Вопрос по ядерной рекации при превышении критической массы

Question

Вопрос по ядерной рекации при превышении критической массы

Роман Зайцев Гуру (2946), закрыт 14 лет назад

Может кто-нибудь попроще объяснить, каким образом кусок в, допустим, 1 кг плутония спокойно хранится и излучает, а 2 кг производит разрушения колоссального масштаба? Да-да, про Вики я тоже слышал. И Гугл. Очень интересные формулы, числа, названные именами учёных... А на пальцах можно?

Если я беру два полушария плутония (60% крит массы каждый) и соединяю, произойдёт с вероятностью 100% взрыв, так? То есть, цепная реакция, проходящая от одного края куска, до другого будет достаточной для взрыва, а цепная реакция в одном куске (60%), проходящая по диаметру, нет? Почему нужна именно определённая масса, а не длина бруска? Ведь длина определит, сколько на пути по ней раз сможет произойти делений, увеличивающих число этих самый частиц. И каким образом 60% критической массы хранятся годами в бункерах, не взрываются и не распадаются полностью, а при соединении происходит мгновенная гарантированная реакция уничтожения ВСЕХ частиц?

Понимаете схему? Два полушария, вид сбоку. Полукруг, полукруг. Соединяем - от дальнего конца одного до дальнего конца другого проходит реакция, уничтожающая всё вещество за секунду. А если берём один кусок и смотрим сверху, то видим такой же круг, как и соединённые полушария. Почему же во втором случае кусок будет "тлеть" годами? Ну никак я не пойму, как оно так получается... то 0.0001% за секунду, то 100%... А разница 1 к 2...

Answer 1

Коэффициент размножения нейтронов. Это ключевые слова. В длинном бруске нейтроны, летящие вдоль него, почти гарантированно врежутся в ядра атомов, зато летящие под углом часто вылетят быстрее, чем из сферы, и навряд ли успеют натолкнуться на ядра атомов. Важен только СРЕДНИЙ ПУТЬ нейтрона до вылета из куска. Именно от него зависит коэффициент размножения. Как только он стал больше 1 - цепная реакция пошла.
Причем для атомной бомбы важно, чтобы этот коэффициент быстро превысил 1. Если он будет, скажем, 1,0001, цепная реакция пойдет, но кусок будет нагреваться относительно медленно и расплавится и испарится еще до того. как заметная часть атомов распадется. Именно в этом сложность технологии атомной бомбы при простом принципе ее действия - быстро соединить куски делящегося вещества. В первой атомной бомбе - "Малыше" - фактически была скрыта пушка, которой одним полушарием урана стреляли по другому. Потом были разработаны и другие, более сложные и эффективные, способы. Но даже при них успевает прореагировать только несколько процентов делящегося вещества. У "Малыша" успело распасться только чуть больше 1% урана.

Answer 2

Дивергент Высший разум (1796221) 14 лет назад

Забудь все это.. . Для взрыва главное не критическая масса, а критическая плотность. А еще наличие отражателей, например.. . И при взрыве реагируют на самом деле не "все частицы", а не более 2-3 процентов заряда...

Роман ЗайцевГуру (2946) 14 лет назад

То есть, правда, что при аннигиляции килограмма антиматерии взрыв всю планету уничтожит? =) Это же 100% высвобождения энергии?

Дивергент Высший разум (1796221) Возьми, да посчитай, сколько энергии выделится при полной аннигиляции 1 кг антиматерии, что за проблема? E=mc^2. Только где ты собираешься килограмм антиматерии хранить при его получении?

Answer 3

Всё дело в симметрии куска плутония.
Ведь нейтроны, вызывающие цепную реакцию, летят как попало. По произвольным направлениям. Так что если смотреть сверху на ПОЛУшарие - да, это круг. Но если смотреть на него СБОКУ - полкруга. А нейтроны смотрят на это ИЗНУТРИ, и заранее нельзя предсказать, куда именно полетит каждый конкретный нейтрон - по диаметру от края до края или по краешку насквозь. Ясен пень, что в последнем случае нейтрон вылетит из куска плутония до того, как успеет захватиться другим ядром.
ТАк что тут вся игра на вероятностях: просто есть определённая вероятность захвата нейтрона на каждом сантиметре его пробега, и вем больше В СРЕДНЕМ таких сантиметров - тем выше вероятность захвата.
В сферически симметричном случае (два куска приведены в соприкосновение) все направления оказываются равноправными, и средняя длина "полезного" пробега увеличивается до значения, вызывающего цепную реакцию.