RU191465U1

RU191465U1 - Атомная бомба

Info

Publication number: RU191465U1
Application number: RU2019101451U
Authority: RU
Inventors: Евгений Николаевич Коптяев
Original assignee: Евгений Николаевич Коптяев
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2019-08-07

Abstract

Полезная модель относится к области военной техники и может быть использована при создании ядерных взрывных устройств.Достижения в области физики показали возможность для протекания в уране и плутонии цепной реакции деления ядер, сопровождаемого большим выделением энергии - которая во много раз превышает прочие ее источники. Одним из применений стало создание условий для развития цепной ядерной реакции взрывного типа и создание ядерного оружия. Таким образом, использование энергии ядерной реакции для создания нового вооружения стало первым применением цепной ядерной реакции.В атомных бомбах генерируемые мощными ударными волнами давления в десятки и сотни мегабар многократно сжимают ядерное топливо, инициируя в нем цепные ядерные реакции импульсного энерговыделения. Ядерный взрыв начинается с создания условий для осуществления цепной ядерной реакции деления взрывного типа в объеме урана или плутония за время порядка десятков наносекунд и заканчивается распадом продуктов взрыва за время многих лет. Следует различать внешние факторы ядерного взрыва, и саму цепную реакцию деления - имеющую малую длительность.Предлагаемое решение направлено на увеличение мощности ядерного взрыва путем повышения эффективности использования вещества активной зоны. Данный технический эффект достигается контролированием давления внутри корпуса, и его снижения при достижении критического для реакции деления уровня - чем достигается продление времени протекания цепной ядерной реакции, и повышение ее эффективности.Работа предлагаемого решения основана на продлении времени цепной реакции деления путем ступенчатого снижения давления в активной зоне при начале процесса цепной реакции деления. Материалом полой сферы может быть титан, который слабо задерживает нейтронное излучение.

Description

Область техники, к которой относится полезная модель. Полезная модель относится к области военной техники и может быть использована при создании ядерных взрывных устройств.

Уровень техники. Из уровня техники известна атомная бомба пушечного типа [Фортов В.Е. Физика высоких плотностей энергии - М: ФИЗМАТЛИТ, 2013], включающая в себя активную зону, разделенную на две части, одна из которых принимающая, и корпуса, где располагаются две части активной зоны, а также порохового заряда, обеспечивающего быстрое объединение обеих частей активной зоны.

К недостаткам такого решения можно отнести значительное количество активного вещества для создания надкритической массы и начала процесса цепной ядерной реакции, что приводит к увеличению себестоимости.

Также известна атомная бомба имплозивного типа [Фортов В.Е. Физика высоких плотностей энергии - М: ФИЗМАТЛИТ, 2013], включающая в себя заключенную в корпус активную зону и окружающего ее порохового заряда, размещаемого также в упомянутом корпусе.

К недостаткам такого решения можно отнести крайне короткое время протекания цепной ядерной реакции, и неполному использованию вещества активной зоны, что ведет к уменьшению мощности атомной бомбы.

Данное техническое решение является наиболее близким по своей технической сущности прототипом.

Раскрытие полезной модели. Последнее столетие было ознаменовано бурным развитием исследований в области ядерной физики, строения атома и атомного ядра [1]. Достижения в данной области показали возможность для протекания в уране цепной реакции деления ядер, сопровождаемого большим выделением энергии - которая во много раз превышает прочие ее источники. Одним из применений стало создание условий для развития цепной ядерной реакции взрывного типа и создание ядерного оружия [1, 2]. Таким образом, использование энергии ядерной реакции для создания нового вооружения стало первым применением цепной ядерной реакции [2].

В атомных бомбах генерируемые мощными ударными волнами давления в десятки и сотни мегабар многократно сжимают ядерное топливо, инициируя в нем цепные ядерные реакции импульсного энерговыделения. Ядерный взрыв в широком понимании начинается с создания условий для осуществления цепной ядерной реакции деления взрывного типа в малом объеме урана или плутония за время порядка десятков микросекунд и заканчивается распадом распыленных продуктов взрыва за время многих лет. Собственно ядерный взрыв, если под ним понимать именно первичное энерговыделение, развивается за время не более нескольких микросекунд - в цепной ядерной реакции деления урана или плутония [2]. Такое понимание термина ядерного взрыва является важным для предлагаемого решения. Внешние проявления ядерного взрыва атомной бомбы - ударная волна, ряд других признаков (облако взрыва, яркий свет) имеют вторичное значение, и являются последствиями собственно цепной ядерной реакции деления вещества активной зоны (уран, плутоний и т.п.).

Здесь следует различать поражающие факторы ядерного взрыва, и непосредственно сам ядерный взрыв - который является крайне скоротечной реакцией цепного деления. Для поражающих факторов ядерного взрыва, крайне важна мощность энергии, выделившаяся на протяжении микросекунд, когда протекала цепная ядерная реакция в активной зоне атомной бомбы, состоящей из урана или плутония.

В свою очередь, мощность атомной бомбы определяет не только эффект от ее воздействия на территорию противника, но и экономический эффект, который выражается в себестоимости единичного изделия, а также возможное с учетом ограниченности ресурсов их количество.

Основными элементами любой атомной бомбы [2] являются корпус, пороховой заряд и активная зона (уран, плутоний и т.п.). Размеры и масса активной зоны, при которых становится возможной цепная ядерная реакция - называют критическими. Эти величины зависят от многих параметров [2, 3], в первую очередь от формы активной зоны, и давления на активную зону. Для уменьшения утечки нейтронов в активной зоне ей придают сферическую или близкую к ней форму, при которой соотношение поверхности к объему тела минимально [2].

Если масса активной зоны значительно превышает критическую, то цепная реакция приобретает характер взрыва [2]. На этом принципе основано действие всех видов атомных бомб.

На фигуре 1 представлена схема атомной бомбы пушечного типа, такой тип изделия был применен при бомбардировке Хиросимы. Устройство такой атомной бомбы основано на разделении активной зоны на две половины, имеющие подкритическое значение массы, недостаточное для начала цепной реакции деления. Части активной зоны в таком случае располагаются внутри стального корпуса, одна из них выполняет роль "мишени", вторая "снаряда" который направляется взрывом мощного порохового заряда в "мишень". При объединении частей активной зоны, их общая масса превышает критическое значение - и начинается реакция цепного деления вещества активной зоны, сопровождаемая выделением огромной энергии.

На фигуре 2 представлена схема атомной бомбы имплозивного типа, такой тип изделия был применен при бомбардировке Нагасаки. Устройство такой атомной бомбы основано на использовании активной зоны, имеющие подкритическое значение массы - однако незначительно недостающее ее. Все такие атомные бомбы имеют прочный наружный корпус из металла, и пороховой заряд расположенный в его полости для создания равномерного давления на вещество активной зоны. Образуемые при взрыве порохового заряда уровни давления (десятки мегабар), являются достаточными для того, чтобы масса активной зоны превысила критическую, и началась реакция цепного деления вещества. Стоит еще раз напомнить, длительность реакции невелика и составляет не более 10 микросекунд. Поражающую мощность атомной бомбы составляет энергия, выделенная на протяжении указанного крайне короткого времени. Не успевшее вступить в реакцию вещество далее разносится взрывной волной в окружающее пространство, и исключается из процесса реакции деления. Это и обуславливает необходимость продления времени протекания ядерного взрыва.

В качестве решения описанной технической проблемы предлагается следующая конструкция атомной бомбы, как это изображено на фигуре 3. В предлагаемом решении используется прочный стальной наружный корпус, в котором размещен пороховой заряд для создания давления на активную зону, располагаемую внутри него. Внутри активной зоны располагается полая сфера из прочного материала, не ослабляющего нейтронное излучение - что необходимо для сохранения критической массы в исходном состоянии и облегчения процесса начала цепной реакции деления. Прочность корпуса атомной бомбы намного превосходит прочность полой сферы.

Работа предлагаемого решения основана на продлении времени цепной реакции деления путем ступенчатого снижения давления в активной зоне при начале процесса цепной реакции деления. Это достигается разрушением полой сферы внутри активной зоны, после подрыва порохового заряда при создании давления внутри корпуса атомной бомбы, достаточного для начала цепной реакции деления. Поскольку все эти процессы кратковременны, то разрушение внутренней сферы ведет к снижению давления и продлению времени протекания цепной реакции. Эффективность работы предложенного решения будет зависеть от соотношения прочностей наружного корпуса и внутренней полой сферы. Материалом полой сферы может быть титан, который слабо задерживает нейтронное излучение.

Предлагаемое решение направлено на увеличение мощности ядерного взрыва путем повышения эффективности использования вещества активной зоны. Данный технический эффект достигается контролированием давления внутри корпуса, и его снижения при достижении критического для реакции деления уровня - чем и достигается продление времени протекания цепной ядерной реакции, и повышение ее эффективности.

Заявляемая полезная модель является новым решением, имеющим следующие принципиальные отличия от прототипа:

- активное вещество и пороховой заряд окружены прочными оболочками снаружи и изнутри;

- внутренняя оболочка представляет собой полую сферу;

- прочность внутренней оболочки существенно меньше прочности наружной оболочки;

- внутренняя оболочка выполняется из материала, проницаемого для нейтронных излучений.

Таким образом, совокупность существенных признаков решения приводит к новому техническому результату - повышению эффективности цепной ядерной реакции и увеличению мощности ядерного взрыва.

Предлагаемое решение содержит отличительные признаки, которые во всей их совокупности неизвестны из уровня техники.

Краткое описание чертежей. На фигуре 1 изображена схема атомной бомбы пушечного типа. Здесь 1 - корпус, 2 - активная зона, 3 - пороховой заряд. На фигуре 2 изображена схема атомной бомбы имплозивного типа. Здесь 1 - корпус, 2 - активная зона, 3 - пороховой заряд. На фигуре 3 изображена схема предлагаемой атомной бомбы. Здесь 1 - корпус, 2 -активная зона, 3 - пороховой заряд, 4 - полая сфера.

Список использованной литературы.

1. Ишханов Б.С, Капитонов И.М., Юдин Н.П. Частицы и атомные ядра. - М: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2013. - 584 с.

2. Фортов В.Е. Физика высоких плотностей энергии. - М: ФИЗМАТЛИТ, 2013. - 712 с.

3. Фортов В.Е. Уравнения состояние вещества: от идеального газа до кварк-глюонной плазмы. - М: ФИЗМАТЛИТ, 2013. - 492 с.

Claims

Атомная бомба, содержащая заключенную в корпус активную зону и окружающий ее пороховой заряда, размещаемый также внутри упомянутого корпуса, отличающаяся тем, что внутри активной зоны располагается полая сфера из проницаемого для нейтронного излучения материала.