni lefutását, három begyulladási hőmérséklet (1.5, 2, 2.5 keV) függvényében.

Számítsuk ki a fenti fegyver 3 fázisának hatóerejét, 2keV (22 millió fok) hőmérsékleten történő DT gáz begyulladásakor.

Első, hasadási fázisban (0..2ns) a hasadási reakciók által elért hatóerőt számítjuk ki, amíg a mag a kT=2keV (22 millió fok) hőmérsékletet eléri.
A hasadásban résztvevő ionok effektív töltése a hőmérséklettől függ.
Zeff = 60 · √kT = 60 · √2keV = 85

A fegyver hatásfoka 2keV hőmérséklet eléréséig;
η = kT · 3/2 · Zeff / Ef = 2keV · 3/2 · 85 / 180MeV = 0.0014 = 0.14%

A fegyver hatóereje a működésének első fázisában (2keV hőmérséklet eléréséig, tisztán maghasadás);
4kg · 0.14% · 17kt/kg = 0.1kt

Második, fúziós fázisban, (2..4ns) 2keV (22 millió fok) hőmérsékleten (és persze 30 szoros nyomáson) beindul a DT gáz fúziója, ami 2ns alatt szét is dobja a fegyvert.
A fenti ISRINEX szimuláció 2keV görbéjéből látható, hogy 2ns alatt (2..4ns) a DT gáz ~50%-a képes fúzióra lépni, mielőtt a fegyver szétrepül.
A fegyver hatóereje a működésének második fázisában;
180MeV / 17.6MeV · 2.2g · 50% · 0.08kt/g = 0.9kt

Harmadik, hasadási fázisban, (2..4ns) a DT gáz fúziója alatt megtermelt neutronok [T + D −> n + ⁴He + (17.6 MeV)] által előidézett további plutónium atommag hasadások által keletkező energiát számítsuk ki.
Első lépésben a maghasadás hatásfokát számoljuk ki;

P = μ · m/M · A/a

m = 2.2g a DT gáz tömege
M = 4kg = 4000g a plutónium ²³⁹Pu tömege
A = 239 ²³⁹Pu atomtömege
a = 5 DT gáz atomtömege
μ = 5 feltételezve hogy 2ns alatt öt fúziós neutron generáció jön létre

P = μ · m/M · A/a = 5 · 2.2 / 4000 · 239 / 5 = 13%

A fent kiszámolt 13%-os plutónium hasadási hatásfokból a harmadik fázis hatóereje;
4kg · 13% · 17kt/kg = 8.8kt

A fenti 18kg tömegű fegyver mindhárom fázisának együttes hatóereje a fegyver szétrepülésének pillanatában (4ns);
0.1 + 0.9 + 8.8 = 9.8kt

A fenti egyenletek használatával kiszámolhatjuk, hogy a DT gáz mennyiségének a robbanás pillanata előtti adagolásával szabályozható (Dial-a-Yield) a fegyver hatóerejét;
DT gáz mennyisége – hatóerő
0g – 0.1kt
2.2g – 10kt
4.4g – 20kt
6.7g – 30kt
11g – 50kt

Katonai szempontból jelentős előny, hogy esetleges baleset esetén amikor a DT gáz még nincs a fegyver magjába engedve, a legrosszabb esetben is a robbanás hatóereje igen csekély.




A fenti képeket Mordechai Vanunu készítette Dimonában, a titkos Izraeli fegyvergyárban.


Szovjet “lebegő” mag (levitated pit) modell

A fenti “lebegő” fegyvermag jelentősége a plutónium nagyobb (négyszeres χ=4) sűrítésében, és ezáltal nagyobb maximális hasadási hőmérsékletben rejlik.
Számítsuk ki, hogy egy “lebegő” maggal rendelkező implóziós bomba mekkora hőmérsékletet képes előállítani;
kT = 18 (keV) · ⁴√(η · χ) = 18 (keV) · ⁴√(4 · 0.5%) = 18 (keV) · ⁴√(0.02) = 18 · 0.376 = 6.8keV (~75 millió fok, ami 25%-al magasabb maximális hőmérséklet)


Szovjet RN-28-as taktikai bomba típus, amit a hidegháború alatt Magyarországon (is) tároltak, az MN MiG-21bisz, Szu-22M3 és MiG-23MF, gépei számára.


Az RN-28-as hatóerejét (értsd a plutónium magba engedett DT gáz mennyiségét) felszállás előtt kellett egy tárcsával beállítani.

A plutónium magba engedett DT gáz mennyiségét két robbanó szelep (egyik kinyit, a másik lezár) működtetése közötti idő hosszával szabályozta a bomba elektronikája.
A Trícium évi 5%-os elbomlása miatt, a fegyvereket félévente kellett DT gázzal után tölteni, hogy a beállított hatóerőt garantálni lehessen.

A fent számoltnál több (~6kg plutónium) hasadóanyag, és több DT gáz (25g) felhasználásával ezeknek a fegyvereknek a maximális hatóereje úgy 100kt-ig fokozható.
100kt feletti hatóerőhöz viszont már igazi fúziós bombára lesz szükség.
 

Hpasp

Well-Known Member
2018. január 28.
4 549
21 232
113
Mi az a DT gáz? Ezt nem magyarázod meg. Deutérium- Trícium?

Pontosan...
D - Deutérium, (²H Hidrogén-2 izotópja) és T - Trícium, (³H - Hidrogén-3 izotópja) gáz formában, adott hőmérsékleten [2keV (22 millió fok)], és nyomáson [30 szoros sűrítésen (χ=30)] képes fuzionálni, egy extra neutront létrehozva, ami azután extra hasadási reakciót indít.
T + D −> n + 4He + (17.6 MeV)
 

rudi

Well-Known Member
2015. november 30.
7 083
14 558
113
Pontosan...
D - Deutérium, (²H Hidrogén-2 izotópja) és T - Trícium, (³H - Hidrogén-3 izotópja) gáz formában, adott hőmérsékleten [2keV (22 millió fok)], és nyomáson [30 szoros sűrítésen (χ=30)] képes fuzionálni, egy extra neutront létrehozva, ami azután extra hasadási reakciót indít.
T + D −> n + 4He + (17.6 MeV)
Ha már extra neutron....
Írhatnál a zipperekről is.
Azokról a kezdetben pici (0,8 cm-es) Polonium-210 / Berilium-9 gömbökről a plutónium mag közepén.
Amik aztán később már a magon kívülre kerültek és az anyaguk is változott (Polonium-208 / Aktinium-227 vagy tisztán Uranium-deuterid)
 

Hpasp

Well-Known Member
2018. január 28.
4 549
21 232
113
Ha már extra neutron....
Írhatnál a zipperekről is.
Azokról a kezdetben pici (0,8 cm-es) Polonium-210 / Berilium-9 gömbökről a plutónium mag közepén.
Amik aztán később már a magon kívülre kerültek és az anyaguk is változott (Polonium-208 / Aktinium-227 vagy tisztán Uranium-deuterid)

Csak a legelső plutónium bomba generációnál használták, mivel eszméletlenül nyűgös volt az alkalmazása.
Erősen radioaktív, mérgező, és ráadásul természetes bomlásuk miatt elég gyakran cserélni kellett őket, úgyhogy szét kellett szedni a az egész fegyvert, mivel a pelletek a plutónium mag közepén voltak.



A komolyabb mennyiségben a 60-as évektől elterjedt fegyvergenerációk már elektronikus neutron inicializátort alkalmaztak, amit nem kellett cserélni, nem volt velük nyűg.
 

Hpasp

Well-Known Member
2018. január 28.
4 549
21 232
113
D – Deutérium (²H Hidrogén-2 izotópja), és a D₂O Nehézvíz

A fúziós bomba értelme a természetben nagy mennyiségben található, és olcsón kinyerhető Deutérium hatóerő növelésre való fordítása.
Az eddig tárgyalt urán dúsítása hatalmas gázdiffúziós üzemeket, a Plutónium előállítása erre a célra épített grafit vagy nehézvíz moderálású reaktorokat majd bonyolult és veszélyes kémiai izotóp-szeparációs eljárást, a Trícium előállítása szintén a célra épített nehézvizes reaktort igényelt.
A Deutérium ellentétben a Tríciummal nem bomlik el, és sikeres fúziós begyújtása után a hatóerőt egyedül a fúzióban résztvevő mennyisége határozza meg.



A tengervíz 180 rész nehézvizet tartalmaz, millió egységként.
Mivel minden 6400-ik hidrogén atom deutérium, és egy 75kg-os ember 50kg folyadékot tartalmaz, így minden ember ~8g nehézvizet tart a testében.



Girdler-szulfid (GS) eljárás

A Girdler-szulfid eljárás két tornyot alkalmaz, egyiket 30 °C-ra hűtik (hideg torony), a másikat 130 °C-ra hevítik (forró torony).
A hideg toronyban desztillált vizet adagolnak, és Hidrogén-szulfid gázt keringtetnek a hideg torony és a forró torony között, egy zárt hurokban.

A dúsítási folyamat a 30 °C és 130 °C közötti elválasztási különbségen alapul.
A forró toronyban a hidrogén-szulfid gáz felveszi az oda átáramló víz deutériumát, a hideg toronyban pedig leadja így az a folyékony vízbe kerül.
A hidrogén-szulfid gáz ismételt cirkulációjával érhető el a dúsítás.



A Manhattan-projekt során az Egyesült Államok három nehézvíz-termelő üzemet épített a P-9 projekt részeként;
1944 februárja és 1945 augusztusa között, havonta átlagosan 1 tonna nehézvizet dúsítottak.

Az 1997-es bezárásáig az Ontario-ban található Bruce Heavy Water Plant a világ legnagyobb nehézvízgyártó üzeme volt, amely évi 1600 tonna csúcskapacitással rendelkezett.
A Girdler-szulfid eljárásban, 340’000 tonna friss vizet használt fel, minden 1 tonna nehéz víz előállításához.


A Teller-Ulam megoldás

A fúziós (hidrogén) bomba alapja a következő két reakció.
Két Deutérium atom fúziója után 4.0 MeV magenergia, és egy Trícium atom keletkezik, ami egy harmadik Deutérium atommal ismét fuzionál, 17.6 MeV magenergiát, egy neutront, és egy Hélium-4 izotópot felszabadítva;
D + D −> p + T + (4.0 MeV)
T + D −> n + ⁴He + (17.6 MeV)
…átlagosan (17.6MeV + 4.0MeV) / 3 = 7.2MeV magenergia szabadul fel deutérium atom fúzióként.

A fenti fúzió megindításához viszont 25keV (275 millió fok) szükséges, amit hasadási bombával (5.5..6.8keV – 60..75 millió fok) meg sem lehet közelíteni.
Mivel nincs a földön más olyan folyamat, ami a fúzióhoz szükséges hőmérsékletet elő lehetne állítani, így a fúziós bomba kifejlesztése a negyvenes években lehetetlennek tűnt.



Groves tábornok a Manhattan terv vezetője ki nem állhatta Teller Edét, így azért hogy félreállítsa, rábízta az akkoriban lehetetlennek vélt fúziós bomba fejlesztését.


Teller Ede, és Stanislaw Ulam már a háború után, együtt jött rá a helyes megoldásra.



Egy elsődleges hasadási töltetet (A-bomb) azonos térrészbe “hohlraum” helyezik a másodlagos fúziós töltettel.
Ezt a “hohlraum” térrészt polisztirol habbal töltik ki.
Körbe veszi a fenti kettőt egy röntgen sugárzást visszaverő réteg (radiation case).
Az elsődleges hasadási töltet robbanásakor erős röntgensugárzás keletkezik, amely 1ns alatt megtölti a hohlraum teret, ami által az azt kitöltő polisztirol plazma állapotba kerül, és összenyomja a másodlagos fúziós töltetet.

Teller elhelyezett egy plutónium töltetet (sparkplug) a fúziós üzemanyag (fusion fuel) közepén, ami pont a deutérium megfelelő sűrítésnél lesz szuperkritikus, és így hasadásával begyújtja a fúziós üzemanyagot.

A Teller-Ulam felismerés lényege tehát az elsődleges hasadási töltet felhasználása a másodlagos fúziós töltet összepréselésére, amit az annak a közepén lévő plutónium hasadási láncreakciója gyújt be.


Következik a nagy Mike…
 

Hpasp

Well-Known Member
2018. január 28.
4 549
21 232
113
Ivy Mike

Az Ivy Mike kísérlet volt a világ első fúziós kísérleti robbantása, a Teller megoldás gyakorlati próbája, 1952 november 1-én.


Ivy Mike kísérleti eszköz szerkezete

Két méter átmérőjű és hat méter magas, ólommal bélelt acéltartály felső részén helyezték el az elsődleges implóziós plutónium töltetet.
A tartály alján helyezkedett el a 3 méter magas, és 1 méter átmérőjű másodlagos fúziós töltet tartálya amit 2.8cm vastag természetes ²³⁸U uránból készítettek.
A másodlagos fúziós töltet tartályában 850 liter folyékony halmazállapotúra hűtött (120kg) Deutériumot töltöttek, és a közepén egy 2cm átmérőjű és 3m hosszú plutónium rudat (18kg) helyeztek el (sparkplug).
Az nagy tartályban a elsődleges, és másodlagos töltet által el nem foglalt teret polisztirol habbal töltötték ki (radiation channel).

Teller ötlete szerint, az elsődleges implóziós plutónium töltet robbanása után 1ns-belül keletkező röntgen sugárzás, a nagyobbik tartályt kitöltő polisztirolt plazmává hevíti, ami a másodlagos töltetet tartalmazó ²³⁸U természetes urán tartályt összepréseli.
A megfelelő sűrűség elérése után a másodlagos tartály közepében elhelyezett plutónium rúd szuperkritikussá válik, és hasadási láncreakciója ~4keV hőmérsékleten begyújtja az összepréselt Deutérium fúzióját.
A fúzió során keletkező neutronok további hasadást okoznak a Deutérium tartályát alkotó ²³⁸U természetes urán tartály anyagában, tovább fokozva a robbanás hatóerejét.

Az ISRINEX program által számolt Ivy Mike kísérlet fúziójának időbeli lefutása, különféle Deutérium sűrítési értékeken (χ=100, 200, 300, 500)

Deutérium fúzió égésének hatásfoka látható, az idő függvényében, a Deutérium sűrítésének különféle szintjein, százszoros (χ=100) sűrítéstől, ötszázszoros (χ=500) sűrítésig.



A fúziós töltet hőmérséklete (keV) látható, az idő függvényében.
A görbék ~4keV hőmérséklettől indulnak, ez a másodlagos töltet közepén elhelyezett plutónium rúd (sparkplug - gyújtógyertya) hasadási láncreakciójakor létrejött begyújtási hőmérséklet.

A fenti két ISRINEX görbékből a Deutérium háromszázszoros sűrítéséhez (χ=300) tartozó az, ami a fúzió ~2ns ideje alatt úgy 25%-os hatásfokú fúziót biztosít, így a továbbiakban azzal számolunk.


Ivy Mike kísérlet másodlagos fúziós töltete, háromszázszoros (χ=300) sűrítésen

Számítsuk ki Ivy Mike hatóerejét;

Első hasadási fázis. (0..2ns) Tellernek igaza volt, így az elsődleges implóziós plutónium töltet hatóerejét (~20kt) teljesen figyelmen kívül hagyhatjuk, mivel hatóerejének nagyságrendje a további számításban már csak kerekítési hiba…
;)

Másodlagos töltet, első - hasadási fázis; (2..4ns) a másodlagos töltet begyújtásának pillanatában, a középen lévő 3m hosszú és 0.5cm átérőre préselt plutónium rúd (sparkplug - gyújtógyertya) tizenhatszoros sűrűségen (χ=16) eléri a kritikus tömeget, és 4keV (~45millió fokon) begyújtja a körülötte háromszázszoros (χ=300) sűrűségű Deutérium fúzióját.

A plutónium rúd 98%-os hatásfokkal hasad, a fúziós égés (~20keV) hőmérsékletének közepén, hatóereje így;
18kg · 98% · 17kt/kg = 300kt

Másodlagos töltet, második - fúziós fázis; (2..4ns) Az ISRINEX felső (idő/hatásfok) görbéjéből 25%-os Deutérium fúziós hatásfokot feltételezhetünk 2ns alatt, aminek hatóereje így;
120kg · 25% · 80kt/kg = 2.4Mt

Másodlagos töltet, harmadik - hasadási fázis; (2..4ns) két Deutérium mag fúziója után egy Trícium mag keletkezik, majd annak egy harmadik Deutérium maggal való újabb fúziója után egy extra neutron keletkezik.
D + D −> p + T + (4.0 MeV)
T + D −> n + 4He + (17.6 MeV)

Feltételezve, hogy ezeknek az extra neutronoknak legalább a harmada maghasadást okoz a Deutériumot körbevevő ²³⁸U természetes urán tartályban, számítsuk ki a fúzió alatt keletkező neutronok számát.

Mivel egy kilotonna…
1 kt = 2.61 × 10²⁵ MeV
… magenergia felszabadulását jelenti, a fent kiszámolt második fázis 2.4Mt fúziója alatt…
2400kt · 2.61 × 10²⁵ MeV = 6.26 x 10²⁸ MeV
… magenergia szabadul fel.

Számítsuk ki a fenti magenergia mennyiségből, hogy mennyi T + D fúziót jelent ez;
6.26 x 10²⁸ MeV / 17.6 MeV = 3.56 × 10²⁷

Mivel minden T + D fúzió alatt keletkezik egy neutron, és ezeknek a neutronoknak feltételezésünk szerint a harmada, a ²³⁸U természetes urán tartály hasadását okozza 180MeV magenergia felszabadulásával, így a harmadik fázisban a hasadási reakcióból…
1/3 · 3.56 x 10²⁷ · 180 MeV = 2.13 x 10²⁹ MeV
…magenergia szabadul fel.

A fent kiszámolt ²³⁸U természetes urán hasadási magenergia hatóereje;
2.13x10²⁹ / 2.61 × 1025 = 8’181 kt = 8.2Mt

Az eddig kiszámolt másodlagos töltet 3 fázisának hatóerejét összeadva…
0.3kt + 2.4Mt + 8.2Mt = 10.9Mt
… teljes hatóerő adódik.


A 3km átmérőjű tűzgömb másfél perc alatt emelkedett 17km magasságba, és csak egy további perc után stabilizálódott 41km magasságban, ahol végül 160km átmérőjű (!!!) gombafelhőt alkotott.


Az Ivy Mike kísérlet, az Enewetak atollban 2km átmérőjű, és 50m mély krátert robbantott

Egy 10Mt hatóerejű fúziós töltet, 12km távolságon belül nagy valószínűséggel mindent elpusztít, és csak az epicentrumtól 40km távolságban biztonságos tartózkodni.


A 82 tonna tömegű Ivy Mike kísérleti eszköz bizonyította Teller Ede igazát a fúzió begyújtásával kapcsolatban, viszont katonai szempontból a folyékonyra halmazállapotúra hűtött Deutérium használhatatlan volt.

Más fúziós anyagot kellett keresni.

A Deutériumhoz legközelebb eső elem a periódusos táblázatban a Lítium.

A Lítium-6 izotóppal alkotott Lítium-Deuterid (LiD) képes fenntartani a Jetter (hasadás – fúzió - hasadás) ciklust;
Egy neutron hasadást okoz a Lítium-6 izotópban, ami egy Trícium atomot, egy Hélium-4 izotópot, és 4.8 MeV magenergia felszabadulását okozza.
n + ⁶Li −> T + ⁴He + (4.8 MeV)
A fent keletkezett Trícium atom, a Lítium-Deuterid (LiD) Deutérium magjával fúzióra lép, aminek a végén egy Hélium-4 izotóp, egy extra neutron, és 17.6 MeV magenergia keletkezik.
T + D −> ⁴He + n + (17.6 MeV)
A második fúzió során keletkezett neutron, újabb Lítium-6 atomot hasíthat fel, és a láncreakció folytatódik…

A természetben bányászható Lítium 92.5%-át a Lítium-7 izotóp teszi ki, és csak 7.4% a Lítium-6 izotóp, aminek elválasztása az izotópok egyetlen atomszámbeli különbsége miatt, persze nem triviális…
 

jOkA

Well-Known Member
2017. november 7.
341
391
63
Ivy Mike

Az Ivy Mike kísérlet volt a világ első fúziós kísérleti robbantása, a Teller megoldás gyakorlati próbája, 1952 november 1-én.


Ivy Mike kísérleti eszköz szerkezete

Két méter átmérőjű és hat méter magas, ólommal bélelt acéltartály felső részén helyezték el az elsődleges implóziós plutónium töltetet.
A tartály alján helyezkedett el a 3 méter magas, és 1 méter átmérőjű másodlagos fúziós töltet tartálya amit 2.8cm vastag természetes ²³⁸U uránból készítettek.
A másodlagos fúziós töltet tartályában 850 liter folyékony halmazállapotúra hűtött (120kg) Deutériumot töltöttek, és a közepén egy 2cm átmérőjű és 3m hosszú plutónium rudat (18kg) helyeztek el (sparkplug).
Az nagy tartályban a elsődleges, és másodlagos töltet által el nem foglalt teret polisztirol habbal töltötték ki (radiation channel).

Teller ötlete szerint, az elsődleges implóziós plutónium töltet robbanása után 1ns-belül keletkező röntgen sugárzás, a nagyobbik tartályt kitöltő polisztirolt plazmává hevíti, ami a másodlagos töltetet tartalmazó ²³⁸U természetes urán tartályt összepréseli.
A megfelelő sűrűség elérése után a másodlagos tartály közepében elhelyezett plutónium rúd szuperkritikussá válik, és hasadási láncreakciója ~4keV hőmérsékleten begyújtja az összepréselt Deutérium fúzióját.
A fúzió során keletkező neutronok további hasadást okoznak a Deutérium tartályát alkotó ²³⁸U természetes urán tartály anyagában, tovább fokozva a robbanás hatóerejét.

Az ISRINEX program által számolt Ivy Mike kísérlet fúziójának időbeli lefutása, különféle Deutérium sűrítési értékeken (χ=100, 200, 300, 500)

Deutérium fúzió égésének hatásfoka látható, az idő függvényében, a Deutérium sűrítésének különféle szintjein, százszoros (χ=100) sűrítéstől, ötszázszoros (χ=500) sűrítésig.



A fúziós töltet hőmérséklete (keV) látható, az idő függvényében.
A görbék ~4keV hőmérséklettől indulnak, ez a másodlagos töltet közepén elhelyezett plutónium rúd (sparkplug - gyújtógyertya) hasadási láncreakciójakor létrejött begyújtási hőmérséklet.

A fenti két ISRINEX görbékből a Deutérium háromszázszoros sűrítéséhez (χ=300) tartozó az, ami a fúzió ~2ns ideje alatt úgy 25%-os hatásfokú fúziót biztosít, így a továbbiakban azzal számolunk.


Ivy Mike kísérlet másodlagos fúziós töltete, háromszázszoros (χ=300) sűrítésen

Számítsuk ki Ivy Mike hatóerejét;

Első hasadási fázis. (0..2ns) Tellernek igaza volt, így az elsődleges implóziós plutónium töltet hatóerejét (~20kt) teljesen figyelmen kívül hagyhatjuk, mivel hatóerejének nagyságrendje a további számításban már csak kerekítési hiba…
;)

Másodlagos töltet, első - hasadási fázis; (2..4ns) a másodlagos töltet begyújtásának pillanatában, a középen lévő 3m hosszú és 0.5cm átérőre préselt plutónium rúd (sparkplug - gyújtógyertya) tizenhatszoros sűrűségen (χ=16) eléri a kritikus tömeget, és 4keV (~45millió fokon) begyújtja a körülötte háromszázszoros (χ=300) sűrűségű Deutérium fúzióját.

A plutónium rúd 98%-os hatásfokkal hasad, a fúziós égés (~20keV) hőmérsékletének közepén, hatóereje így;
18kg · 98% · 17kt/kg = 300kt

Másodlagos töltet, második - fúziós fázis; (2..4ns) Az ISRINEX felső (idő/hatásfok) görbéjéből 25%-os Deutérium fúziós hatásfokot feltételezhetünk 2ns alatt, aminek hatóereje így;
120kg · 25% · 80kt/kg = 2.4Mt

Másodlagos töltet, harmadik - hasadási fázis; (2..4ns) két Deutérium mag fúziója után egy Trícium mag keletkezik, majd annak egy harmadik Deutérium maggal való újabb fúziója után egy extra neutron keletkezik.
D + D −> p + T + (4.0 MeV)
T + D −> n + 4He + (17.6 MeV)

Feltételezve, hogy ezeknek az extra neutronoknak legalább a harmada maghasadást okoz a Deutériumot körbevevő ²³⁸U természetes urán tartályban, számítsuk ki a fúzió alatt keletkező neutronok számát.

Mivel egy kilotonna…
1 kt = 2.61 × 10²⁵ MeV
… magenergia felszabadulását jelenti, a fent kiszámolt második fázis 2.4Mt fúziója alatt…
2400kt · 2.61 × 10²⁵ MeV = 6.26 x 10²⁸ MeV
… magenergia szabadul fel.

Számítsuk ki a fenti magenergia mennyiségből, hogy mennyi T + D fúziót jelent ez;
6.26 x 10²⁸ MeV / 17.6 MeV = 3.56 × 10²⁷

Mivel minden T + D fúzió alatt keletkezik egy neutron, és ezeknek a neutronoknak feltételezésünk szerint a harmada, a ²³⁸U természetes urán tartály hasadását okozza 180MeV magenergia felszabadulásával, így a harmadik fázisban a hasadási reakcióból…
1/3 · 3.56 x 10²⁷ · 180 MeV = 2.13 x 10²⁹ MeV
…magenergia szabadul fel.

A fent kiszámolt ²³⁸U természetes urán hasadási magenergia hatóereje;
2.13x10²⁹ / 2.61 × 1025 = 8’181 kt = 8.2Mt

Az eddig kiszámolt másodlagos töltet 3 fázisának hatóerejét összeadva…
0.3kt + 2.4Mt + 8.2Mt = 10.9Mt
… teljes hatóerő adódik.


A 3km átmérőjű tűzgömb másfél perc alatt emelkedett 17km magasságba, és csak egy további perc után stabilizálódott 41km magasságban, ahol végül 160km átmérőjű (!!!) gombafelhőt alkotott.


Az Ivy Mike kísérlet, az Enewetak atollban 2km átmérőjű, és 50m mély krátert robbantott

Egy 10Mt hatóerejű fúziós töltet, 12km távolságon belül nagy valószínűséggel mindent elpusztít, és csak az epicentrumtól 40km távolságban biztonságos tartózkodni.


A 82 tonna tömegű Ivy Mike kísérleti eszköz bizonyította Teller Ede igazát a fúzió begyújtásával kapcsolatban, viszont katonai szempontból a folyékonyra halmazállapotúra hűtött Deutérium használhatatlan volt.

Más fúziós anyagot kellett keresni.

A Deutériumhoz legközelebb eső elem a periódusos táblázatban a Lítium.

A Lítium-6 izotóppal alkotott Lítium-Deuterid (LiD) képes fenntartani a Jetter (hasadás – fúzió - hasadás) ciklust;
Egy neutron hasadást okoz a Lítium-6 izotópban, ami egy Trícium atomot, egy Hélium-4 izotópot, és 4.8 MeV magenergia felszabadulását okozza.
n + ⁶Li −> T + ⁴He + (4.8 MeV)
A fent keletkezett Trícium atom, a Lítium-Deuterid (LiD) Deutérium magjával fúzióra lép, aminek a végén egy Hélium-4 izotóp, egy extra neutron, és 17.6 MeV magenergia keletkezik.
T + D −> ⁴He + n + (17.6 MeV)
A második fúzió során keletkezett neutron, újabb Lítium-6 atomot hasíthat fel, és a láncreakció folytatódik…

A természetben bányászható Lítium 92.5%-át a Lítium-7 izotóp teszi ki, és csak 7.4% a Lítium-6 izotóp, aminek elválasztása az izotópok egyetlen atomszámbeli különbsége miatt, persze nem triviális…
Itt lesz majd, hogy a lítium-7-el nem számoltak azt hitték, hogy az nem reaktív. "Kicsit" nagyobb lesz a robbanás mint várták.
 
  • Tetszik
Reactions: Hpasp