Андрей Ходов - «Шарашка» попаданцев. Опередить Гитлера!
При электромагнитном методе уран опять же переводят в газообразное состояние, потом этот газ ионизируют и гонят ионы в циклотроне электромагнитным полем по кругу. Получается, что более легкие ионы движутся по более крутой траектории. Соответственно на финише изотопы попадают в разные щели установки и таким образом разделяются. Этот метод требует больших затрат на оборудование и электроэнергию, но конечный продукт получается идеально чистым. На практике оба этих метода комбинируют. Большую часть урана-235 получают методом газовой диффузии, а потом в него добавляют необходимое количество чистого продукта с тем расчетом, чтобы содержание урана-235 в смеси дало оружейное качество металла, то есть порядка 95 процентов.
Николай Иванович замолчал, чтобы немного передохнуть, а лейтенант перевернул очередную страницу и заметил:
— Вы доступно излагаете. Вероятно, с технологией придется повозиться, но зато теоретических проблем пока не просматривается.
— С технологией действительно придется повозиться. Следует учитывать тот факт, что все соединения фтора имеют высокую химическую активность, в том числе и этот самый четырехфтористый уран. Незащищенное оборудование он разъест в момент. Все рабочие поверхности установок необходимо покрывать слоем никеля. Прокладки и уплотнения — особая песня. Не говоря уже о том, что эта гадость еще и радиоактивная. Кстати, напомните позже, чтобы мы поговорили о фторопласте. Это такой пластик с высокой стойкостью к химическим воздействиям.
— Зафиксировал, — лейтенант что-то там черкнул в своем кондуите. — Но как я понимаю, изготовлением собственно урана, «оружейного», как вы его называете, проблемы не исчерпываются?
— Естественно, теперь поговорим о конструкции ядерного заряда. Существует понятие так называемой критической массы. Это минимальное количество делящегося вещества, в котором возможен запуск цепной реакции деления. В общем случае критическая масса зависит от степени очистки металла, но конкретно для урана, очищенного до оружейного качества, составляет порядка 70 килограммов. По объему это немного, уран очень тяжелый. Ядро заряда изготавливают в виде двух полусфер, ну как половинки яблока. Чтобы запустилась цепная реакция и произошел ядерный взрыв, надо, чтобы эти половинки слились в единый шар — ядро. Но сближать их надо не абы как, а с высокой скоростью. Не помню точно, с какой именно скоростью, но речь идет о нескольких километрах в секунду. При слишком медленном сближении ядерная реакция начнется, но не та, что надо. Половинки ядра при сближении от ядерной реакции успеют нагреться, «потекут», потеряют форму, превратятся в раскаленную добела каплю металла. Эта медленная реакция будет идти долго, пока весь уран постепенно не «выгорит». Поэтому применяется так называемая «пушечная схема». Половинки ядра посылают навстречу друг другу путем направленного взрыва. С подбором химической взрывчатки, расположением ее блоков, синхронизацией подрыва придется немало повозиться. Тут важно, чтобы этот взрыв с нужной скоростью соединил точно изготовленные полусферы, а не раздробил их до того момента, когда цепная реакция запустится. Потом уже неважно, ибо в результате цепной реакции в ядре выделится такая энергия, что взрыв химической взрывчатки покажется жалкой искрой в океане огромного пожара. Например, урановая бомба «Малыш», которую США сбросили на Хиросиму, имела мощность порядка 20 килотонн в тротиловом эквиваленте.
Лейтенант особо не впечатлился.
— Про эти килотонны мы уже слышали. Но ведь были бомбы и мощнее, там вообще в мегатоннах счет идет?
— Были и мощнее, например, знаменитый советский боеприпас, известный под названием «Кузькина мать», имел мощность мегатонн под шестьдесят. Но это уже термоядерные устройства, их еще называют водородными бомбами, и работают они на реакции синтеза. О них мы позднее побеседуем. А пока с атомными зарядами разберемся, которые на реакции распада ядер тяжелых элементов.
— Давайте разберемся, — не стал спорить лейтенант, — помнится, переходить надо к плутониевым бомбам.
— К ним, родимым, — Николай Иванович устроился поудобнее, — этим и займемся. Записывайте.
Вариант с плутониевым зарядом тоже имеет ряд достоинств и недостатков. Плутониевые заряды гораздо компактнее, ибо критическая масса плутония порядка 8 килограммов против семидесяти у урана. Это шарик размером с яичный желток. Такие устройства умудрялись даже в артиллерийские снаряды впихивать, чуть ли даже не в 152-миллиметровые. Кроме того, производство плутония на круг выходит дешевле, ибо его можно получать как попутный продукт работы атомных электростанций. Но зато первоначальные вложения высокие, когда еще будут те электростанции. Плутоний образуется в ядерных реакторах, при облучении нейтронами урана-238. Без реактора тут никак.
Для работы реактора его загружают ураном, но не природным, а прошедшим обогащение методом газовой диффузии, чтобы содержание урана-235 было порядка 3–4 процентов. Этого достаточно для работы ядерного котла.
Теперь о конструкции реактора. Реактор лучше делать не на тяжелой воде, как пытались сделать немцы, а графитовый, как делали американцы. Реактор должен работать на медленных нейтронах, их еще называют тепловыми, а графит или тяжелая вода тут служат их замедлителем. Графит используется не простой, а очищенный от поглощающих нейтроны примесей, особенно от бора. С очисткой придется поработать, ибо графита на один реактор идут тысячи тонн. То есть реактор представляет собой сложенный из графитовых блоков и заключенный в корпус из нержавеющей стали массив. В этом массиве делаются вертикальные отверстия для установки стержней — тысячи отверстий. В эти отверстия вставляются трубы, которые ввариваются в верхнюю и нижнюю плиты корпуса реактора. Тут важно, чтобы циркулирующая в системе охлаждения вода не попала в графит. Если попадет, то графит вспучится и разорвет реактор. Будет очень худо. Чтобы графит не окислялся, внутри его массива циркулирует инертный газ. Большая часть вертикальных отверстий используется для загрузки топливных стержней. Часть — для регулирующих стержней. Регулирующие стержни делают из бора, если не вру, то из карбида бора. Бор является сильным поглотителем нейтронов. Полностью опущенные регулирующие стержни «глушат» реактор, при полностью поднятых стержнях реактор работает по максимуму. Соответственно, меняя количество опущенных в реактор регулирующих стержней, можно управлять его работой. Оставшиеся отверстия используются для различных датчиков, при помощи которых можно следить за состоянием реактора, или туда еще суют различные вещества с целью их облучения нейтронами. Топливные стержни представляют собой пакет трубок из нержавейки или циркония диаметром миллиметров двенадцать, снабженный системой протока охлаждающей жидкости. Тепла выделяется много, и его куда-то надо отводить. Лучше на паровую турбину электростанции, но можно и просто в окружающую среду. Систему охлаждения делают многоконтурной, ибо среди такой кучи трубок наверняка найдутся дефектные и радиация попадет в систему охлаждения. Так пусть уж только в первый контур. Трубки в топливных стержнях набиты прессованными из карбида обогащенного урана таблетками. Это и есть топливо реактора.
Что там еще по конструкции реактора? Ага, вспомнил, с боков, сверху и снизу слой отражателя нейтронов, чтобы зря по сторонам не разлетались. Только не помню из чего, в голове вертится все тот же графит. Кольцевой водяной бак биологической защиты по периметру, чтобы персонал не мёр от лучевой болезни. Аварийные системы охлаждения и прочие системы безопасности. К безопасности, кстати, следует относиться весьма ответственно. Аварии на ядерных объектах — это сущий кошмар. Например, тепловой взрыв на четвертом энергоблоке Чернобыльской АЭС привел к тому, что пришлось переселять сотни тысяч людей и вывести из хозяйственного оборота кучу земель. Да и реноме свое страна подпортила изрядно.
Так, малость с мысли сбился. Значит, загрузили мы реактор топливом и запустили его. Атомная реакция идет, нейтроны летят, из урана-238 образуется плутоний. Причем в виде нескольких изотопов. Для бомбы нам нужен плутоний-239, а изотопы 240 и 241 нам совершенно не нужны, но тоже присутствуют. Причем сначала образуется изотоп 239, а уже из него 240, а потом и 241. Чем больше времени стержни проведут в реакторе, тем хуже будет соотношение изотопов. Для плутония оружейного качества паразитных примесей должно быть не более 5 процентов. И это качество должно быть достигнуто еще в реакторе, ибо разделить изотопы с разницей всего в одну единицу практически невозможно. Поэтому стержни вынимают из реактора и отправляют на переработку раньше, чем в них выгорит весь уран-235. Если не ошибаюсь, то через три месяца. Кроме того, все стержни по определенной схеме периодически переставляют в реакторе с места на место, чтобы облучались равномерно.
