Аннотация: Врага надо знать в лицо, а не прятать голову в песок! При создании этой монографии использовались только открытые источники. Надо бороться с причинами опасностей ,а не закрывать знания от людей!
Введение.
Я предупреждаю о том, что ядерный терроризм вполне реализуем и имеет место быть в своей самой страшной ипостаси - в обширных радиационных ударах! Многие говорят, что это невозможно. Дескать, это, мол, сфера высоких технологий и материалов с ограниченным доступом. И не в кустарных условиях подполья этим заниматься. Другие всё сводят к хищению и применению боевого ядерного оружия. А где оно, кроме как в кино? И почему-то многие считают, что не найдётся специалиста, который этим бы занялся. Что все специалисты - этакие миролюбивые гуманисты, озабоченные всеобщей демократизацией, правами человека, и все - сторонники глобализации. Однако это далеко не так! И заняться ядерным терроризмом может любой выпускник физико-технической специальности, владеющий своей профессией. При соответствующем финансировании и обеспечении, разумеется! Есть в центре Европы серая зона, где спокойно отлёживаются разные личности. Это Балтия. Там вы встретите жестокого наёмника из Африки, Азии или Латинской Америки, наркоторговца, торговца рабами и женщинами, главаря международной банды, международного афериста, наёмного убийцу, контрабандистов всех мастей, главарей и членов разных якобы революционных организаций. И все они там добропорядочные буржуа - бизнесмены. Вот, в одном портовом городе Балтии я нашёл материалы, которые после редактирования и пояснений превратились в статью о реальной опасности ядерного терроризма. Для пущей убедительности я сохранил авторский стиль - смесь пропаганды и инструкции по эксплуатации. Эту статью - предупреждение банили на многих форумах, пока арабские террористы не сделали её основой сайта о ядерном джихаде. Парадокс, похожий на юмор висельника!
ЯДЕРНЫЙ ТЕРРОРИЗМ. ОПАСНОСТЬ РЕАЛИЗАЦИИ.
Рукопись, найденная в одном из портовых городов Балтики, исправленная и отредактированная автором. Автор предупреждает: следование данной инструкции опасно для жизни! Автор не согласен с первоисточником!
ЯДЕРНЫЙ ТЕРРОРИЗМ. ИСКУССТВО РЕАЛИЗАЦИИ.
Исключительно в просветительских целях для нашей любознательной молодёжи.
Давно наблюдаю мягкую буржуазную пропаганду, направленную на создание из молодёжи бывшего СССР псевдо - совков и борюсь с этим самым мерзким делом по мере сил и средств. Пропаганда вещает о дружбе народов, а для меня это - чушь, ибо есть только подчинение слабых народов сильным! Пропаганда внушает, что евреи - святые люди! А я призываю бить евреев за их чёрные дела! Пропаганда твердит, что террористы - наши злейшие враги! Я говорю, что они - революционеры, стремящиеся к светлым целям! А революционеры - положительный пример для молодёжи. Я расскажу вам о наиболее эффективном средстве революционной молодёжи - ядерном терроризме.
Рассмотрим следующие разделы от примитива к более сложному материалу:
1/ радиоактивные материалы и грязная бомба,
2/ захват и разрушение атомных электростанций,
3/ захват и применение ядерного оружия,
4/ создание и применение ядерного оружия,
5/ создание и угроза применения кобальтовой бомбы,
6/ общие принципы применения ЯВУ/ядерного взрывного устройства/ в террористических целях,
7/ научно-технический итог освещения проблемы производства ядерного взрыва в террористических целях,
8/ практические шаги по реализации проекта,
9/ Реактор - вулкан! Растянутый во времени взрыв,
10/ Геополитические аспекты и перспективы ядерного терроризма.
ЦРУ в Сети поставило фильтры на три слова - ГЕРОИН, ПЛУТОНИЙ, РЕВОЛЮЦИЯ. Так в ЦРУ США пытаются выявить революционеров. А революционеры смеются и говорят:
продадим героин - купим плутоний,
купим плутоний - сделаем бомбу!
Сделаем бомбу - устроим РЕВОЛЮЦИЮ! Нас миллионы!
К сожалению, в кустарных условиях подполья сделать плутониевую бомбу не возможно. Реально использование урана с разным обогащением изотопом 235. Обо всём этом ниже.
Замечу, что развиваемая мною тема для хорошего восприятия требует определённых знаний по физике, особенно по ядерной физике, физике ядерных реакторов. В последнее время во многих странах по прямой указке властей США наблюдается закрытие многих, ранее открытых, источников по ядерной тематике и изъятие из открытых библиотечных фондов материалов по ядерной физике и соответствующим технологиям! В России с этим свободнее. Так что интересующимся советую рыть землю самим!
1/. Итак первый путь - применение радиоактивных материалов и создание грязной бомбы - путь наименее эффективный и опасный для исполнителей. Цели могут быть следующие:
1) радиоактивное облучение конкретных лиц,
2) радиоактивное заражение конкретных территорий.
В обоих случаях применение химических и биологических средств поражения гораздо эффективнее!
Дело в том, что наиболее подходят источники с гамма и нейтронной активностью, ибо альфа и бета лучи легко экранируются даже обычной одеждой. Однако источники альфа и бета излучения могут быть использованы в террористических целях для загрязнения предметов и окружающей среды с тем, чтобы при поступлении в организм через легкие, желудочно-кишечный тракт и кожу наносить ущерб здоровью за счет внутреннего облучения. В качестве таких материалов, скорее могут быть использованы альфа - активные радионуклиды, и в первую очередь полоний210. Это связано как со значительно более сильным радиационным воздействием альфа - излучения при попадании внутрь организма, чем воздействие бета - или гамма - излучения, так и с большими трудностями при их обнаружении (широко распространенные бытовые дозиметры, например, не чувствительны к альфа - излучению). Если в организм человека проникают частицы, содержащие альфа - излучающие изотопы, они оседают в тканях легкого, в лимфатических узлах, где и выделяют свою энергию в достаточно локализованной области. Результатом может стать рак легких и другие онкологические заболевания после скрытого периода, зависящего от полученной дозы. Эффективны пыль, жидкости и пары, содержащие такие изотопы.
Для быстрого поражения гамма лучами нужна высокая активность источника и большая / 0,6 МэВ и более/ энергия гамма- квантов, что затрудняет его доставку и облегчает спецслужбам обнаружение. Можно конечно соседу-жиду в огород дряни радиоактивной накидать, а где гарантия, что у него дозиметра или индикатора нет? Здесь химические средства куда как лучше. Нейтронные источники вообще большой дефицит!
Сама грязная бомба будет эффективна при массе более 10 тонн и активности порядка 10000 кюри для атаки на города! Попробуйте собрать такую массу, доставить и взорвать, чтобы источник распылился!
В ряду гамма - активных источников первенство держит Со60 - кобальт 60. Соотношение цена/качество и активность/масса. Смотрите таблицу в пояснениях. Его часто используют в лучевой терапии и гамма - диагностике металлических сварных соединений. На активность порядка 3 кило кюри защита весит порядка 1 тонны! А попробуйте вынуть источник - сразу получите смертельный лучевой удар. Для этого существуют специальные перезарядные транспортные ёмкости с ручным приводом в предприятиях РАДОН, ведающих снабжением источниками, их перезарядкой и захоронением. Взорвать источник надо бризантным способом, чтобы распылился, а это не просто, требует расчетов и экспериментов. Дело в бризантном действии взрывчатки. Оно возможно тогда, когда есть куда разрушаться преграде (телу приложения взрывной волны), то есть "направление необжатости". Взорвав навеску взрывчатки вплотную к плите металла, мы получим бризантное действие от взрывчатки сквозь плиту на ту сторону, расщепляющее плиту в этом направлении. Но, приложив с другой стороны такой же, точно сбалансированный, идентичный заряд в синхронном подрыве, бризантность пронаблюдаем уже не в первом направлении, а в стороны от зарядов вдоль плиты - первичное направление бризантного разрушения будет остановлено и "подпёрто" таким же встречным действием от второго куска взрывчатки. И бризантность выйдет "по сторонам" от первичного направления. Бризантный правильный подрыв свежего источника Со60 из облучающей головки вызовет значительное заражение большой площади и сделает необитаемым средний по размеру город на 50000-75000 жителей. Но взрывать на высоте надо, чтоб площадь поражения была побольше! Да потом дезактивация, и всё напрасно. Много проблем! Смысла мало. Можно, конечно, возить такой источник по городу в час пик, отгородившись от него стальной или бетонной плитой, облучая всех и всё, пока вас не засекли и не пристрелили! Да к троллейбусу или трамваю сзади приклеить можно. Вот только, как при этом не свалиться замертво от полученной дозы?
Но если вы всё же решились - где достать радиоактивные материалы?
А, по разному. Дураки, от недостатка образования, датчики дыма разбирают! В лабораториях стырят чего! Пустое всё это! Да и опасно для здоровья! Образованный человек находит связи, платит деньги и изготавливает нужный материал. Нужен исследовательский реактор или ускоритель. К реактору допуск жёсткий будет. Если только самим собрать реактор. Как? Об этом ниже. А к сильноточному ускорителю электронов до энергий от 10 до 30 МэВ доступ свободный, были бы там знакомые. А ускорители эти есть в крупных больницах, в лабораториях разных центров. А персонал при ускорителях этих прозябает на нищенскую зарплату! В России! Вот вам электроны, вот вам тормозное гамма-излучение! А поставьте на пути гамма-лучей бериллий и получите нейтроны. Если энергия гамма лучей больше 10 МэВ, в качестве мишени для получения нейтронов можно использовать вольфрам, свинец, уран 238! Берите справочник по ядерным реакциям и получайте новые вещества! Хоть золото! Электроны, попадая в уран 238, часть своей энергии тратят на генерирование спектра тормозного гамма-излучения, часть на ионизацию. Отношение энергии идущей на излучение к энергии на ионизацию, равно X=Z*E/800. В случае урана и 30-МэВных электронов X = 92*30/800 = 3.45, то есть на гамма-излучение идет 78% мощности потока ускоренных электронов попавших в мишень.
При энергии в единицы и десятки МэВ, пробег электрона в тяжёлой атомной мишени (уран, свинец, вольфрам) единицы миллиметров - а пробег гамма - кванта той же энергии около сантиметра, поэтому при попадании электронов на мишень из тяжёлых атомов образуется гамма спектр с граничной энергией, определяемой равенством энергий гамма- кванта и электрона. Фотоны с энергией в несколько МэВ вступают в реакции (gamma,n) ,а в случае тяжелых ядер - и в реакции фотоделения. В качестве мишени можно использовать просто слой урана, или тонкий (1 мм) слой свинца плюс толстый слой бериллия.
Реакция Be9(gamma , n)He4+He4+n,порог-1,67 МэВ. В среде бериллия возможна реакция типа (n,2n), увеличивающая поток нейтронов. Преимущество вольфрам - бериллиевой мишени в том, что при выключении потока бомбардирующих электронов в мишени почти нет наведенной радиоактивности и ее можно перебирать вручную без особых предосторожностей. Преимущество урановой - в более высоком выходе нейтронов. Выход нейтронов в реакции (gamma,n) быстро растет с увеличением энергии электронов, когда энергия гамма- квантов смещается в область Гигантского резонанса. И не нужен реактор!
При перемещении и хранении радиоактивных материалов надо соблюдать радиационную безопасность. А именно: материалы должны быть помещены в контейнер из толстой стали, а лучше из свинца в стальной оболочке. При перевозке на авто надо отгородиться от источника стальной или бетонной плитой. Хранить источники надо в бетонном бункере с толстыми стенами. Вообще в зоне действия радиоактивного излучения надо находиться как можно меньше времени. Тогда и полученная доза будет меньше.
Как практически совершить акцию с радиоактивными материалами? Вот план - ответ!
1) Цель акции.
Посеять панику в крупном городе, вызвать общественные беспорядки и недоверие к властям, парализовать экономическую и общественную жизнь города.
2) Средство.
Радиоактивные материалы на основе изотопа кобальта 60.
Рекомендую весьма, как вещество с гамма - активностью высокой энергии (до1.33 МэВ) фотонов, длительным полураспадом-5.3 года и простотой изготовления. При отсутствии сгодится цинк.
3) Как изготовить?
Найти доступ к сильноточному ускорителю электронов. Достать бериллий или вещества, его содержащие, или другое вещество мишени для фотоядерной реакции с нейтронным выходом. Выбор вещества мишени для фотоядерной реакции зависит от энергии тормозного излучения. Желательно, чтобы распределение гамма - квантов по энергиям совпадало с зоной гигантского резонанса мишени. Достать вещество, содержащее кобальт, чем больше, тем лучше, как юмор - порошкообразную заготовку краски ОХРА ЗОЛОТИСТАЯ, или что другое.
Если нет кобальта, используйте цинк. Гамма кванты в этом случае менее энергичны, и период полураспада меньше, но все равно общий эффект значителен!
Если доля гамма - квантов тормозного излучения энергии 15 МэВ значительна, то лучшая мишень уран 238 в зоне гигантского резонанса. 10-16 МэВ.
Собрать технологическую схему изготовления в составе:
ускоритель-мишень для получения тормозного гамма излучения - мишень фотоядерной реакции из вольфрама, бериллия или урана 238 для получения нейтронов - мишень из кобальта 59 или цинка. В процессе облучения контролируйте интенсивность индуцированного гамма- излучения, а то вытащить не сможете.
4) Как применить?
Радиоактивный порошок рассыпать в местах общественного пользования и отдыха, на газонах, детских площадках, стадионах, в парках. Посыпать железнодорожное полотно и трамвайные линии, дачные посёлки и просёлочные грунтовые дороги, чтобы максимально затруднить дезактивацию. Неплохо распылить радиоактивный порошок с какого-нибудь высотного сооружения, самолёта, воздушного шара. Для вызова паники надо обязательно информировать прессу и население. Для распыления отлично использовать самолёты с распылителями ядохимикатов и воздушные шары. Распыление на территориях детских садов, школ и университетов весьма усилит панику! Грязная бомба в эффективном применении - это либо высотный подрыв или распыление большой массы с малой удельной активностью, или высотный подрыв малой массы с высокой удельной гамма активностью. На первый взгляд второе предпочтительнее. Но подрыв должен быть бризантным, чтобы распылить активность. А это само по себе проблемно в связи с малыми габаритами высокоактивных источников гамма - излучения. Потребуется массивный громоздкий контейнер для экранирования излучения. Сборку бомбы - бризантным способом подрываемого источника гамма - излучения надо проводить манипуляторами за надёжной защитой, как на радиохимическом комбинате.
Подрывающее устройство должно быть простым и надёжным. Ему работать в зоне интенсивного гамма - излучения. Активность источника = от 1 до 5 кило - кюри. Высота подрыва от 0,5 до 5 км в зависимости от требуемой поверхностной активности зоны поражения и состояния атмосферы. Первая реализация проще, так как позволит распылять активность с самолёта без подрыва или осуществить подрыв самолёта, нагруженного значительной массой низкой удельной активности. Вся проблема в том, что гамма - излучение засекается даже со спутников. По любому требуется реактор или сильноточный ускоритель и урановая сборка - мишень для производства источников. В конце 40 - начале 50 годов, в СССР разрабатывался вариант нанесения радиационных ударов на европейском театре военных действий. Были методики расчёта зон поражения от высоты распыления активности и массы активности и удельной активности. Можно поискать, а можно и повторить расчёт. Было бы за что? Однако и при создании грязной бомбы нельзя обойтись без исследований и экспериментов. Бризантный подрыв источника Со60 должен быть отработан на макете из Со59.Необходимо добиться максимального распыления источника с минимальными размерами и массой пылинок. Эти значения потом лягут в основу расчёта зоны поражения и конкретной поверхностной активности распыляемых объектов гамма-излучения а этой зоне.
Подрыв самолёта по первому варианту также требует предварительных расчётов. Подрываемые бризантным способом источники Со60 с высокой активностью можно доставить в точку подрыва с помощью неуправляемых твёрдотопливных ракет, запускаемых через контейнер-экран, где хранится источник излучения. Такие акции будут проще и безопаснее акций с самолётами. Для эффективного бризантного подрыва наиболее подойдут диски из хрупкого материала, подобного керамике и содержащего Co60. Однако хрупкость эта относительно самого бризантного подрыва. Диск должен выдержать перегрузки при старте и ускорении носителя при полёте к месту подрыва. То есть потребуются конструкторские разработки и отладка изделия. Так что даже для реализации такой простой вещи, как грязная бомба, потребуется небольшой научно - исследовательский и опытно-конструкторский центр. Некоторые спросят, а чего это автор так привязался к бризантному подрыву? Дело в том, что гамма - источники высокой активности можно получить только в реакторах, где поток нейтронов 10^14 частиц на кв. см. в секунду и более, в постоянном режиме работы. Их производство ведётся на радио - химических комбинатах. Такие источники строго учитываются, хранятся, перевозятся специальными службами. И если удастся добыть, то именно такой источник, отбив его при транспортировке. Однако, нужно учесть, что при простом взрывном воздействии на стандартные источники не следует ожидать значительного распыления находящихся в них радиоактивных материалов. Причина в том, что материалы с высокой активностью и радиоактивной токсичностью, при изготовлении помещаются в прочные двойные капсулы из нержавеющей стали. Эти капсулы проходят испытания и выдерживают без разгерметизации воздействие высоких температур (800 градусов Цельсия в течение часа), удары (20 кгс с высоты один метр), давление (до 170 МПа), вибрации и проколы. Кроме того, материал активного сердечника таких источников - таблетки, диаметром 6,8 мм и толщиной 1,5 мм, находится в твердом и фиксированном состоянии, так что даже разгерметизация источника при взрыве не должна провести к его полному распылению. Предварительное вскрытие капсул-источников вручную - маловероятно. Необходимы манипуляторы за толстой защитой, видео для наблюдения и обученный персонал.
Поэтому наработка собственных радиоактивных изотопов - кобальта 60 и полония 210, в формате и кондиции пригодных для бризантного подрыва и распыления, просто необходима любой серьёзной организации.
Грязные бомбы, при всей своей кажущейся бесперспективности против больших стран, типа США и России, могут быть весьма перспективным оружием против малых стран, типа Израиля. Бризантный подрыв и распыление активности порядка 15 кило - кюри(3-5-10 грязных бомб и носителей) сделают Израиль необитаемым. Заражение порядка 10 кюри на квадратный километр. Таким может быть ответ Ирана на угрозы ядерной бомбардировки его территории!
Обозначенный мною путь несколько не стандартен, поэтому вполне реален, хотя требует интеллектуального труда и знания физики. Необразованные криминалы этим не обладают, значит и схему мою не применят. А другие, надеюсь, поймут, что степень риска провала в данном варианте весьма высока, а эффект под вопросом! Недавно американцы провели в Неваде эксперимент по подрыву радиоактивного источника. Много шума получилось. Но эффект мал! Трудно в кустарных условиях сделать бризантное распыление высокой активности. Моя, правда. Но хозяин - барин! Он сам выбирает свой путь.
Поправки и пояснения.
Ниже приводятся ядерные реакции и научные результаты, поясняющие изложенное выше:
Изотоп Период полураспада Энергия гамма-
излучения, МэВ Гамма - постоянная
Кобальт-60 5.3 года 1.17, 1.33 12.8
Цезий-137 30 лет 0.661 3.2
Цезий-134 2 года 0.60, 0.79 8.7
Европий-154 8.5 года 0.399 -1.4 6.5
Тантал-182 115 суток 0.462 - 1.23 6.7
Иридий-182 74 дня 0.137 - 0.651 4.6
В этой таблице приведен перечень основных радиоактивных изотопов, использующихся в основном в закрытых источниках, и обладающих достаточным выходом и энергией гамма-излучения. Здесь же приведены их основные характеристики и гамма - постоянные (Г), равные мощности экспозиционной дозы (Рентген/час), создаваемой данным радионуклидом с активностью 1 мК на расстоянии 1 см от источника без начальной фильтрации (Р*см2\ч*мКи). Эта величина характеризует эффективность ионизационного воздействия гамма-излучения данного радионуклида на облучаемый объект.
Тормозное гамма-излучение возникает при рассеянии высокоэнергичных электронов на ядрах атомов мишени. ТОРМОЗНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ - электромагнитное излучение, возникающее при рассеянии (торможении) быстрой заряженной частицы в кулоновском поле атомных ядер и электронов; существенно для легких частиц - электронов и позитронов. Спектр тормозного излучения непрерывен, максимальная энергия равна начальной энергии частицы. Примеры: тормозное рентгеновское излучение в рентгеновской трубке, тормозное гамма-излучение быстрых электронов ускорителя при их попадании на мишень и т. д. Выход тормозного излучения /интенсивность/зависит от атомного веса тормозящего вещества и максимален у урана 238!
Фотоядерные реакции - это реакции, когда гамма - кванты выбивают из атомных ядер нуклоны.
Фотоядерная реакция бериллия с гамма- квантом. На выходе две альфа-частицы и нейтрон, порог-1.67 МэВ
Be9(gamma,n)2He4
Гигантский резонанс есть широкий максимум в зависимости сечения фотоядерной реакции от энергии возбуждения ядра гамма- квантом. Наблюдается у всех ядер за исключением дейтрона .Наиболее вероятное взаимодействие по спектру энергии гамма- квантов.
Таблица фотоядерных реакций с тормозным гамма излучением. Указана ширина гигантского резонанса и сечение реакций.
Реакция (Еs)рез, МэВ Г (МэВ) smax, мбарн
19,2 4,7 20
17,5 6,0 108
15,0 6,0 820
13,0 6,0 1800
Лучшие показатели по энергии гамма- квантов и сечению реакции у урана 238!
Реакция бериллия с быстрым нейтроном типа n,2n - Be9(n,2n)2He4 . Порог реакции 2 МэВ. Сечение 0,1 барн.
Мишень из кобальта 59, в том числе мешки с краской ОХРА ЗОЛОТИСТАЯ или другими веществами, содержащими кобальт 59.В крайнем случае, подойдёт просто цинк.
2/. Захват и разрушение атомных электростанций.
В настоящее время оборона станций глубоко эшелонирована на земле и в воздухе. В случае опасности захвата реакторы глушатся, и станция останавливается. Шансов, кроме ядерного взрыва, фактически нет! Реактор нельзя просто разогнать/сделать надкритичным, как бомбу/ из-за автоматики защиты. Однако реактор, как любая регулируемая система, имеет собственные колебательные частоты, на которых возможен резонанс. При резонансе даже безопасный водо-водяной реактор можно перегреть и взорвать как паровой котёл со значительными разрушениями и радиоактивным заражением местности! Но проникнуть в систему управления и вызвать резонанс реактора через управляющие цепи с последующим само - разгоном /как в Чернобыле/ теперь весьма затруднительно, Вроде как повсеместно учтён печальный опыт 1986 года, Изменились АСУТП - введены программные ловушки ситуации, глушащие реактор в угрожающих аварией ситуациях, в управляющих программах и цепях автоматики. Защита не отключается при переходных режимах. После Чернобыля в безопасности АЭС многое изменилось. Проникнуть в на пульт управления реактора, чтобы отключить автоматику защиты и управления, и попытаться вручную разогнать реактор, весьма затруднительно и требует сговора целой смены специалистов! Попробуйте устроить такой сговор!
3/. Захват или хищение ядерного оружия.
Вполне реальный путь в случае, если у вас свои люди на складе этого оружия или в ракетной части. Или в авиаподразделении. Куча фильмов на эту тему. Куча боевиков в бульварной литературе. Реально пока нет ни одного свершившегося захвата. Фильтруют людишек в этих местах! Пока удачно! Дерзайте, и да поможет вам Бог быстро умереть под пытками спецслужб!
4/. Создание и применение ядерного оружия.
Не буду останавливаться на всём многообразии способов и технологий! Это тема для толстой монографии.
Занимаясь ядерным терроризмом надо помнить, что вы не создаёте ядерное оружие боевого применения! Ваша цель - производство ядерного взрыва с максимальными последствиями, в основном, для гражданского населения! Для достижения цели важен творческий подход!
Приведу лишь один нестандартный пример, как организовать производство плутония, В большинстве крупных городов с населением более миллиона, в краевых и республиканских столицах находятся онкологические центры, имеющие в своём составе отделения лучевой терапии. В отделениях лучевой терапии установлены гамма - терапевтические установки внешнего облучения, конструктивно состоящие из облучающей головки и перемещающего механизма.
Облучающая головка - это грушевидная ёмкость из урана 238 с массивным стальным затвором. Внутри находится источник гамма квантов активностью порядка 3 - 5 кило - кюри. Обычно это кобальт 60. Вес головки порядка 1-1,5 тонны. Было бы заманчиво сделать следующее:
Когда заряжают облучающую головку, в неё впереди источника можно вставить прокладку из фотоядерного материала - того же бериллия и получить тихий генератор плутония. Работает себе аппарат, вроде как людей лечит, или просто стоит. А в нём всё время накапливается плутоний. Не бридерный реактор конечно, но сойдёт, если время терпит. К сожалению, энергия гамма - квантов от распада кобальта 60 не позволяет. Ниже порога реакции 1.67 МэВ. А вот, с гамма - активным изотопом радия эта схема работает.
В отделениях лучевой терапии также имеются сильноточные электронные ускорители до энергий 30 МэВ с тормозящей насадкой для получения тормозного гамма-излучения с энергией от 3 до 25 МэВ. Если использовать конечную мишень из урана 238 и гамма кванты с энергией до 15 МэВ на промежуточной мишени из бериллия, то реально можно получить значительно более производительный генератор плутония 239. Лучший тормоз электронов - уран 238. Выход тормозного излучения /интенсивность/зависит от атомного веса тормозящего вещества и максимален у урана 238! Но и на стандартной вольфрамовой мишени выход тоже весьма значителен. Установив на пути гамма - лучей бериллий, вольфрам, свинец или другое фотоядерное вещество, можно получить весьма быстрые нейтроны. Кстати уран 238 - лучшая фотоядерная мишень для гамма - квантов с энергией 10-16 МэВ. Область гигантского резонанса с центром 13 МэВ и шириной 6 МэВ. Установив на пути быстрых нейтронов бериллиевый замедлитель, можно повысить плотность потока нейтронов за счёт реакции (n,2n). Порог этой реакции порядка 2 МэВ. Для получения плутония нейтроны придётся замедлять до скоростей резонансного поглощения урана 238. Схема системы на основе ускорителя для получения делящегося материала проста. Слева находится ускоритель, в центре - мишень для производства нейтронов, а справа - преобразователь изотопов. Преобразователь - этот компонент определяет преобразовательную среду на основе своей геометрии и выбранного сырьевого материала. Два представленных ниже преобразователя являются предельными случаями в спектре возможных выборов. В одном из них (без умножения нейтронов) энергия нейтронов ограничена такими значениями, которые благоприятствуют ядерной реакции неупругого захвата и благодаря этому сводят к минимуму нежелательные реакции, например, деления. Это помогает уменьшить изотопное загрязнение и уменьшить радиоактивность продукта, не прошедшего переработку. Преобразователь другого типа (с размножением) жертвует реакциями при заданной энергии ради более высоких темпов производства. В нем больше внимания уделяется делениям, чтобы увеличить интенсивность нейтронов. Он описан в конце статьи. Преобразователь, без умножения нейтронов, может принять форму, сходную с той, какая предложена в ускорительной программе ЦЕРНа по преобразованию реакторных отходов. Это большой куб из свинца с пятиметровым ребром и с расположенным в центре источником нейтронов. Внутри куба можно проделать несколько каналов на подходящем расстоянии от источника нейтронов и заполнить эти каналы сырьевым материалом. Основной изотоп естественного свинца - свинец-208, обладает сечением упругого рассеяния, практически не зависящим от энергии, и очень низким сечением захвата нейтронов (почти на пять порядков величины меньше, чем у имеющих отношение к делу сырьевых материалов). Это объясняется очень стабильным ядром, имеющим два 'магических' числа по нуклонам. Экспериментальные данные, внутри куба такого размера успешно может удерживаться 96% нейтронов высокой энергии. Свинец служит рассеивающим материалом, который замедляет нейтроны из-за упругого рассеяния. Энергия рассеянного нейтрона в лабораторной системе координат выражается уравнением: En'=En*(A^2+2*A*cos(Ф)+1)/(A+1)^2 ,
где Еn и Еn' - энергии падающего и рассеянного нейтронов, соответственно, А - атомный вес рассеивающего ядра (в случае свинца А=208), а Ф - угол рассеяния. Из-за большого атомного веса свинца энергия нейтрона при столкновении изменяется очень мало по сравнению с шириной области резонансного захвата сырьевым материалом (обычно эта область простирается примерно на 3 кэВ, причем отдельные резонансы имеют полную ширину около 1эВ на половине высоты). Часто изменения энергии настолько малы, что не превышают расстояния между двумя соприкасающимися резонансами захвата. Это позволяет нейтронам медленно замедляться при прохождении через резонансную область, что повышает вероятность захвата до того, как они дойдут до области, где могут доминировать деление и другие реакции. Большое количество столкновений во всей резонансной области повышает вероятность захвата нейтронов в сырьевом материале до того, как нейтроны дойдут до тепловой области, где деление становится доминирующей реакцией. В нашем случае подойдёт куб с ребром полтора метра.
Как это сделать практически? Таких работ ещё никто не проводил! Интересно, однако!
Найдите город с нужным набором оборудования. Чтобы ускоритель электронов был сильно- точным и ускорял до энергии не менее 20 МэВ. В отличие от ядерных реакторов и ядерных лабораторий, отделения лучевой терапии - объекты слабо охраняемые. По ночам там никого нет. Инженерный персонал там вообще нищий. Откройте в этом городе научно-производственную фирму. Наймете несколько специалистов по электронике, СВЧ - технике, компьютерному управлению оборудованием, радиохимии, материаловедению, физике. Их, нищих и голодных, много теперь без работы прозябает. Физик и радиохимик должны быть свои в доску! Им рассчитывать и проводить технологию без реакторного получения плутония. Остальные - частично статисты/химик и материаловед/ и, как исполнители, используются в тёмную. Фирма открывает реальную тематику по новым материалам или по испытаниям материалов. Желательно с реальными заказчиками. Затем заключается договор с онкологическим центром на аренду ускорителя. В замен центру можно пообещать беcплатно модернизировать систему управления ускорителем с помощью компьютера. Автоматизировать фантомные измерения для получения реальных распределений дозы. Инженерный персонал ускорителя рекомендую принять на работу в фирму, на хорошие оклады. Работать фирма в отделении будет строго в не лечебное время, по вечерам и ночам, соблюдая гигиену и санитарию. Дальше дело техники. На всю эту операцию 120000 - 150000 $ в год с лихвой хватит. Оплата физику и радиохимику отдельно.
Что касается стандартных методов создания бомбы, то начинающим не советую связываться с плутонием. Он весьма ядовит и в кустарных условиях обработки крайне опасен. О подрыве плутония чуть позднее. Уран куда как безопаснее и удобнее! Актуален вопрос - как уменьшить критическую массу и упростить конструкцию? Здесь надо выбрать вещества/устройства-катализаторы цепной реакции деления и отражатели нейтронов! Эти вещества, участвуя в сопутствующих реакциях, или устройства своей работой должны увеличивать поток нейтронов. Так можно уменьшить критическую массу, или использовать менее обогащённый уран. Если применить порошкообразную смесь урана и катализатора, то конструкция и технология бомбы и взрыва упрощается! Не забудьте про отражатель нейтронов вокруг зоны реакции, препятствующий разлёту нейтронов.
Естественный /работающий на естественных излучениях/катализатор-источник дополнительных нейтронов это бериллий. Фотоядерное вещество для фотонов гамма - излучения. Источник нейтронов при взаимодействии с альфа-частицами. Высокоэнергичный нейтрон (>2 МэВ)делит ядро бериллия на две альфа частицы и два нейтрона. Бериллий, как замедлитель нейтронов, по эффективности выше графита. Эффективный отражатель нейтронов. Бериллий широко применяется в металлургии, как добавка, повышающая твёрдость сплавов. Сам бериллий - лёгкий твёрдый тугоплавкий /1250С/ металл, хорошо защищённый оксидной плёнкой от внешних воздействий. Довольно дорогой металл! Килограмм стоит порядка 125-200 $. Пыль бериллия весьма вредна для здоровья!
Вспомним основы атомной бомбы.
Взрыв урановой бомбы. Объяснение 'на пальцах'.
Для сильного взрыва (20 килотонн ТЭ - тротилового эквивалента) надо, чтобы хоть 1 килограмм урана 235 прореагировал и выделил энергию в самоподдерживающейся цепной реакции (СЦР) деления. Остальная масса урана испаряется и разлетается. Для этого малые образцы урана 235 выстреливаются в общий крупный, массой больший, чем критическая. Или обжимаются взрывом для того же. Но это сложная и тонкая в настройке система. Самая простая - пушечная схема, когда одна половинка критической массы выстреливается в другую. Оптимальная скорость относительного движения порядка 2,5 км/сек!!! И уран весьма обогащённый нужен.
Уран 235 можно взорвать, быстро соединив образцы подкритической массы урана 235 в один образец сверхкритической массы. И тогда произойдёт взрыв. Но вопрос в том, как именно осуществить соединение. Если сблизить две подкритические половины такой массы урана 235 на некоторое расстояние, то они начнут разогреваться от обмена друг с другом нейтронами и усилением от этого в них ядерного деления и выделения энергии. Сблизим ещё сильнее - раскалятся докрасна. Потом добела. Потом расплавятся. Расплав, сближаясь краями, начнёт разогреваться далее и испаряться. Причём запасы энергии в сверхкритической общей массе урана таковы, что раскалённые добела образцы можно погрузить в поток воды, мчащийся с ледника - они будут такие же ослепительно-раскаленные, и при дальнейшем сближении будут расплавляться, и никакой теплосъём или остужение не смогут предотвратить расплавление и испарение.
Поэтому, как образцы не сближай обычными способами, они до того, как соединиться, расплавят и испарят любое устройство, осуществляющее это сближение, и испарятся сами, разлетевшись, расширившись, удалившись друг от друга и тогда лишь остыв, потому что окажутся на возросшем взаимном удалении. Слепить же образцы в один сверхкритический можно, только развив такие скорости сближения, что рост плотности нейтронного потока не будет поспевать за сближением образцов. Это достигается при скоростях сближения порядка 2.5 км в секунду. Вот тогда они успеют влипнуть друг в друга прежде, чем разогреются до пара от выделения энергии. И тогда последующее выделение энергии будет таким пиковым, что возникнет ядерный взрыв с грибом. Порохом до таких скоростей разогнать невозможно - малы размеры бомбы и путей разгона, это не ствол зенитки. Поэтому разгоняют взрывчаткой, комбинируя 'медленную' и 'быструю' взрывчатки, ибо сразу 'быстрая' взрывчатка вызовет бризантное разрушение образца урана высоконапорной ударной волной. Но в итоге получают главное - обеспечивают скорость перевода системы в сверхкритическое состояние до того, как она разрушится тепловым образом из-за растущего тепловыделения при сближении. И схему такую называют 'пушечной', потому что части образца подкритической массы урана 235 'выстреливаются' навстречу друг другу, успевая соединиться в один сверхкритический образец и, после этого, пиковым образом высвободить энергию атомного взрыва. Это для бомбы боевого применения. Для создания ЯВУ в террористических целях можно и ствол зенитки использовать. Не серийное устройство создаём, а взрыв!
Для изготовления одной бомбы надо переработать порядка 4500-5000 тонн урановой руды/уранита/ среднего обогащения ураном. Высокообогащённой урановой смолки требуется меньше. Это для 20 килотонной /в тротиловом эквиваленте/ бомбы без отражателя. Критическая масса зависит от сечения реакции деления конкретного нуклида. Так, для создания атомной бомбы необходимо примерно 3 кг оружейного плутония или 8 кг 235U при имплозивной схеме и в случае почти чистого 235U. При использовании же 90% 235U и при стволовой /пушечной/ схеме атомной бомбы требуется примерно 50 кг оружейного урана (При плотности урана 1,89510^4 кг/м3 радиус шара такой массы равен примерно 8,5 см).
Расчёт критического радиуса требует решения дифференциального уравнения второго порядка с частными производными при заданном граничном условии.
Приведу формулу расчёта критической массы заряда, опустив расчёт критического радиуса
R = Pi*(D/b)^(1/2) .где b>0 - константа скорости реакции размножения нейтронов
(аналогично постоянной радиоактивного распада) имеет размерность 1/сек, D -коэффициент
диффузии нейтронов.
Критическая масса: M = p*V = p*4/3*R^3 ,где p - плотность, V - объём.
Минимальное значение радиуса шара при котором возникает цепная реакция называется
критическим радиусом, а масса соответствующего шара - критической массой.
Подставив значение для радиуса, получим формулу для расчета критической массы:
M кр = p*(Pi)^4*4/3(D/b)^(3/2)
Величина критической массы зависит от формы образца (в нашем случае это шар), коэффициента размножения нейтронов и коэффициента диффузии нейтронов. Их определение является сложной экспериментальной задачей, поэтому полученная формула используется для определения указанных коэффициентов, а опущенные выкладки являются доказательством существования критической массы.
Для высокообогащенного урана 235 принятое значение критической массы составляет около 52 кг, для оружейного плутония 238 - 11 кг. В нормативных документах по охране ядерных материалов от хищения указываются критические массы: 5 кг 235U или 2 кг плутония (для имплозивной схемы атомной бомбы). Для пушечной схемы, естественно, критические массы намного больше. На базе этих значений строится интенсивность защиты делящихся веществ от нападения террористов. В зависимости от конкретного вида делящегося вещества, количество материала, которое составляет критическую массу, может изменяться в широком диапазоне и зависит от плотности, характеристик (вид материала и толщина) отражателя. А, также, от природы и процентного содержания любых, присутствующих в нём, инертных разбавителей. Таких, как кислород в оксиде урана, 238U в частично обогащенном 235U или химические примеси. В целях сравнения, приведем критические массы шаров без отражателя для нескольких видов материалов с некоторой стандартной плотностью.
Для сравнения приведем следующие примеры критических масс:
10 кг Pu-239, металл в альфа - фазе (плотность 19,86 г/см3);
52 кг 94%-го U235 (6% U238), металл (плотность 18,72 г/см3);
110 кг UO2 (94% U235) при плотности в кристаллическом виде 11 г/см3;
35 кг PuO2 (94% Pu239) при плотности в кристаллическом виде 11,4 г/см3.
Критическую массу можно существенно уменьшить, окружив образец делящегося вещества
слоем материала, отражающего нейтроны, например, бериллия или природного урана. Отражатель возвращает значительную часть нейтронов, вылетающих через поверхность образца. Например, если использовать отражатель толщиной в 5 см, изготовленный из таких материалов, как уран, железо, графит, критическая масса составит половину от критической массы 'голого шара'. Более толстые отражатели будут далее уменьшать требуемую критическую массу. Особенно эффективен бериллий, обеспечивающий критическую массу в 1/3 и меньше от стандартной критической массы. Соответственно увеличивается мощность бомбы для стандартной массы при наличии отражателей.
При прочих равных условиях минимальные критические размеры должны быть у установок
сферической формы. Система на тепловых нейтронах имеет самый большой критический объем и
минимальную критическую массу.
Важную роль играет степень обогащения по делящемуся нуклиду. Так, реакторный
(энергетический) плутоний неоднозначно определен, поскольку процентное содержание в нем
240Pu зависит от степени облучения топлива в реакторе до его выгрузки. При выгорании несколько выше того уровня, который применяется в настоящее время, критическая масса "голого шара" плутония будет всего лишь на 25-35% больше, чем критическая масса чистого 239Pu. Благодаря самопроизвольному делению, влияние 240Pu на нейтронный источник в материале должно быть более значительным, чем его влияние на критическую массу. Тем не менее, ядерное оружие может быть изготовлено из реакторного плутония.
Другой очевидный случай разбавления - разбавление урана до уровня обогащения ниже
94%. Здесь влияние на критическую массу достаточно сильное. Например, критическая масса
изотопа 235 в уране с обогащением 235 изотопом 50% составляет 160 кг (в 3 раза больше массы 94%-го урана), а критическая масса изотопа 235 в 20%-м уране составляет 800 кг (то есть в ~15 раз больше, чем критическая масса 94%-го урана). Аналогичные коэффициенты зависимости от уровня обогащения применимы и к оксиду урана.
Критическая масса обратно пропорциональна квадрату плотности делящегося материала. Так,
критическая масса металлического плутония в дельта - фазе (плотность 15,6 г/см3) составляет 16 кг.
Это обстоятельство учитывается при конструировании компактной атомной бомбы. Поскольку
вероятность захвата нейтронов пропорциональна концентрации ядер, увеличение плотности
образца, например, в результате его сжатия, способно привести к возникновению в образце
критического состояния. Именно этот способ и применяется в ядерных взрывных устройствах, в
которых масса делящегося вещества, находящаяся в состоянии ниже критичного, переводится в
сверхкритическое состояние с помощью направленного взрыва, подвергающего заряд сильной степени сжатия. Минимальное количество делящегося вещества, необходимого для осуществления цепной реакции, зависит в основном от достижимой на практике степени сжатия. Степень и скорость сжатия массы делящегося вещества определяют не только количество расщепляющегося материала, необходимого для создания взрывного устройства, но и мощность взрыва.
Дело в том, что энергия, выделяющаяся в ходе цепной реакции, приводит к быстрому - 10^(-7)
секунды, разогреву массы делящегося вещества и, как результат, к разлету этой массы. Через некоторое время заряд теряет критичность и цепная реакция останавливается. Поскольку полная энергия взрыва зависит от количества ядер, успевших претерпеть деление за время, в течение которого заряд находился в сверхкритическом и критическом состоянии, для получения достаточно большой мощности взрыва необходимо удерживать массу делящегося вещества в более чем критическом состоянии как можно дольше.
На практике это достигается путем быстрого сжатия заряда с помощью направленного взрыва, так что в момент начала цепной реакции, масса делящегося вещества обладает очень большим запасом критичности. Поскольку в процессе сжатия заряд находится в критическом состоянии, необходимо устранить посторонние источники нейтронов, которые могут дать начало цепной реакции еще до достижения зарядом необходимой степени критичности. Преждевременное начало цепной реакции приведет, во-первых, к уменьшению скорости выделения энергии, а во-вторых, к более раннему разлету заряда и потере им критичности. После того как масса делящегося вещества оказалась в критическом состоянии, начало цепной реакции могут дать акты спонтанного деления ядер урана или плутония. Однако, интенсивность спонтанного деления оказывается недостаточной для того, чтобы обеспечить необходимую
степень синхронизации момента начала цепной реакции с процессом сжатия вещества и для
обеспечения достаточно большого количества нейтронов в первом поколении.
Для решения этой проблемы в ядерных взрывных устройствах применяют специальный
источник нейтронов, который обеспечивает "впрыск" нейтронов в массу делящегося вещества.
Момент "впрыска" нейтронов должен быть тщательно синхронизован с процессом сжатия, так как
слишком раннее начало цепной реакции приведет к раннёму началу разлета делящегося вещества и, следовательно, к значительному уменьшению энергии взрыва.
Об выделении изотопа 235 из природного урана .
Само разделение изотопов урана происходит в специальных газовых центрифугах из газообразного, шестифтористого урана, получаемого сжиганием урана в специальной печи.
Гексафторид урана ( шестифтористый уран) получается при обработке (сжигании) металлического урана в смеси фтора с хлором. В чистом фторе получается фторид урана 4. Гексафторид урана - бесцветное кристаллическое вещество, которое возгоняется, не плавясь, при температуре 56,5 градусов шкалы Цельсия.
Самое трудное - поднять концентрацию обогащения урана 235 до 80-90%. В противном случае масса заряда возрастает и необходимо применять катализаторы цепной реакции - дополнительные источники нейтронов.
Для разделения урана на уран 235 и уран 238 часто используются следующие устройства:
(1) Специальные центрифуги, называемые 'газовыми' (по гексафториду урана) центрифугами, чей цилиндрический ротор ('корзина'), выполненный из пластмассы или стали, вращается с очень высокой скоростью. Внутренние поверхности этих центрифуг подвергаются специально обработке для повышения сопротивляемости коррозионному воздействию гексафторида урана. На практике используется очень большое количество блоков, расположенных каскадами и работающих в противоток, или по потоку.
(2) Сепараторы изотопов урана (газового диффузионного типа). В этих устройствах газообразный гексафторид урана делится на две фракции с несколько различным содержанием урана 235, по сравнению с исходным газом, посредством диффузии через пористую мембрану ('барьер') внутри диффузионной камеры (которая может иметь трубчатую форму). Путем многократного повторения этой операции можно получить чистый гексафторид урана 235.
(3) 'Сопловое' устройство (процесс Беккера), в котором поток газа (гексафторид урана и гелий или водород) инжектируется с высокой скоростью в сопло, имеющее большую кривизну. 'Снимающая' трубка на выходе отделяет обогащенную фракцию гексафторида урана.
(4) Термодиффузия. Гексафторид урана помещается между двумя вертикальными стенками- тёплой и холодной./Обычно в пространство между двумя концентрическими трубками/.Более лёгкие молекулы концентрируются у тёплой стенки, тяжёлые у холодной. Под действием силы тяжести более плотный газ у холодной стенки образует нисходящий поток. Более лёгкий у тёплой стенки -восходящий. Эффект значителен в области температур газа, близких к температуре конденсации. Весьма перспективная и простая технология! При том , что фтор - сильнейший галоген!
(5) Электромагнитные сепараторы или калютроны. Наиболее перспективные и повсеместно засекреченные устройства. Принцип действия аналогичен принципу действия масспектрографа . Позволяет работать с металлическим ураном. Постоянно ведутся исследования и разработки. В Сибири разработан и изготовлен компактный калютрон с много петлевой восьмёрочной схемой движения ионов, сверхпроводящим электромагнитом большой напряжённости поля, с системой СВЧ отсечки - разделения. Это автоматизированное устройство способно перерабатывать до 100 кг уранового металлического прутка в сутки. Причём уран 233 тоже отделяется! Выход урана 235 (90%) до 300 грамм в сутки. Один из авторов разработки продал сведения об устройстве Китаю и получил большой срок! Есть возможность заказа в России сравнительно недорого или в Китае, что хуже и дороже.
Одним из нестандартных решений в нашем случае может быть следующее: вместо классической бомбы собирается заглушенный ядерный реактор с более чем критической массой делящегося вещества и отражателем нейтронов. Понятно, что у кустарного ЯВУ масса делящегося вещества больше, чем у серийной бомбы. В качестве заглушек нужно использовать стержни, содержащие бор и другие вещества, активно поглощающие нейтроны спектра деления. Для производства взрыва заглушки СЦР выстреливаются из реактора со скоростью порядка
2 - 2,5 км/сек, а на их место вводятся на большой скорости или включаются рядом в момент отстрела катализаторы цепной реакции - источники нейтронов. Быстрое движение заглушек реализовать проще, чем движение урана 235 в пушечной схеме, потому что они легче.
Быстро поместив активную зону в отражатель нейтронов, мы переведём её в более чем критическое состояние и получим ядерный взрыв. Можно выстрелить менее чем критичным ядром делящегося материала в отражатель и тоже получить взрыв. Масса ядра для СЦР вполне подлежит расчету и зависит от типа отражателя и его толщины.
Альбедо отражателей нейтронов близко к единице. Определяется альбедо при толщине отражателя равной удвоенной длине диффузии в нём нейтронов. Для воды альбедо равно 0,8. Легкие отражатели не только отражают, но и значительно замедляют попавшие в них быстрые нейтроны, если вещества их составляющие - замедлители нейтронов. Соответственно увеличивается сечение реакции деления, время жизни поколения нейтронов СЦР, происходит смещение спектра деления в более мягкую область энергий.
Подведу итог: полноценный ядерный взрыв с помощью урановой бомбы можно произвести, используя уран с содержанием изотопа 235 от 93,5 до 20 %. Соответственно надо рассчитать критическую массу, если она отсутствует, как показано выше. В качестве дополнения могу дать выражение для критического радиуса сферы без отражателя в приближении диффузионной теории одной группы:
k = число нейтронов выдаваемых ядром при реакции деления
бa = сечение (n, gamma)
бf = сечение деления
бs = сечение рассеяния нейтронов
Пропорциональность критической массы 1/p^2 относится только к случаю системы без отражателя, а также к случаю небольшого разбавления делящегося материала неделящимися нуклидами.
В случае сжатия ударной волной сборки "делящийся материал + отражатель",
критическая масса как функция объемного сжатия пропорциональна
Ниже, указанных пределов, возможен лишь тепловой взрыв перегретого атомного реактора разной энергии и удельной мощности. Бомбу обязательно надо поместить в отражатель нейтронов для уменьшения критических параметров и увеличения энергии взрыва.
Об источниках нейтронов.
Классический источник нейтронов есть смесь альфа активного радия и бериллия. Источники нейтронов на радиоактивных изотопах обычно выполняются на основе возбуждения в определенных химических элементах ядерных реакций типа (alfa,n) - поглощение альфа-частицы è испускание нейтрона, или (gamma,n) - поглощение гамма - кванта è испускание нейтрона. Они представляют собой, как правило, однородную спрессованную смесь элемента-излучателя альфа-частиц или гамма -квантов и элемента - мишени, в которой происходит ядерная реакция. В качестве альфа -излучателей используются полоний, радий, плутоний, америций, кюрий, в качестве гамма -излучателей - сурьма, иттрий, радий, мезоторий. Элементы - мишени для альфа- излучателей - бериллий, бор, для гамма - излучателей - бериллий, дейтерий.
Пример реакции: реакция бомбардировки ядер бериллия альфа-частицами. Выход нейтронов 3-4:100000 весьма велик! Be9(alfa,n)C12 .
Классический источник альфа-частиц есть радий. Если использовать полоний 210, то выход нейтронов в 5000 раз выше.
Смесь элементов, как правило, запаивается в ампулы из нержавеющей стали. В нейтронном источнике из калифорния используется спонтанная ядерная реакция с выбросом нейтрона из ядра 252Cf, которая сопровождается сильным гамма-излучением В качестве катализаторов весьма эффективны трансураны типа калифорния или амереция, но они весьма дефицитны. Даже плутоний 239 с 6% включением плутония 240 /обычная реакторная наработка/ будет великолепным катализатором для цепной реакции на уране. В этом случае можно достичь выделения большой энергии, используя уран с меньшим обогащением, в меньшем количестве и более простые схемы активной зоны. В варианте простой пушечной схемы бомбы на 20 килотонн установка в центр сближения 1кг указанного плутония вызывает рост энергии взрыва до 50 килотонн. Согласно концепции реактора-бомбы или трубки чёрта в активную зону в момент извержения-взрыва желательно вводить источники нейтронов вместо стержней-поглотителей. Идеально для этого подходят ИНИ от плутониевых бомб или промышленные физико-технические источники нейтронов, называемые нейтронной трубкой. Она представляет собой малогабаритный электростатический ускоритель заряженных частиц - дейтронов (ядер атомов дейтерия ), которые разгоняются до энергии 110 кэВ, и направляются на тонкие мишени из дейтерия (D) или трития (T), в которых индуцируются ядерные реакции:
1) d + Dè He3 + n + 3.3 МэВ, 2) d + T à He4 + n + 14.6 МэВ.
Большую часть выделяющейся энергии уносит нейтрон. Распределение энергии нейтронов достаточно узкое и практически моноэнергетическое по углам вылета. Выход нейтронов порядка 10 в 8 степени на 1 микрокулон дейтронов. Работают нейтронные трубки, как правило, в импульсном режиме, при этом мощность выхода может превышать 10 в 12 степени нейтронов в секунду.
Современные термоядерные ИНИ могут быть самыми разнообразными. Во всех них происходит термоядерная реакция, создающая поток нейтронов, но слишком слабая для ощутимого выделения энергии и нагрева.
Как сообщает CERN Courier, методика холодного термоядерного синтеза привела к разработке простого компактного носимого источника нейтронов. Группа ученых под руководством Брайан Нараньо (Brian Naranjo) предложила технологию, позволяющую использовать для генерации нейтронов пироэлектрический кристалл, присоединенный к вольфрамовому зонду и погруженный в атмосферу газообразного дейтерия при низком давлении. Разделение зарядов при нагревании кристалла приводит к появлению электрических полей, достигающих в вольфраме 25 В/нм. Поле ионизирует дейтерий, 'отбрасывает' ионы на мишень из редкоземельного элемента эрбия, где протекает реакция синтеза двух ядер дейтерия, приводящей к образованию нейтрона и ядра изотопа гелия-3. По мнению специалистов, механизм подобного рода вряд ли приведет к появлению компактных источников термоядерной энергии, однако вполне может привести к созданию компактных источников нейтронов, мощностью до многих миллионов нейтронов в секунду. Ранее в этом году ряд групп подтвердил, что в экспериментах по настольному термоядерному синтезу, осуществленных Рузи Талейарханом и его сотрудниками, действительно образуются нейтроны - признак протекания реакции термоядерного синтеза."
Теперь об импульсном нейтронном инициаторе (ИНИ), том самом "нейтронном запале", осуществляющем импульсный впрыск большого количества нейтронов в закритическое плутониевое ядро ядерной бомбы. Что это такое по сути? Обыкновенный линейный ускоритель в виде трубки, который ускоряет ядра дейтерия , то бишь ионы, до энергии всего 0.1 МЭВ. После чего эти разогнанные дейтроны направляются на тонкую пластинку из гидрида циркония, где в качестве водорода использован тритий. Дейтериевые ядра сталкиваются с ядрами трития, получаем классическую термоядерную реакцию с выделением в максимуме импульса (устройство импульсное) мощности нейтронов порядка 10 в двенадцатой степени нейтронов в секунду.
Ещё один тип радионуклидного источника нейтронов строится на калифорний - бериллиевой смеси. Калифорний-252 имеет период полураспада 2,6 года. При этом самопроизвольно делится 3 % всех атомов и при каждом делении выделяется четыре нейтрона. Вот именно такая нейтронная эмиссия и делает 252Сf интересным, ибо 1 г в секунду выделяет 2,4*10^12 нейтронов. Это соответствует нейтронному потоку среднего ядерного реактора! Если бы такое нейтронное излучение захотели получить классическим путем из радий - бериллиевого источника, то для этого потребовалось бы 200 кг радия. Столь огромного запаса радия не существует на Земле. Даже такое невидимое глазом количество, как 1 мкг 252Cf, дает более 2 миллионов нейтронов в секунду. Поэтому 252Cf в последнее время используют в медицине в качестве точечного источника нейтронов с большой плотностью потока для локальной обработки злокачественных опухолей.
Изотопный источник 252Сf обладает следующими преимуществами: постоянство величины потока (не требуется мониторинг); длительный ресурс (более трех лет); сравнительно низкая стоимость и 'точечность' источника (его габариты малы по сравнению с геометрией облучения и измерения). Среди недостатков 252Сf ограничения по порогу реакции взаимодействия и по измерительным возможностям; радиационная опасность в эксплуатации (постоянно действующий излучатель) и необходимость мер радиационной защиты при хранении. Кроме того, 252Cf принадлежит к ядерным материалам, которые являются федеральной собственностью, стратегически значимы в проблеме ядерного нераспространения и, следовательно, требуют
особых мер государственного учета, контроля и физической защиты.
Занимаясь ядерным терроризмом уделите достаточно сил и средств на получение производительных источников нейтронов. Производительные источники облегчат вам жизнь и сделают ваши устройства работоспособными с первого раза!
Тепловой взрыв ядерного реактора.
В связи с вышеизложенным хочу заметить, а стоит ли создавать бомбу? Взрыв реактора в Чернобыле был эквивалентен 2500 кг тротила! А ущерб до сих пор не ликвидирован! Конечно, ядерный взрыв эффектен! Но нужен ли? Лучше нанести противнику обширный по площади поражения радиационный удар большой активностью с высокой энергией гамма - квантов. Последствия такого удара весьма тяжелы для любого государства планеты. Создав атомный реактор, ориентированный на взрыв, можно запросто получить эффект, превосходящий чернобыльский, отравив перед взрывом часть реактора кобальтом в критичном режиме! Оппоненты скажут - фантастика. Отнюдь нет! Наоборот самая простая задача. Спроектировать атомный реактор - бомбу гораздо проще, чем энергетический атомный реактор. Конечно, физика реактора, посложнее, физики бомбы будет, тут покумекать надо, но игра стоит свеч. Вот где простор для творчества революционной молодёжи!
Необходимо различать физику СЦР бомбы и физику СЦР/самоподдерживающейся цепной реакции деления/ атомного реактора на тепловых нейтронах, ориентированного на взрыв. Энергия взрыва бомбы определяется степенью развития СЦР и ограниченна разлётом делящегося вещества. Это полноценный ядерный взрыв со всеми атрибутами. Энергия взрыва реактора определяется тепловой мощностью реактора на начало разрушения активной зоны. Она должна быть максимальна. Это тепловой псевдо - ядерный взрыв с максимальным радиоактивным заражением. Тепловая мощность реактора определяется интенсивностью процесса деления во всём объёме активной зоны. Поэтому тепловая мощность реактора:
Q=Eдел x Sf x Фср х Nят х Vак.з ,
где Eдел- энергия акта деления, Sf-сечение деления, Фср- средняя плотность нейтронного потока, Nят- концентрация делящихся ядер, Vак.з- объём активной зоны.
Если снижается сечение деления при переходе от тепловых нейтронов к более быстрым при нагреве активной зоны, то для сохранения мощности надо повысить плотность потока и концентрацию делящихся ядер. Вообще всё, предложенное ниже необходимо для повышения тепловой мощности реактора. Говорить о некритичности реактора не корректно. Правильно говорить о критичности реактора вне данной геометрии. Чтобы взорвать любой ядерный реактор, надо вывести его на устойчивый режим максимальной мощности с минимальным запасом реактивности, а затем скачком внести запредельную положительную реактивность. Скачёк реактивности получается при быстром удалении из активной зоны реактора стержней системы управления и защиты. СУЗ. Есть второй более сложный путь, но и более эффективный. Реактор вводится в режим колебаний реактивности - мощности на резонансной частоте этих колебаний при уменьшении мощности. При росте мощности на резонансной частоте скачком вводится запредельная положительная реактивность.
Дальше всё зависит от степени обогащения вашего топлива - урана изотопом 235. Если обогащение высокое, то это просто бомба кожухе-отражателе из бериллия или урана 238, с большим или меньшим числом нейтронных трубок с реакцией производства нейтронов 2). При понижении обогащения топлива изотопом 235 в диапазон тот 30 до 20% получаем задачу создания реактора на быстрых нейтронах, ориентированного на взрыв. Задача вполне решаема для конструкции реактора на быстрых нейтронах, с соответствующими ТВЭЛами, отстреливаемой СУЗ и дополнительными источниками нейтронов - нейтронными трубками с реакцией 2). Нужно 4000 кг топлива в сфере и отражатель из U238, или 4560 кг в цилиндре с h/D=0,924 и отражателем из U238. При правильном решении возможен ядерный взрыв.
Если сырьё - энергетический уран 5% обогащения, то для создания псевдо-ядерного теплового взрывного устройства/бомбы/ по схеме заглушенного сверхкритичного реактора наиболее подойдёт схема гомогенного реактора, где в тяжёлой или простой воде растворена соль обогащённого урана уранилсульфат UO2SO4.Нужен прочный герметичный корпус. Возможна реализация порошковой смеси обогащённого урана и замедлителя - графита, с добавлением бериллия - катализатора ядерной реакции деления и дополнительного замедлителя. Активную зону должен ограждать отражатель нейтронов для уменьшения критических параметров. Пример реализации:
Нейтронную трубку, как дополнительный источник нейтронов, выберем с реакцией 1) в качестве дополнительного катализатора-запала. В качестве основного замедлителя выберем графит. Бериллий - дорогой! Но, реакторный графит тоже не дёшев. Оксид урана UO2 и замедлитель используем в виде порошков. Рабочую смесь приготовим с использованием проверенных и надёжных технологий посредством дозаторов и смесителей сыпучих материалов непрерывного действия. Просто, надёжно, безопасно, доступно! А зачем порошкообразные состояния замедлителя, топлива и катализатора? Но ведь мы не создаём атомную печку для АЭС, а реактор - бомбу, ориентированную на взрыв. И нужно это для повышения нагрева активной зоны до её разрушения. Технология создания смесей хорошо разработана, например, в комбикормовой промышленности.
Концентрации компонентов смеси и параметры активной зоны легко рассчитать в зависимости от степени обогащения урана и его массы. Методики расчёта реальных реакторов можно найти в старых книгах - руководствах и учебниках по ядерной энергетике. Перед засыпкой смеси в бомбу, в неё должны быть вставлены стержни из бора или кадмия. Сама бомба помещена в
кожух - отражатель. Перед взрывом необходимо разогреть реактор-бомбу в критичном режиме и облучить нейтронами кобальт 59 для получения большого эффекта радиоактивного поражения тнрриторий! Это условие обязательно при использовании низко обогащённого топлива!
Интересный факт - чем ниже обогащение урана, тем меньше скорость извлечения заглушек при взрыве! Момент времени включение нейтронной трубки естественно смещается ближе к концу движения заглушек!
Рациональное применение малой массы оружейного урана.
Если вы достали хотя бы 900 грамм обогащённого на 90% изотопом 235 урана то можете создать гомогенный реактор с водным раствором соли на высокообогащенном уране для получения радиоактивных материалов. Критическая масса представляет собой раствор в форме цилиндра имеющего отношение высоты к диаметру h/D=0,924 при котором требуемая масса урана лишь на 14% больше минимальной критической массы сферы из того же раствора. Такие реакторы называются 'кипящими', являются очень простыми и надежными экспериментальными установками. К этому типу относится, например, реактор объёмом с ведро. Реактор состоит из активной зоны, отражателя и замедлителя. Его активная зона состоит из цилиндрического бака из нержавеющей стали толщиной 2,45 сантиметра, емкостью 14 литров которая почти полностью заполняется водным раствором уранилсульфата UO2SO4. Концентрация урана-235 в обогащенном уране составляет 90%. Масса U235 около 0,9 килограмма. Состав смеси выбран с учетом того, что минимальная критическая масса в водном растворе получается при отношении числа атомов N(H)/N(U)=420.
Указанное разбавление соответствует 6% химической концентрации по весу, и плотность раствора при этом равна 1,09 кг/литр. Диаметр активной менее 30 сантиметров возможен за счет того ,что длина замедления быстрых нейтронов и длина диффузии тепловых нейтронов в воде H2O достаточно малы. Температура стационарной эксплуатации, равная 80 градусов Цельсия, поддерживается циркуляцией воды в змеевиках внутри сосуда и тепловая мощность реакции деления непрерывно отводится водой. В сборке легко удается достичь мощность 10 кВт, средняя величина потока тепловых нейтронов достигает 10 в 12 степени нейтронов на кв.см. в секунду. В постоянном режиме! Вокруг сборки этого реактора сложен графитовый отражатель для экономии делящегося материала, хотя при небольшом увеличением общей массы раствора можно обойтись водяным или другим водородосодержащим материалом. Весьма удобное устройство для получения радиоактивных материалов в небольших количествах. Плутония 239 для этой схемы надо меньше.
Замечу, что на природном уране /0.72% изотопа 235/ в гомогенной среде с графитовым замедлителем цепная реакция не происходит. Велик резонансный захват нейтронов ядрами урана 238. Надо или использовать тяжёлую воду D2O в качестве замедлителя или переходить к гетерогенной структуре. В первом случае с точки зрения физики используется свойство сочетания кислорода с дейтерием, как эффективного замедлителя благодаря реакции рассеяния нейтрона d(n,n'), одновременно с очень малым сечением радиационного захвата нейтрона (n, gamma). Для создания реактора на природном уране, минимальным требующимся количеством D2O в первом приближении можно считать 10 тонн для достижения критических размеров (цилиндр с высотой и диаметром 2,5 метра) плюс 0,5 тонны на каждый МВт тепловой мощности.
В втором случае можно создать гетерогенную среду из сыпучих материалов - урана UO2 и графита как слоёный пирог-слой графита, слой урана вдоль и поперёк. Графит требуется химически чистый. А если добавить катализатор или дополнительные источники нейтронов, то реактивность должна повыситься. Как использовать катализатор - бериллий в гетерогенном реакторе? Ответ - как второй замедлитель/отражатель, изолирующий уран от основного замедлителя- графита. То может быть бериллиевая трубка типа ТВЭЛа с таблетками UO2 или слой порошка UO2 между двумя более широкими слоями порошка бериллия.
Почему я рассматриваю этот предельный случай с природным ураном? Да потому, что его достать легко!
Однако по расчётам выходит, что ребро кубической активной зоны с решётчатым расположением топлива и отношением концентраций ядер графита к ядрам урана-80:1, равно 5,5 метра для природного урана! С отражателем толщиной 0,90 метра из графита, ребро можно уменьшить до 4,5 метров. Это без катализаторов. Многовато, однако! А более полные расчёты показывают, что добиться полноценного псевдо-ядерного взрыва на природном уране не удастся даже с катализатором в приемлемых, минимальных габаритах активной зоны! Будет хлопок вроде взрыва перегретого парового котла! Разочарование! Но не надо отчаиваться! Если вы сумеете так замаскировать ваш реактор на этапах строительства, монтажа и запуска, что его не обнаружит противник, то флаг вам в руки. Работайте с природным ураном, и всё получится!
Но есть другой путь.
Повышение концентрации изотопа 235 в ядерном топливе резко меняет всю физику процесса! А именно: быстро растёт коэффициент размножения в бесконечной среде, значительно уменьшаются размеры активной зоны реактора, значительно возрастает максимальная мощность единицы объёма активной зоны, при 3% обогащении изотопом 235 возможно использовать для замедления нейтронов простую воду, при внесении реактивности выше предела безопасности мощность реактора растёт лавинообразно и весьма быстро. А для Эффектного взрыва надо достичь максимального выделения энергии в активной зоне до её разрушения и прекращения цепной реакции. А разрушение произойдёт только при активном парообразовании из топлива и катализатора, которые сами по себе довольно тугоплавкие и трудно испаряемы. Поэтому предпочтительна порошкообразная среда, в которой цепная реакция будет уверенно развиваться при расплавлении топлива и катализатора до их значительного испарения и прорыва паров. Вы бомбу делаете, а не атомную печку!
Кроме этого современные методы непрерывного дозирования позволят легко создать гетерогенную структуру оптимальной формы при максимальной мощности активной зоны из порошков топлива UO2 и замедлителя нейтронов вместе с катализатором, что удешевит акцию! Второе условие повышения энергии взрыва есть прочный термостойкий корпус атомного реактора - бомбы, не допускающий раннего прорыва раскалённых паров топлива и катализатора.
Таким образом, если использовать уран UO2 из стандартных 3,3%-5% обогащения таблеток, графит и бериллий, и всё в порошках, + отражатель нейтронов + нейтронная трубка, то реактор-бомба и мощный тепловой ядерный взрыв становятся реальностью!
Во время разогрева к реактору невозможно подойти без риска для жизни, так как биологическая защита отсутствует. Это выдвигает повышенные требования к надёжности устройств управления стержнями-заглушками и устройств телемеханики. Необходимость производства радиоактивной начинки реактора - бомбы ставит задачу управления реактором в критическом режиме. И задачу охлаждения реактора. В таком реакторе можно использовать охлаждение посредством принудительной циркуляции CO2 . Производство Co 60 значительно уменьшит поток нейтронов в реакторе. Управление реактором в критическом режиме реализуем, как обычно, малыми изменениями реактивности. Работайте, и мощный тепловой взрыв с обильным радиоактивным заражением будет! Не 20 килотонн конечно, но на 500 тонн тротилового эквивалента вытянуть при большой массе топлива можно. Вместе с выбросом кобальта 60 взрыв такого устройства в центре Европы половину Европы сделает не пригодной для жизни! Псевдо-ядерный взрыв с высоким радиационным поражением! Как увеличить энергию взрыва реактора - бомбы? Из формулы тепловой мощности реактора вроде всё понятно. Надо повышать концентрацию ядерного топлива, наращивать объём реактора, увеличивать поток нейтронов, применяя отражатели нейтронов и включая производительные дополнительные источники нейтронов в начале разгона - взрыва. Однако есть ещё один эффективный резерв! Это оптимизация структуры и материалов активной зоны, конструкции и материалов корпуса реактора. В нашем случае порошков - компонентов активной зоны надо предусмотреть сохранение гетерогенной решётки при переходе ядерного топлива в жидкую фазу и возможность продолжения цепной реакции при движении паров топлива при активном испарении топлива. Необходима конкретная исследовательская и конструкторская работа.
Взрыв Чернобыльского реактора и случившаяся ранее авария на Ленинградской АЭС дают нам следующую весьма полезную информацию: осуществлять взрыв реактора надо при минимальном запасе реактивности. Реактор выводится на режим с минимальным запасом реактивности, затем происходит быстрая выемка элементов СУЗ. Тогда скорость нарастания реакции и выделение энергии максимальны! Результат - тепловой взрыв!
Горячие головы воруют или покупают ворованные ТВЭЛы /Тепловыделяющие элементы / ядерных реакторов. Думают бомбу смухлевать. Напрасный труд! Степень обогащения таблетки ТВЭла-3,3%/5%.Стержень в руки спокойно брать можно. Он безопасен и только в реакторе работает. Конечно из таких ТВЭЛов легче получить обогащённый уран, чем из обычного урана, но нужна серьёзная технология, в кустарных условиях подполья - не реальная. Так что воровать ТВЭЛы в большом количестве имеет смысл, если делаешь реактор - бомбу!