Atomtöltetek

[Hpasp]

Ez egy technikai topic, tehát kérem mellőzzük a felesleges jelzőket...
... szóval jöjjenek azok a .... hetvenes évek!


W78

Az 1974 és 1978 között, Los Alamos-ban fejlesztett W-78-as töltetet az LGM-30G Minuteman-III interkontinentális ballisztikus rakéta hordozta 1979-től, rakétánként 3db-ot.
Összesen 1083db W-78-as készült, 300 Minuteman-III ICBM számára.

W-78 termonukleáris bomba töltetének felépítése

A 130kg tömegű visszatérő jármű (RV) egy 1.8m magas kúp, átmérője a talpánál fél méter.
A 75kg tömegű, 1m hosszú tartály rejtette a két nukleáris töltetet, üres tere polisztirollal volt kitöltve.
Fél méter hosszú másodlagos töltet nem tartalmazott dúsított urán vagy plutónium gyújtó rudat (sparkplug), egyedül 6kg LiD LítiumDeuterid alkotta, és azt 100kg természetes ²³⁸U urán henger vett körül, ami gondoskodott a Jetter ciklus fenntartásáért, és a hatóerő harmadik fázisáért.

ISRINEX program idő – hatásfok/hőmérséklet görbéi

A sparkplug nélküli megoldást Wheeler módnak nevezik, és a LiD nagyobb összenyomása esetén, kicsit hosszabb begyulladási idő után szintén elérhető 50%-os LiD fúziós hatásfok.
A fenti görbékből a 200 szoros (χ=200) LiD sűrítés 50% LiD égését teszi lehetővé 2ns alatt.

Számítsuk ki a W-78 hatóerejét;

Első hasadási fázis. (0..2ns) Az elsődleges implóziós plutónium töltet (~30kt) hatóereje által termelt röntgen sugarak kitöltik a W-78 tartályának terét.

(2..4ns) a plazmává alakult polisztirol 200 szoros sűrűségűre (χ=200) nyomja össze a másodlagos töltetet.

Másodlagos töltet, első Jetter (hasadás és fúzió ismétlődése) fázis; (4..6ns) Az ISRINEX felső (idő/hatásfok) görbéjéből 50%-os LiD fúziós hatásfokot feltételezhetünk 2ns alatt, aminek hatóereje így;
6kg · 50% · 50kt/kg = 150kt

Másodlagos töltet, második hasadási fázis; (4..6ns) a Lítium-Deuterid (LiD) által fenntartott Jetter ciklus alatt…
n + ⁶Li −> T + ⁴He + (4.8 MeV)
T + D −> ⁴He + n + (17.6 MeV)
… keletkező neutronok tizede a másodlagos töltetet tartalmazó ²³⁸U urán hengerben okoz hasadást.
Azért csak a tizede, mivel itt hiányzik a másodlagos töltet közepéből a tisztán hasadással neutront termelő dúsított urán vagy plutónium gyújtórúd (sparkplug).

Mivel egy kilotonna…
1 kt = 2.61 × 10²⁵ MeV
… magenergia felszabadulását jelenti, a fent kiszámolt 150kt Jetter ciklus alatt…
150kt · 2.61 × 10²⁵ MeV = 3.9 x 10²⁷ MeV
… magenergia szabadul fel.

Számítsuk ki a fenti magenergia mennyiségből, hogy mennyi LiD Jetter ciklust jelent ez;
3.9 x 10²⁷ MeV / 17.6 MeV = 2.22 × 10²⁶

Mivel minden LiD Jetter ciklus alatt keletkezik egy neutron, és ezeknek a neutronoknak feltételezésünk szerint a tizede, a ²³⁸U természetes urán henger hasadását okozza 180MeV magenergia felszabadulásával, így a harmadik fázisban a hasadási reakcióból…
1/10 · 2.22 x 10²⁶ · 180 MeV = 4 x 10²⁷ MeV
…magenergia szabadul fel.

A fent kiszámolt ²³⁸U természetes urán hasadási magenergia hatóereje;
4 x 10²⁷ / 2.61 × 10²⁵ = 150kt

Az eddig kiszámolt hatóerőket összeadva…
30kt + 150kt + 150kt = 330kt
… teljes hatóerő adódik.

A W-78 nukleáris töltet hatásfoka (yield-to-weight ratio), a visszatérő jármű súlya (130kg) nélkül; 330kt / 200kg = 1.65 kt/kg
Ráadásul megspórolták a legköltségesebb dúsított urán vagy plutónium tartalmú gyújtórúd (sparkplug) költségét és tömegét.


Következik minden idők leghíresebb földimogyorója…

 

[Allesmor Obranna]

Akkor kijelenthetjük, hogy lényegében egy szériában gyártott és rendszeresített, a műfaján belül korszerűnek mondható ICBM MIRV fej, a 150-750kT hatóerő tartományban, az technikailag mindig háromfázisú?

 

[Hpasp]

Akkor kijelenthetjük, hogy lényegében egy szériában gyártott és rendszeresített, a műfaján belül korszerűnek mondható ICBM MIRV fej, a 150-750kT hatóerő tartományban, az technikailag mindig háromfázisú?

Párszáz kilotonnáig minden korszerű (pláne ha szabályozható hatóerejű) DT gázzal növelt hatóerejű implóziós plutónium töltet.

A fenti fölötti hatóerő esetén gyakorlatilag a fenti elsődleges töltet mellett egy termonukleárisnak nevezett, alapvetően Jetter ciklusú (hasadás-fúzió-hasadás-stb) töltet van, ami kihasználja az extra neutronokat, olcsó ²³⁸U hasadásával.

Harmadik világbeli országok (pl Svájc) meg próbálkozhat mindenféle egzotikus ²³⁵U töltettel.

 

[Hpasp]

Akkor kijelenthetjük, hogy lényegében egy szériában gyártott és rendszeresített, a műfaján belül korszerűnek mondható ICBM MIRV fej, a 150-750kT hatóerő tartományban, az technikailag mindig háromfázisú?

Amúgy ez a három fázisú töltet elnevezés technikailag teljesen téves.

Van a fegyverben két töltet:

Az elsődleges töltet egy DT gázzal növelt hatóerejű implóziós plutónium töltet.
Itt ugye párhuzamosan történik:
- az implóziós plutónium töltet hasadása
- a DT gáz fúziója

A másodlagos töltetben (általában) három fázis párhuzamosan játszódik le.
- plutónium vagy urán-235 hasadása (sparkplug)
- LiD Jetter ciklusa (hasadás-fúzió-hasadás-stb...)
- urán-238 hasadása az extra neutronoktól

 

[Celebra]

Amúgy ez a három fázisú töltet elnevezés technikailag teljesen téves.

Van a fegyverben két töltet:

Az elsődleges töltet egy DT gázzal növelt hatóerejű implóziós plutónium töltet.
Itt ugye párhuzamosan történik:
- az implóziós plutónium töltet hasadása
- a DT gáz fúziója

A másodlagos töltetben (általában) három fázis párhuzamosan játszódik le.
- plutónium vagy urán-235 hasadása (sparkplug)
- LiD Jetter ciklusa (hasadás-fúzió-hasadás-stb...)
- urán-238 hasadása az extra neutronoktól

Passzolok.Anno olvastam valahol,hogy terveztek egy három fázisú/fokozatú változatot,ami végülis papiron maradt.100MT feletti hatóerőt vártak tőle,és a megnemépült szovjet hajóbombát emlitették,mint példát rá.Nem emlékszem már a proektnevére,az egész hajó lett volna egy hatalmas bomba.Viszont a H-bombát 2fokozatunak vették.De nem is bontották ki nagyon a konkrét működési folyamatokat.Teller-Ullan,meg Szaratov módszerek,nem részletezve.Illetve a másik véglet volt,ami kibontotta,épen csak atomfizikusi szinten.

 

[fip7]

Hpasp

Tetszenek az írásaid, de örültem volna ha a felvetett kérdésemre kifakadás helyet valós választ kapok. Akár egy "Nem tudhatjuk" is megfelelt volna.

 

[Allesmor Obranna]

Passzolok.Anno olvastam valahol,hogy terveztek egy három fázisú/fokozatú változatot,ami végülis papiron maradt.100MT feletti hatóerőt vártak tőle,és a megnemépült szovjet hajóbombát emlitették,mint példát rá.Nem emlékszem már a proektnevére,az egész hajó lett volna egy hatalmas bomba.Viszont a H-bombát 2fokozatunak vették.De nem is bontották ki nagyon a konkrét működési folyamatokat.Teller-Ullan,meg Szaratov módszerek,nem részletezve.Illetve a másik véglet volt,ami kibontotta,épen csak atomfizikusi szinten.

Szerintem te most zanzásítva elmondtad az egész Cár-bomba sztorit.

 

[Celebra]

Szerintem te most zanzásítva elmondtad az egész Cár-bomba sztorit.

Nem.A Cár bomba megépült-és azt 2fázisú H-bombának vették,ahogy Teller bombáját is.Az egész a robbanóerő nagysága miatt maradt meg az emlékezetemben.Már a Cár bomba is fölös katonailag,hát még egy 100MT feletti,ami ráadásul rendkivűl sugárszennyező.Mintha Te emlitetted volna,hogy megvan még az Arzenál sorozat a polcon.Mintha annak az egyik kötetében lett volna szó róla.Vagy rosszul emlékszem.30 évvel ezelötti olvasmányok már nem túl frissek.

 

[Hpasp]

Hpasp

Tetszenek az írásaid, de örültem volna ha a felvetett kérdésemre kifakadás helyet valós választ kapok. Akár egy "Nem tudhatjuk" is megfelelt volna.

"Ha jól értem akkor azt mondod, hogyha a szovjetek nem engedik haza a Zippe nevű nem-náci (osztrák-magyar-cseh) tudóst, akkor nincs hatékony európai urán dúsítás és így nincs információ kiszivárgás se, és akkor a fél világ nem jut hozzá a hatékony urán dúsítás módszeréhez?"

Nos a kérdés amúgy jó, és az adekvát válasz röviden az hogy nemtudom, hosszan meg egy TörökGáborozás.

Mindkét hatalom három eljárást próbált ki, az amcsiknál a gázcentrifuga kipróbálása a US ARMY - NAVY fegyvernemi huzavona miatt elmaradt.
Ha kipróbálják az amcsik, akkor alighanem ők is megoldották volna.

A Szovjeteknél ugye nem volt fegyvernemi versengés, Beríja egy-személyben volt felelős Sztálin felé a projekt sikeréért.
Ők is három féle dúsítót építettek fel, csak náluk beleesett a centrifuga is a háromba.
Zippe érdeme nem a centrifuga mint izotópszeparációs módszer kitalálása (hiszen az ismert volt az amcsik előtt is), hanem a vákuum-ban futó rotor, és a mágneses csapágyazás megoldása.

Zippe szerepét én kissé a DuPont-nál dolgozó amcsi mérnökhöz hasonlítanám, aki kitalálta a teflon-szalag szigetelést a gázdiffúzióhoz.
Nélküle nem ment volna, de ha nincs ott, akkor alighanem más is kitalálta volna helyette.

Szóval a kérdésedre csak egy másik kérdéssel tudok felelni...
... ha nincs Kolumbusz, akkor nincs ma USA?

 

[fip7]

Hpasp

Köszönöm a választ!

(UI: Ha nincs Kolumbusz, akkor valószínűleg nagyon máshogy alakult volna a világ történelme. Hiába jártak mások is előtte az amerikai kontinensen pl. vikingek)

 

[Allesmor Obranna]

Nem.A Cár bomba megépült-és azt 2fázisú H-bombának vették,ahogy Teller bombáját is.Az egész a robbanóerő nagysága miatt maradt meg az emlékezetemben.Már a Cár bomba is fölös katonailag,hát még egy 100MT feletti,ami ráadásul rendkivűl sugárszennyező.Mintha Te emlitetted volna,hogy megvan még az Arzenál sorozat a polcon.Mintha annak az egyik kötetében lett volna szó róla.Vagy rosszul emlékszem.30 évvel ezelötti olvasmányok már nem túl frissek.

Úgy értem, a Cár-bomba története az, hogy eredetileg 100Mt hatóerejűre tervezték, vagyis ez volt Hruscsov eredeti elvárása.
És valóban hallani itt-ott egy legendát valami hajóra álmodott ultranagy hatóerejű végitélet fegyverről is, arra az esetre, ha becsődölt volna a kommunizmus.

 

[Celebra]

Úgy értem, a Cár-bomba története az, hogy eredetileg 100Mt hatóerejűre tervezték, vagyis ez volt Hruscsov eredeti elvárása.
És valóban hallani itt-ott egy legendát valami hajóra álmodott ultranagy hatóerejű végitélet fegyverről is, arra az esetre, ha becsődölt volna a kommunizmus.

Erről a végitélet fegyverről irták,hogy háromfokozatú,és 180MT robbanóerőt vártak tőle.És távlatilag ICBM változat is lett volna,illetve az amik csak ICBM fejrész változatot terveztek a Titán Improver rakétához,amibl aztán ürhajózási hordozórakéta lett.És nem a Titán IIes 25mt fejrészére gondoltak,azt fúziós kétfázisú termonukleáris töltetként emlitették.
MIRV fejek elterjedéséig eszement nagy robbanó tölteteket terveztek

 

[Hpasp]

W-88 a földimogyoró

A legújabb generációs harci részek fejlesztésénél is csak a szokásos követelményeket támasztották a Los Alamosi tudósok elé; minél nagyobb hatóerő (0.5Mt) elérése, minél kisebb (1.75m magas, és 50cm maximális átmérőjű kúp) és könnyebb töltettel (maximum 200kg).

A 80-as években, Los Alamos-ban fejlesztett W-88-as töltetet az UGM-133 Trident-II D-5 tengeralattjáróról indított ballisztikus rakéta hordozza 1990-től, rakétánként 8db-ot az Mk5 MIRV járművön.
Összesen 400db W-88-as készült 1992-ig.

1999-ben a San Jose Mercury News megírta, hogy a W88-ban egy tojás alakú elsődleges és gömb alakú másodlagos töltet volt, amely együtt alkotta a "földimogyoró" néven ismert fegyvert.
Négy hónappal később, a New York Times arról számolt be, hogy 1995-ben a Kínai Népköztársaság kettős ügynöke, Wen Ho Lee tájékoztatta az Egyesült Államokat, hogy Los Alamos-ban folytatott kémkedés során, Kína is megismerte a W88-as töltet felépítését.

A Convenient Spy: Wen Ho Lee and the Politics of Nuclear Espionage

Az Mk.5 MIRV járműbe zsúfolt 8 visszatérő fejben a tojás alakú elsődleges töltet jelentősége a korlátozott méretű, 1.75m magas, és 0.5m átmérőjű kúpban lévő jobb helykihasználás.
Az elsődleges implóziós DT gázzal növelt hatóerejű plutónium töltetet mindenképpen egy meghatározott távolságnál messzebb kell helyezni a másodlagos termonukleáris töltettől, hogy annak legalább 50%-os égése az elsődleges töltet lökéshullámának megérkezése előtt megtörténjen.

A 80-as években a világ legnagyobb teljesítményű számítógépeit a U.S. Department of Energy alkalmazta, az elsődleges plutónium töltet implóziós számításaihoz.
W-88 esetében az implóziós lökéshullám számítások nyilvánvalóan sokkal nehezebbek, mint egy gömb alakú elsődleges implóziós töltet esetében.
Miközben a gömbszimmetrikus szimuláció egydimenziós, addig egy axiálisan szimmetrikus tojás alakú test szimulációja kétdimenziós.
Mivel a szimulációk minden dimenziót diszkrét szegmensekbe osztanak, így amennyiben egy egydimenziós szimuláció például csak 100 pontot tartalmaz, addig ugyanaz a hasonlóan pontos kétdimenziós szimuláció 10 000-et igényel, két nagyságrenddel többet.

További érdekesség, hogy a W88-as másodlagos termonukleáris töltete teljesen a Szovjet (layered cake) gömb alakú tervezési elveken alapult.


Próbáljuk akkor az eddigi ismereteink alapján “megtervezni” a W88 475kt hatóerejű töltetet.

Teljesen önkényesen az elsődleges implóziós töltetet 25kt hatóerejűnek veszem, így kevés DT gáz kell a működéséhez, legalább ritkábban kell cserélni a DT (Deutérium - Trícium) gáztartályt, ami nem hátrány egy atom tengeralattjáró által hordozott ballisztikus rakéta esetén.

A másodlagos termonukleáris töltet három összetevőjéből, ²³⁵U (urán-235 izotóp) sparkplug, LiD (Lítium Deuterid) fúziós üzemanyag, és az ²³⁸U (urán-238 izotóp) tartály, a LiD általában a fúziós töltet hatóerejének 20..40%-ért szokott felelni, vegyük ezt most egyharmadnak (150kt).
Mivel a LiD hatóereje 50kt/kg, és általában 50%-os hatásfokkal ég el, így 150kt hatóerőhöz:
150kt / (50kt/kg · 50%) = 6kg LiD töltetre lesz szükségünk.

Az ²³⁵U (urán-235 izotóp) hasadása gyújtógyertyaként (sparkplug) indítja be a LiD Jetter ciklusát (hasadás – fúzió – hasadás – stb…) legyen ennek hatóereje mondjuk 100kt.
Mivel az ²³⁵U hatóereje 17kt/kg, és általában 98%-os hatásfokkal ég el a LiD jetter ciklusa alatt elért 25keV (275millió fok) hőmérsékleten, így 100kt hatóerőhöz:
100kt / (17kt/kg · 98%) = 6kg ²³⁵U töltetre lesz szükségünk.

A LiD Jetter ciklusa (hasadás – fúzió – hasadás – stb…) alatt keletkezett extra neutronok az ²³⁸U (urán-238 izotóp) – tartály hasadását idézik elő.
A hiányzó 200kt hatóerőhöz így számoljuk ki, hogy mekkora tömegű ²³⁸U tartályra lenne szükségünk.
Mivel az ²³⁸U hatóereje 17kt/kg, de általában csak 10%-os hatásfokkal hasad, így 200kt hatóerőhöz:
200kt / (17kt/kg · 10%) = 118kg ²³⁸U tartályra lesz szükségünk.

Az eddig számolt hatóerők és tömeg:
DT gázzal növelt hatóerejű implóziós plutónium töltet: 25kt, 20kg
²³⁵U hasadása gyújtógyertyaként (sparkplug): 100kt, 6kg
LiD Jetter ciklusa: 150kt, 6kg
²³⁸U tartály hasadása: 200kt, 118kg

W88 hatóereje: 25kt + 100kt + 150kt + 200kt = 475kt
W88 tömege: 20kg + 6kg + 6kg + 118kg = 150kg


Számoljuk ki, hogy a fent elképzelt termonukleáris másodlagos töltet beférne-e az Mk.5 MIRV jármű 50cm átmérőjű talpába…

6kg LiD töltet térfogata: 6kg / 0.8kg/dm³ = 7.5 dm³
6kg ²³⁵U töltet térfogata: 6kg / 19kg/dm³ = 0.3 dm³

A fenti alkotórészekből a másodlagos töltet átmérője:
V = (4/3 · R³ · π)
7.5dm³ + 0.3dm³ = 4/3 · R³ · π
R³ = 3/4 · V / π = 3/4 · 7.8dm³ / π = 1.86dm³
R = 1.23dm
D = 2 · R = 2.64dm = 26cm átmérő. (mint egy 12kg-os focilabda…)

A W-88 töltet hatásfoka (yield-to-weight ratio); 475kt / 150kg = 3.1 kt/kg

 

[gacsat]

W-88 a földimogyoró

A legújabb generációs harci részek fejlesztésénél is csak a szokásos követelményeket támasztották a Los Alamosi tudósok elé; minél nagyobb hatóerő (0.5Mt) elérése, minél kisebb (1.75m magas, és 50cm maximális átmérőjű kúp) és könnyebb töltettel (maximum 200kg).

A 80-as években, Los Alamos-ban fejlesztett W-88-as töltetet az UGM-133 Trident-II D-5 tengeralattjáróról indított ballisztikus rakéta hordozza 1990-től, rakétánként 8db-ot az Mk5 MIRV járművön.
Összesen 400db W-88-as készült 1992-ig.

1999-ben a San Jose Mercury News megírta, hogy a W88-ban egy tojás alakú elsődleges és gömb alakú másodlagos töltet volt, amely együtt alkotta a "földimogyoró" néven ismert fegyvert.
Négy hónappal később, a New York Times arról számolt be, hogy 1995-ben a Kínai Népköztársaság kettős ügynöke, Wen Ho Lee tájékoztatta az Egyesült Államokat, hogy Los Alamos-ban folytatott kémkedés során, Kína is megismerte a W88-as töltet felépítését.

A Convenient Spy: Wen Ho Lee and the Politics of Nuclear Espionage

Az Mk.5 MIRV járműbe zsúfolt 8 visszatérő fejben a tojás alakú elsődleges töltet jelentősége a korlátozott méretű, 1.75m magas, és 0.5m átmérőjű kúpban lévő jobb helykihasználás.
Az elsődleges implóziós DT gázzal növelt hatóerejű plutónium töltetet mindenképpen egy meghatározott távolságnál messzebb kell helyezni a másodlagos termonukleáris töltettől, hogy annak legalább 50%-os égése az elsődleges töltet lökéshullámának megérkezése előtt megtörténjen.

A 80-as években a világ legnagyobb teljesítményű számítógépeit a U.S. Department of Energy alkalmazta, az elsődleges plutónium töltet implóziós számításaihoz.
W-88 esetében az implóziós lökéshullám számítások nyilvánvalóan sokkal nehezebbek, mint egy gömb alakú elsődleges implóziós töltet esetében.
Miközben a gömbszimmetrikus szimuláció egydimenziós, addig egy axiálisan szimmetrikus tojás alakú test szimulációja kétdimenziós.
Mivel a szimulációk minden dimenziót diszkrét szegmensekbe osztanak, így amennyiben egy egydimenziós szimuláció például csak 100 pontot tartalmaz, addig ugyanaz a hasonlóan pontos kétdimenziós szimuláció 10 000-et igényel, két nagyságrenddel többet.

További érdekesség, hogy a W88-as másodlagos termonukleáris töltete teljesen a Szovjet (layered cake) gömb alakú tervezési elveken alapult.


Próbáljuk akkor az eddigi ismereteink alapján “megtervezni” a W88 475kt hatóerejű töltetet.

Teljesen önkényesen az elsődleges implóziós töltetet 25kt hatóerejűnek veszem, így kevés DT gáz kell a működéséhez, legalább ritkábban kell cserélni a DT (Deutérium - Trícium) gáztartályt, ami nem hátrány egy atom tengeralattjáró által hordozott ballisztikus rakéta esetén.

A másodlagos termonukleáris töltet három összetevőjéből, ²³⁵U (urán-235 izotóp) sparkplug, LiD (Lítium Deuterid) fúziós üzemanyag, és az ²³⁸U (urán-238 izotóp) tartály, a LiD általában a fúziós töltet hatóerejének 20..40%-ért szokott felelni, vegyük ezt most egyharmadnak (150kt).
Mivel a LiD hatóereje 50kt/kg, és általában 50%-os hatásfokkal ég el, így 150kt hatóerőhöz:
150kt / (50kt/kg · 50%) = 6kg LiD töltetre lesz szükségünk.

Az ²³⁵U (urán-235 izotóp) hasadása gyújtógyertyaként (sparkplug) indítja be a LiD Jetter ciklusát (hasadás – fúzió – hasadás – stb…) legyen ennek hatóereje mondjuk 100kt.
Mivel az ²³⁵U hatóereje 17kt/kg, és általában 98%-os hatásfokkal ég el a LiD jetter ciklusa alatt elért 25keV (275millió fok) hőmérsékleten, így 100kt hatóerőhöz:
100kt / (17kt/kg · 98%) = 6kg ²³⁵U töltetre lesz szükségünk.

A LiD Jetter ciklusa (hasadás – fúzió – hasadás – stb…) alatt keletkezett extra neutronok az ²³⁸U (urán-238 izotóp) – tartály hasadását idézik elő.
A hiányzó 200kt hatóerőhöz így számoljuk ki, hogy mekkora tömegű ²³⁸U tartályra lenne szükségünk.
Mivel az ²³⁸U hatóereje 17kt/kg, de általában csak 10%-os hatásfokkal hasad, így 200kt hatóerőhöz:
200kt / (17kt/kg · 10%) = 118kg ²³⁸U tartályra lesz szükségünk.

Az eddig számolt hatóerők és tömeg:
DT gázzal növelt hatóerejű implóziós plutónium töltet: 25kt, 20kg
²³⁵U hasadása gyújtógyertyaként (sparkplug): 100kt, 6kg
LiD Jetter ciklusa: 150kt, 6kg
²³⁸U tartály hasadása: 200kt, 118kg

W88 hatóereje: 25kt + 100kt + 150kt + 200kt = 475kt
W88 tömege: 20kg + 6kg + 6kg + 118kg = 150kg


Számoljuk ki, hogy a fent elképzelt termonukleáris másodlagos töltet beférne-e az Mk.5 MIRV jármű 50cm átmérőjű talpába…

6kg LiD töltet térfogata: 6kg / 0.8kg/dm³ = 7.5 dm³
6kg ²³⁵U töltet térfogata: 6kg / 19kg/dm³ = 0.3 dm³

A fenti alkotórészekből a másodlagos töltet átmérője:
V = (4/3 · R³ · π)
7.5dm³ + 0.3dm³ = 4/3 · R³ · π
R³ = 3/4 · V / π = 3/4 · 7.8dm³ / π = 1.86dm³
R = 1.23dm
D = 2 · R = 2.64dm = 26cm átmérő. (mint egy 12kg-os focilabda…)

A W-88 töltet hatásfoka (yield-to-weight ratio); 475kt / 150kg = 3.1 kt/kg

Kiszedi a héliumot a tríciumból.

 

[Hpasp]

Összefoglalás

Akkor most a sorozat végén, szaladjunk végig az eddig tárgyaltakon.

Urán

Az egyetlen bányászható mennyiségben a természetben jelenlévő hasadóanyag.

Egy tonna Pécsen kibányászott uránérc 1.2kg fémuránt tartalmazott.
A fémurán nagy részét az urán-238 izotópja alkotja, és csak 0.711%-a az urán-235 izotóp, vagyis a Pécsen kibányászott egy tonnányi uránércből mindössze 8.5g urán-235 izotóp nyerhető dúsítással.

Civil reaktor számára szükséges 4% dúsítási fok 6.25SWU/kg, 5%-os dúsítás 8.85SWU/kg, izotóp kutató reaktorok számára igényelt 20%-os dúsítás 45SWU/kg, míg fegyverminőségű 90%-os dúsítottságú urán előállításához 227SWU/kg (SWU - Separative Work Unit) dúsítási munka szükséges.


Zippe féle gázcentrifuga

A világon jelenleg kizárólagosan alkalmazott urándúsítási módszer a Szovjetunióban kifejlesztett Zippe féle gázcentrifugán alapul.
A módszerrel egységnyi dúsítási munka (SWU/kg) 50kWh energia fogyasztás mellett végezhető el, urán-hexafluorid (UF₆) gázon.
Jelenleg a világon ismert összes (IAEA – Nemzetközi Atomenergia ügyi Ügynökség számára bejelentett) urándúsítója ezt a módszert alkalmazza.

Gázdiffúzió

Az Egyesült Államokban, Oak Ridge, Tennessee államban 1945 és 1954 között épült gázdiffúziós dúsító gyárkomplexum öt üzeme a nyolcvanas évek végéig termelt.
A módszerrel egységnyi dúsítási munka (SWU/kg) 2500kWh energia fogyasztás mellett volt végezhető, urán-hexafluorid (UF₆) gázon.

A Szovjetunió szintén megvizsgálta az eljárást, de a Zippe féle gázcentrifugát hatékonyabbnak találta.


Elektromágneses izotóp-szeparáció

Az Egyesült Államokban, Oak Ridge, Tennessee államban 1943 és 1944 között megépült 17db dúsító 1152db Calutron-jában dúsított ²³⁵U Urán-235 izotópból épült a Hirosimára ledobott Little Boy bomba.
Az eljárás hatalmas energiafogyasztása, és több ezer operátor folyamatos figyelmét igénylő működése miatt 1946 végén megszüntették.

A Szovjetunió szintén megvizsgálta az eljárást, de a gázcentrifugát hatékonyabbnak találta.

Irak az öböl háború kitöréséig dolgozott egy elektromágneses izotóp szeparációs üzemen, mivel az IAEA akkoriban már komolyan monitorozta és tiltotta a gázcentrifugák előállításához szükséges alkatrészek nemzetközi kereskedelmét.


²³⁵U - Urán-235 izotóp

Láncreakcióhoz szükséges kritikus tömege 52kg ágyú típusú töltet esetén.

Miután egy neutron felhasítja az urán-235 izotópot, két új atommag, két neutron, és 180MeV magenergia jön létre.
n + ²³⁵U −> X + Y + n + n’ + (180 MeV)

Elméleti hatóereje (100% hatásfokon); 17kt/kg
Fegyverminőségű ²³⁵U előállítási költsége a Manhattan Terv alatt gázdiffúzióval; 180’000$/kg (2018-as USD)
Fegyverminőségű ²³⁵U előállítási költsége Zippe féle gázcentrifugával; 60’000$/kg (2018-as USD)

Little Boy ágyú típusú töltet hatóereje ~16kt volt, 84.5%-osan dúsított, 64kg-os töltettel.
Hatásfoka; 16kt / (64kg · 17kt/kg) = 1.5%
Az Egyesült Államok által Hirosimára ledobott Little Boy bombán kívül egyedül Dél Afrika gyártott ebből a típusból.

Implóziós töltet esetén a kritikus tömeg 25kg, a számított hatóerő 22kt.
Hatásfoka; 22kt / (25kg · 17kt/kg) = 5.2%
Mivel implóziós urán bombát a legegyszerűbb és legolcsóbb előállítani gázcentrifuga alkalmazásával, a feltörekvő atomhatalmak (Pakisztán, India, Irán, Irak, Észak Korea) szinte biztos hogy dolgoznak rajta.

Termonukleáris töltet gyújtójaként (sparkplug) alkalmazva, a fúziós töltet (D² vagy ⁶LiD) égésének 25keV (275 millió fok) hőmérsékletén az ²³⁵U 98%-os hatásfokkal képes energiát termelni.


²³⁸U - Urán-238 izotóp

A természetes uránfém több mint 99%-át alkotja, nagy mennyiségben rendelkezésre áll, és emiatt olcsó.
Ára; 50$/kg (2018-as USD)

Láncreakciót nem képes fenntartani, viszont más termonukleáris reakciók (D² vagy ⁶LiD) által megtermelt neutronok képesek hasadását előidézni, ekkor elméleti hatóereje (100% hatásfokon); 17kt/kg
A fentiek miatt fúziós bombák másodlagos töltetét általában urán-238 tartályba/héjba építik, ahol megközelítőleg 10%-os hatásfokkal hasad.


²³⁹Pu – Plutónium

Grafit vagy nehézvíz moderálású reaktorban lehet előállítani, természetes urán, neutronnal való bombázásával.
Az így besugárzott anyag rendkívül radioaktív, és csak 0.025% arányban tartalmaz plutónium-239 izotópot, amit bonyolult és veszélyes kémiai izotóp szeparációval lehet elválasztani.

Egy 2500MW hő teljesítményű reaktor, évente 257kg plutóniumot tud megtermelni.
Érintésre a plutónium meleg (~40 °C), nyugalmi állapotában 2.4W hőt termel kilogrammonként.

Láncreakcióhoz szükséges kritikus tömege 10kg.

Ágyú típusú töltet nem készíthető belőle, mivel jelentős százalékban tartalmaz ²⁴⁰Pu izotópot, ami a kritikus tömeg elérése előtt (és csak töredék % hatásfokkal) robbanna.

Elméleti hatóereje (100% hatásfokon); 17kt/kg
Fegyverminőségű ²³⁹Pu előállítási költsége nehézvizes reaktorban; 1’000’000$/kg (2018-as USD)

Implóziós bombában (Trinity – 18.6kt, Fat Man – 21kt, Crossroads – 23kt, RDSz-1 – 20kt) 6.19kg plutónium 18.6..23kt hatóerőt ért el,
hatásfoka így 18.6kt..23kt / (6.19kg · 17kt/kg) = 17.8%..21.8%

Termonukleáris töltet gyújtójaként (sparkplug) alkalmazva, a fúziós töltet (D² vagy ⁶LiD) égésének 25keV (275 millió fok) hőmérsékletén a ²³⁹Pu 98%-os hatásfokkal képes energiát termelni.


T – Trícium, (³H - Hidrogén-3 izotópja)

Nehézvíz moderálású reaktorban lehet előállítani, természetes Lítium neutronnal való bombázásával.
Egy 2500MW hő teljesítményű reaktor, évente 7kg tríciumot tud megtermelni.

A Trícium radioaktív gáz, évente 5%-a elbomlik Hélium-3 izotóppá, és mindössze 12 év a felezési ideje.

Elméleti hatóereje (100% hatásfokon); 0.08kt/g
T előállítási költsége; 35’000$/g (2018-as USD)

Felhasználása DT (Deutérium-Trícium) gázkeverék formájában, plutónium implóziós bomba magjába pumpálva történik.
Korszerű implóziós, DT gázzal növelt hatóerejű (boosted) töltetben 4kg plutónium magba engedett DT gáz mennyiségének (2g..10g) függvényében 10kt..50kt hatóerőt képes létrehozni a Deutérium és Trícium fúziója alatt létrejövő extra neutronok által hasított plutónium energia-felszabadításával.
T + D −> n + 4He + (17.6 MeV)

A fenti fúzió jellemző hatásfoka; 50%


D – Deutérium, (²H Hidrogén-2 izotópja)

A nehézvíz D₂O jelentős mennyiségben áll rendelkezésre a természetben, felhasználják plutónium és trícium szaporító reaktorokban.
Girdler-szulfid eljárással állítják elő, Hidrogén-szulfid gáz felhasználásával.

Elméleti hatóereje (100% hatásfokon); 80kt/kg
D² előállítási költsége; 500$/kg (2018-as USD)

Folyékony halmazállapotúra hűtött D² Deutériumot alkalmaztak az Ivy Mike kísérletnél, ahol háromszázszoros sűrítésen (χ=300) 25%-os hatásfok mellett égett el.
D + D −> p + T + (4.0 MeV)
T + D −> n + 4He + (17.6 MeV)
Két Deutérium atommag fúziója után először egy Trícium atom keletkezett, ami újabb fúzióra lépett egy Deutérium atommaggal.
A fenti reakció után keletkezett extra neutron, a fúziós töltetet körbevevő ²³⁸U természetes urán tartályban hasadást indított, ami a teljes kísérlet energia felszabadulásának háromnegyedét okozta.

D₂ gáz állapotában tríciummal keverve (DT gáz) használják növelt hatóerejű (boosted) implóziós töltetben, illetve LiD üzemanyag összetevőként a termonukleáris töltetekben.


⁶LiD - Lítium Deuterid

A természetben található Lítium 92.5%-át a Lítium-7 izotóp teszi ki, és csak 7.4% a Lítium-6 izotóp, aminek elválasztására ipari méretekben egyedül a higany oszlop (COLEX) elektrokémiai eljárás alkalmazható, ami jelentős környezet szennyezéssel jár.
Durva becslésem szerint az USA 500 tonna LiD előállításához 10’000 tonna higanyt használt fel.

A ⁶LiD Lítium Deuterid-ot lítium-6 izotóp fém, deutérium gázzal való kezelésével állítják elő, 600 °C feletti hőmérsékleten.

A ⁶LiD Jetter ciklusa alatt, egy ⁶Li Lítium-6 izotópot neutron hasít fel, majd az így keletkező Trícium atom fúziónál a ⁶LiD maradék Deutérium atomjával…
n + ⁶Li −> T + ⁴He + (4.8 MeV)
T + D −> ⁴He + n + (17.6 MeV)
… a fenti fúziós reakció után egy újabb neutron keletkezik, és a ciklus ismétlődik...

⁶LiD Jetter ciklus elméleti hatóereje (100% hatásfokon); 50kt/kg
⁶LiD előállítási költsége; 25’000$/kg (2018-as USD)

Az elsődleges implóziós plutónium töltet röntgen sugárzása által plazmává alakított polisztirol összenyomja a ⁶LiD töltetet, aminek hatóereje 50%-os hatásfok mellett ég el.
A neutronok egy része további hasadást okoz a másodlagos töltetet körbevevő urán tartályban.

 

[Hpasp]

Ha szeretnétek mélyebben belemerülni a fenti témában, a felhasznált és továbbolvasásra érdemes források...

Энциклопедия XXI век. Оружие и технологии России
Том 14 - Ядерный оружейный комплекс
Under supervision of the Defense Minister of the Russian Federation,
Sergei Ivanov
2007 Moscow

Gas Centrifuge Theory and Development: A Review of U.S. Programs
Princeton University, Princeton, NJ, USA
R. Scott Kemp
2009

The History of the Gas Centrifuge and Its Role in Nuclear Proliferation
Mechanical & Aerospace Engineering University of Virginia
Houston Wood, Professor
2010

Az uránérc bányászatától az atomerőművi felhasználásig
Paksi Atomerőmű
László Orsolya
http://www.atomeromu.hu/hu/Documents/Az_uranerc_banyaszatatol_az_atomeromuvi_felhasznalasig.pdf

Правда о «Кузькиной матери»
Посвящается 60-летию Российского Федерального Ядерного Центра,
ВНИИ технической физики имени ака демика Е. И. Забабахина
В. Д. Кирюшкин
2015

Nuclear Weapons of the United States
James N. Gibson
1996

Iran’s Nuclear Program: Status
Congressional Research Service
Updated April 1, 2019

Sources of Tritium
OAK RlDGE NATIONAL LABORATORY
Oak Ridge, Tennessee 37830
J. E. Phillips, C. E. Easterly
December 1980

Castle Bravo: Fifty years of legend and lore
A Guide to Off-Site Radiation Exposures
Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico
Thomas Kunkle
January 2013

HISTORICAL OUTLINE ON THE QUESTION OF SWISS NUCLEAR ARMAMENT
Jurg Stüssi-Lauterberg
December 31, 1995

The physical principles of thermonuclear explosives, inertial confinement fusion, and the quest for fourth generation nuclear weapons
Independent Scientific Research Institute
Box 30, CH-1211 Geneva-12, Switzerland
Andre Gsponer and Jean-Pierre Hurni
January 20, 2009

TIME Magazine
February 14, 2005

AZ ATOMBOMBA TÖRTÉNETE
Richard Rhodes
2013

 

[jOkA]

Ha szeretnétek mélyebben belemerülni a fenti témában, a felhasznált és továbbolvasásra érdemes források...

Энциклопедия XXI век. Оружие и технологии России
Том 14 - Ядерный оружейный комплекс
Under supervision of the Defense Minister of the Russian Federation,
Sergei Ivanov
2007 Moscow

Gas Centrifuge Theory and Development: A Review of U.S. Programs
Princeton University, Princeton, NJ, USA
R. Scott Kemp
2009

The History of the Gas Centrifuge and Its Role in Nuclear Proliferation
Mechanical & Aerospace Engineering University of Virginia
Houston Wood, Professor
2010

Az uránérc bányászatától az atomerőművi felhasználásig
Paksi Atomerőmű
László Orsolya
http://www.atomeromu.hu/hu/Documents/Az_uranerc_banyaszatatol_az_atomeromuvi_felhasznalasig.pdf

Правда о «Кузькиной матери»
Посвящается 60-летию Российского Федерального Ядерного Центра,
ВНИИ технической физики имени ака демика Е. И. Забабахина
В. Д. Кирюшкин
2015

Nuclear Weapons of the United States
James N. Gibson
1996

Iran’s Nuclear Program: Status
Congressional Research Service
Updated April 1, 2019

Sources of Tritium
OAK RlDGE NATIONAL LABORATORY
Oak Ridge, Tennessee 37830
J. E. Phillips, C. E. Easterly
December 1980

Castle Bravo: Fifty years of legend and lore
A Guide to Off-Site Radiation Exposures
Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico
Thomas Kunkle
January 2013

HISTORICAL OUTLINE ON THE QUESTION OF SWISS NUCLEAR ARMAMENT
Jurg Stüssi-Lauterberg
December 31, 1995

The physical principles of thermonuclear explosives, inertial confinement fusion, and the quest for fourth generation nuclear weapons
Independent Scientific Research Institute
Box 30, CH-1211 Geneva-12, Switzerland
Andre Gsponer and Jean-Pierre Hurni
January 20, 2009

TIME Magazine
February 14, 2005

AZ ATOMBOMBA TÖRTÉNETE
Richard Rhodes
2013

Köszönjük!

 

[rudi]

Akkor most a sorozat végén, szaladjunk végig az eddig tárgyaltakon.

Esetleg plusz egy rész
- a neutron bombákról?
Hogy tolják el a bombából felszabaduló energiát a neutron sugárzás felé?
- a kobalt bombákról?
Miért hívják ezeket végítélet fegyvernek? Hogy tud pár száz kiló kobalt olyan kiterjedt radioaktív szennyezést produkálni?

 

[Hpasp]

Esetleg plusz egy rész
- a neutron bombákról?
Hogy tolják el a bombából felszabaduló energiát a neutron sugárzás felé?
- a kobalt bombákról?
Miért hívják ezeket végítélet fegyvernek? Hogy tud pár száz kiló kobalt olyan kiterjedt radioaktív szennyezést produkálni?

Hát ha továbbra is fennáll az érdeklődés, akkor inkább a 4. generációs atomfegyverek lehetőségeiről írok majd valamikor...

 

[fishbed]

Hát ha továbbra is fennáll az érdeklődés, akkor inkább a 4. generációs atomfegyverek lehetőségeiről írok majd valamikor...

Jöhet!