Venga a llenar el vacío: ¿Por qué Estados Unidos y la Unión Soviética pensaron que nuestra primera bomba atómica fue una bomba de plutonio?

El 16 de octubre de 1964, nuestra bomba atómica con el nombre en código "Miss Qiu" fue probada y detonada con éxito en el sitio de pruebas de Lop Nur a las 3 de la tarde.

Este incidente nos convirtió en el quinto país del mundo en poseer una bomba atómica. Ha sentado las bases para el desarrollo futuro de China y ha mejorado enormemente nuestro estatus internacional. Siete años después del bombardeo atómico, el 25 de octubre de 1971, retomamos nuestro asiento en las Naciones Unidas y continuamos sirviendo como miembro permanente. Y el aumento de las capacidades nucleares de China obligó a Estados Unidos y la Unión Soviética a firmar el "Tratado de No Proliferación" en 1968.

Pero cuando la primera bomba atómica explotó ese año, tanto Estados Unidos como La Unión Soviética expresó unánimemente su opinión de que la primera bomba atómica de China fue una bomba de plutonio.

Durante décadas, la disputa sobre el uranio y el plutonio para la primera bomba atómica de China ha estado en curso.

Ayer hice una pregunta y respondí "¿Por qué los trabajadores pueden hacer rodar bolas de uranio cuando construyen bombas atómicas? Si la concentración es tan alta, ¿no sería muy fuerte la radiación?" Era natural discutir con los fanáticos si nuestra primera bomba atómica fue una "bola de uranio" o una "bola de plutonio".

Después de todo, el sistema de confidencialidad de armas nucleares de nuestro país es el sistema de confidencialidad más estricto del mundo. Y en ese momento, debido al espionaje de varios enemigos, nos resultó difícil hacer pública mucha información real.

Shi Hai se hunde, muchas cosas en la historia a menudo son solo misterios hasta que se publican los datos oficiales.

Sin embargo, si analizamos cuidadosamente los datos básicos de un arma nuclear, podremos juzgar por nosotros mismos si nuestra primera bomba atómica fue una bomba de uranio o una bomba de plutonio.

El conocimiento más importante aquí es la comprensión de los estados críticos.

El término "crítico" incluye dos conceptos: "masa crítica" y "diámetro crítico". Anteayer, algunos fanáticos decían que mientras se alcance la masa crítica, se producirá una explosión nuclear. Esta opinión es incorrecta.

El Sr. W puso un ejemplo en su momento: un filamento de uranio 235 de 2 mm de diámetro y 2 kilómetros de longitud. La masa de este filamento de uranio es de aproximadamente 119 kilogramos. Este peso supera con creces la masa crítica del uranio-235, pero no se producirá una explosión nuclear. La razón es que todavía falta un diámetro crítico.

En términos generales, una esfera perfecta es la forma con el volumen crítico más pequeño.

La razón es la cuestión de la eficiencia de utilización de neutrones durante la reacción en cadena.

La fisión espontánea puede ocurrir en cualquier lugar dentro de una pieza de metal de uranio-235 o plutonio-239. Si los neutrones producidos por la fisión nuclear no chocan con ningún otro átomo pesado, saldrán volando de la superficie del metal. Entonces es difícil que los neutrones producidos por la fisión desencadenen la fisión del siguiente núcleo. La reacción de fisión es insostenible.

Para que la reacción de fisión sea autosostenida y se forme una reacción en cadena, es necesario garantizar que la mayoría de los neutrones puedan impactar en el núcleo. Hay dos métodos que se pueden utilizar aquí. El primero es aumentar el número de núcleos en la trayectoria de vuelo de los neutrones. El otro es aumentar la densidad y la masa; esta es también la fuente de masa crítica. extender el tiempo de vuelo de los neutrones en la trayectoria del metal de fisión nuclear, es decir, aumentar el espesor del material de fisión nuclear. El aumento de espesor en diferentes direcciones finalmente forma una esfera perfecta. Ésta es también la forma central de las bombas nucleares ordinarias.

En los cálculos estadísticos, la tasa de utilización de los neutrones producidos por la fisión no puede seguir golpeando otros núcleos y salir al exterior, lo que se denomina estado subcrítico. Cuando la masa y el radio aumentan, estadísticamente se cree que los neutrones pueden iniciar una reacción de fisión que continúa hasta que se denomina estado crítico.

Sin instalar una fuente de neutrones adicional y una capa reflectante de neutrones fuera del núcleo, la masa crítica del uranio-235 100% puro debe alcanzar los 52 kg, y el diámetro de la esfera perfecta del núcleo también debe alcanzar los 52 kg. alcanza los 17 cm.

En comparación, la masa crítica de 100% plutonio-239 sólo requiere 10 kilogramos, y el diámetro es de sólo 9,9 centímetros en una esfera.

Por supuesto, este valor es un valor de cálculo teórico. No existe el plutonio y el uranio 100% puros. Los átomos de impureza que se encuentran entre el uranio metálico y el plutonio metálico no se fisionarán después de ser golpeados por neutrones.

¡Pero este valor es engañoso! ! !

Disculpe, la gravedad específica del uranio 235 es de 19,1 gramos, ¿cuál es el peso de una bola de uranio con un diámetro de 17 cm?

Volumen de la esfera = πr?, el volumen de una esfera con un diámetro de 17 cm es 2572,44078485 centímetros cúbicos. El peso es 49133,6189906 gramos, ¿eh? ! ¡Hay una diferencia de 3 kilogramos con respecto a la masa crítica! ! !

Es decir, aunque se fabrique una bola de uranio con un diámetro de 17 cm, no explotará.

Necesitas hacer la bola de uranio más grande y debe alcanzar la masa y el diámetro críticos para desencadenar una reacción en cadena.

Por supuesto, esto es sin la fuente de neutrones ni la capa reflectante.

¿Cuáles son los indicadores de las bombas de plutonio? De hecho, cuando alcanza el diámetro crítico, ha alcanzado la masa crítica. La densidad del plutonio es de 19,81 gramos/centímetro cúbico. Si no lo crees, puedes hacer el cálculo tú mismo.

Para las bombas de uranio, no sólo la masa crítica y el diámetro crítico son un pozo, también hay una cuestión más interesante, que es la cuestión de las impurezas que acabamos de mencionar.

El uranio-235 con una concentración del 20% requiere 400 kilogramos para alcanzar la masa crítica, y el uranio-235 con una concentración del 15% ya requiere 600 kilogramos para alcanzar la masa crítica. ¿Qué se te ocurre después de leer esto?

Accidente de criticidad en Tokai Village, Japón. Ese año, un empleado japonés de JBC cometió un error operativo y vertió siete barriles de solución de nitrato de uranilo con un nivel de enriquecimiento del 18,8% en barriles de agua. Muchos artículos escriben sobre el incidente crítico en la aldea Donghai. De hecho, esta vez fue simplemente un accidente subcrítico. El contenido real de uranio-245 fue de sólo 46 kilogramos, que no alcanzó el valor crítico. La luz azul que vieron los testigos en ese momento no era la "radiación Cherenkov", sino la luz azul emitida después de que se ionizaran el nitrógeno y el oxígeno del aire. Es similar a la radiación Cherenkov pero no es lo mismo.

¿Por qué el accidente nuclear en la aldea de Donghai causó enormes víctimas con sólo 46 kilogramos de uranio y obligó a la evacuación de personas en 10 kilómetros alrededor del lugar del incidente? La razón es que en ese momento, fuera del bidón de acero donde se disolvía el nitrato de uranilo, los trabajadores pusieron otro bidón de hierro para enfriarlo e inyectaron una gran cantidad de agua en el bidón de hierro. Esto crea una capa reflectante de neutrones. Esto resultó en una reducción de la masa crítica de todo el dispositivo, lo que provocó que los sedimentos en el cubo alcanzaran un nivel subcrítico.

Si no fuera así, se podría tener uranio metálico en las manos.

Hablando de implosión de uranio, si nuestra primera bomba atómica es una bomba atómica de implosión de uranio, entonces se puede considerar que nuestro país es el único país hasta ahora que ha dominado la tecnología de bombas atómicas de implosión de uranio: la razón es Sólo que esto es demasiado difícil. Excepto por lo que afirmamos haber hecho, ningún otro país ha desarrollado todavía un arma nuclear con un diseño de implosión de uranio.

Es difícil desarrollar armas nucleares de implosión de uranio. La razón principal es similar al accidente en la aldea de Tokai. Cuando el uranio está lejos de alcanzar una masa crítica, se producirán armas nucleares subcríticas si las condiciones externas lo permiten. . Incluso antes de que explote la bomba atómica, ya puede causar daños a quienes la rodean.

Por lo tanto, cuando se fabrican bombas atómicas de uranio, a menudo todavía se utilizan estructuras tipo pistola. Cómo hacerlo depende de los detalles aquí.

Las bombas atómicas tipo pistola que todo el mundo ve son diagramas esquemáticos. Sólo puedo decirles un principio básico, que es que dos piezas de uranio-235 más pequeñas que el valor crítico se fusionan para causar una explosión nuclear.

Mencionamos antes que incluso si el diámetro crítico alcanza la masa crítica del uranio, todavía hay una diferencia de tres kilogramos. Esto conduce a la necesidad de aumentar el peso de la carga nuclear, por un lado, y de añadir a la carga nuclear una capa reflectante de neutrones, por el otro. La verdadera bomba atómica es una estructura de muñeca matrioska.

El diseño de la bomba atómica del niño se parece a la imagen de arriba, que por supuesto es un diagrama esquemático. En la parte frontal de la bomba atómica, se coloca un pequeño trozo de uranio dentro de un reflector de neutrones de color gris oscuro. Pero todavía existe una distancia bastante grande entre el pequeño bloque de uranio y la capa reflectante de neutrones. Entonces este pequeño trozo de uranio no se encuentra en un estado subcrítico.

Otro gran trozo de uranio está colocado en el extremo de la bomba atómica, presta atención. ¿Hay dos deslizadores, uno profundo y otro poco profundo, entre el explosivo en el extremo de la cola y el bloque de uranio? Estas también son capas de reflexión de neutrones.

Aunque el bloque de uranio en la cola es grande, dado que la capa de reflexión de neutrones está solo en el extremo opuesto del bloque de uranio, este gran trozo de uranio-235 no se encuentra en un estado subcrítico.

Cuando se activa el Little Boy, la explosión impulsa toda la estructura y la pequeña pepita de uranio en la parte delantera de la bomba en una sola pieza. En este momento verá la capa azul reflectante de neutrones que envuelve completamente el núcleo de uranio. El núcleo de uranio alcanzó el valor crítico en un instante, lo que provocó una reacción en cadena.

Pensemos en la estructura de una bomba atómica en implosión:

El reflector de neutrones envuelve todo el núcleo de la bomba nuclear. No hay una estructura abierta como la estructura de un arma y no puede haber un espacio lo suficientemente grande. Todo el proceso de detonación es un proceso de uso de energía explosiva para reformar el interior. en este estado. La capa emisora ​​de neutrones activará el uranio-235 de alta pureza para alcanzar un estado subcrítico.

Por eso las bombas de uranio de implosión son difíciles de producir. Es difícil de lograr en teoría.

Para reducir este riesgo subcrítico, se puede adoptar el diseño de separar la capa reflectante y el núcleo para maximizar la distancia entre la capa reflectante y la superficie del núcleo. Pero también habrá problemas de ingeniería. Después de todo, la forma principal en que detonamos armas nucleares de implosión es a través de lentes explosivos.

La lente explosiva también requiere que la estructura del núcleo sea lo más ajustada posible sin espacios. Sólo así la onda de detonación puede comprimir aún más el pequeño núcleo de la manera más uniforme posible. De lo contrario, cualquier ligera desviación en la onda de detonación (que seguramente existirá) empujará el núcleo fuera de la posición correcta y provocará una falla en la detonación.

Viendo esto, ¿pueden todos entender por qué el Sr. W también pensó que lo que explotamos era una bomba de plutonio?

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