Möglichkeiten, die kritische Masse von U235 deutlich zu reduzieren oder U238 spaltbar zu machen?

Wenn es mir gelingt, das durch die Spaltreaktion erzeugte Neutron um das 100-fache zu erhöhen, wird das die kritische Masse von U235 auf 1/100 reduzieren?

Wenn ich die Neutronenenergie erhöhen kann, wird es U238 spaltbar machen?

Was meinst du mit "Erhöhung der durch Spaltung erzeugten Neutronen"? Meinst du die Größe der Neutronen? Wenn ja, auf Wiedersehen Universum. Oder meinst du die Menge der erzeugten Neutronen erhöhen? Wenn Sie letzteres meinen, möchte ich nur darauf hinweisen, dass Spaltung so nicht funktioniert ...
Die kritische Masse eines Materials hängt tatsächlich von vielen verschiedenen Eigenschaften ab. Einer davon ist der Neutronenmultiplikationsfaktor . Wenn Sie die Anzahl der Neutronen, die durch eine einzelne Spaltungsreaktion freigesetzt werden, auf magische Weise erhöhen würden, würden Sie theoretisch mehr Spaltungen verursachen als zuvor. Dies führt nicht zu einem direkten Verhältnis von erhöhter Neutronenproduktion zu verringerter kritischer Masse, da eine Vielzahl anderer Faktoren zu berücksichtigen sind.
Sie können die Anzahl der Neutronen (oder was auch immer), die durch eine Spaltungsreaktion erzeugt werden, genauso wenig ändern, wie Sie ein Wassermolekül dazu bringen könnten, drei Wasserstoffe mit einem einzigen Sauerstoff zu haben. Gleiches gilt für die Neutronengeschwindigkeit (die fest ist und von den resultierenden Elementen abhängt). U235 adsorbiert niederenergetische Neutronen und wird instabil (deshalb verwenden wir einige Materialien, um die emittierten Neutronen zu verlangsamen , um sie effektiver zu machen). AFAIK U238 adsorbiert keine Neutronen jeglicher Energie (Geschwindigkeit).
Eine Erhöhung der Neutronenzahl um das 100-fache ist unrealistisch. Aber wenn Sie ein Stück U235 in einen idealen (oder fast so) Neutronenreflektor wickeln, wäre jede Masse kritisch :)
@Vashu Das könnte das sein, wonach ich gesucht habe. Wissen Sie, wie hoch die Reflexionsrate für den aktuellen Neutronenreflektor ist? Danke.
Berillium wird typischerweise verwendet. Es reflektiert weniger als 50 % der Neutronen und senkt ihre Energie, aber trotzdem - ein 5-cm-Reflektor aus Be senkt die kritische Masse von Plutonium von 10 auf 5 kg.
@vashu Also alles, was ich brauche, ist eine Art Barriere, die 100% der Neutronen ablenkt, während alle anderen Arten von Energie, die von der Spaltung emittiert werden, immer noch abgegeben werden.
Bei 100% würde jede Menge Uran kritisch werden. Aber auch 90% wären toll. Obwohl niemand weiß, wie man einen Reflektor so effizient macht. Auch müssen Sie sich keine großen Gedanken darüber machen, andere Arten von Energie abzugeben. Wenn Sie einige Kilotonnen Energie in weniger als einem Liter Volumen konzentriert haben, ist es ziemlich unmöglich, sie zu halten :)
In den Büchern von L. Niven gibt es ein Stasisfeld, das undurchdringlich ist und alles reflektiert, einschließlich Neutronen. So wird es für die Herstellung von Atomraketentriebwerken verwendet - geben Sie etwas Uran in eine Flasche mit sehr kleinem Loch, legen Sie ein Stasisfeld auf die Flasche, Uran reagiert, erwärmt sich und beginnt durch das Loch zu lecken, wodurch eine Reaktionskraft entsteht.

Antworten (3)

Stellen Sie sich vor, Sie könnten die Anzahl der freien Neutronen, die aus der Spaltung resultieren, um den Faktor 100 erhöhen. Anstelle von 2-3 freien Neutronen erhalten Sie also 2-300 (naja, eigentlich höchstens 146 für Pu-239).

Das bedeutet, dass Sie anstelle von 2 mittelgroßen Atomen als Ergebnis der Spaltung viele sehr leichte Atome als Ergebnis der Spaltung erhalten. Was Sie erreicht haben, ist, dass Sie das Ereignis der Kernspaltung in ein Ereignis umgewandelt haben, das Energie erfordert, anstatt eines, das Energie freisetzt.

Sie hätten keine kritische Masse, egal wie viel Material Sie hätten.

Ändern Sie also die Physik erneut und machen Sie viele Neutronen, die in ein Nettoenergieereignis emittiert werden, Uran wäre so instabil, dass alles längst vorbei wäre, und viele stabile oder klassisch stabile Elemente wären ebenfalls sehr instabil. Wahrscheinlich wäre alles, was über Helium oder vielleicht Kohlenstoff hinausgeht, sehr selten, überall schlechte Nachrichten.

Die physikalischen Änderungen, auf die ich mich oben beziehe, beinhalten Dinge wie die Änderung des Verhältnisses der Stärken der starken Kernkraft und der elektromagnetischen Kraft.

Betreff: Erhöhen Sie die Dichte Ihres Nuklearmaterials. Herzlichen Glückwunsch, Sie haben gerade die Funktionsweise moderner Atombomben neu erfunden. Sie haben vielleicht schon von Implosions- und Kanonenwaffen gehört. Plutoniumbomben sind alle Implosionsgeräte, Sie haben eine unterkritische Masse an Plutonium und verwenden dann eine sehr sorgfältig entworfene (und klassifizierte) Implosion, um die Bombe in eine kritische Masse zu verwandeln, wenn die Implosion auftritt. In echten Bomben macht die Implosion das Plutonium etwa 250 % so dicht wie es normalerweise ist. Die Atome sind näher beieinander und es kommt schnell zur Überkritikalität (gefolgt von einem wesentlich beeindruckenderen Knall).

Das Komprimieren von Metallen ist schwierig, das Metall widersteht einer solchen Komprimierung sehr stark, aber das sorgfältige Bombendesign ist gut genug, um die Arbeit zu erledigen.

Durch die Kombination von Neutronenreflektoren, Stampfern, Implosionen usw. benötigen moderne Plutoniumbomben nur etwa 25% der Plutoniummasse, die für eine bloße kugelförmige Plutoniummasse erforderlich ist. Wenn es eine auf der Realität basierende Methode gäbe, die die Anforderung erheblich ändern könnte, würde sie verwendet werden. Pu-239 ist wirklich teuer.

Von den üblichen Materialien für Atombomben hat Pu-239 die kleinste kritische Masse der blanken Kugel (ungefähr 10 Pfund), waffenfähiges (80 % angereichertes) Uran hat ungefähr 60 Pfund IIRC. Kein ernsthafter Bombenhersteller verwendet U-235, es ist zu schwer herzustellen (auch bekannt als teuer). Am Ende des Manhattan-Projekts war nur noch genug waffenfähiges Uran für eine einzige Bombe vorhanden.

Nun, Californium-252 hat die leichteste kritische Masse von allem, was ich aufgelistet gesehen habe, etwa 2,5 Pfund für eine bloße Kugel und vermutlich < 1 Pfund unter Verwendung der bekannten Verfeinerungen. Das Problem ist, dass wir bisher nur etwa 8 Gramm davon hergestellt haben (bei etwa 27 Millionen Dollar pro Gramm).

Wenn Sie die Physik der realen Welt ignorieren wollen, könnten Sie eine kleinere kritische Masse vorgeben, aber es wäre vorgetäuscht. 2,5 Pfund Pu-239 sind ziemlich nah an der realen Grenze für praktische Bomben, und keine Menge Wünsche ändern dies.

Das Vortäuschen eines superexplosiven Implosionsgeräts ist nur eine andere Form des Handwinkens. Es gibt eine ziemlich eindeutige Grenze für die verfügbare Energie von explosiven Verbindungen. Sie werden Plutonium in keinem vernünftigen (und damit praktischen) implosiven Bombendesign um den Faktor 5 komprimieren können. Wenn Sie könnten, seien Sie versichert, dass die Jungs, die diese tatsächlich für echte Designs entwerfen, dies getan hätten, sie waren klug und motiviert.

Ich suche nach einem hypothetischen Weg, um die kritische Masse signifikant zu reduzieren. Wenn die Erhöhung der Energie oder Menge der Neutronen nicht funktioniert, was ist dann mit einer plötzlichen Verringerung des Volumens? Wenn wir U235 100-mal dichter packen können, sollte es für freie Neutronen einfacher sein, das Atom zu treffen, richtig?
@AZ Ja, aber die erreichbare Dichte ist begrenzt. Allein die Verdopplung der Dichte erfordert Drücke von mehreren Gigapascal in der Größenordnung derjenigen im Erdkern. Und der Druck muss in Millisekunden aufgebaut werden, bevor die Spaltung die Eindämmung zerstört.
Uran 235 hat ungefähr 145 Neutronen (ich erinnere mich nicht an seine Z-Zahl, vielleicht 90?), also können Sie höchstens diese bekommen, plus 90 Wasserstoffionen. Und wie Sie betont haben, ist der Prozess katastrophal endotherm.
@LSerni, netter Fang - ich habe mich nicht einmal die Mühe gemacht, darauf hinzuweisen, dass 143-146 Neutronen alles sind, was im Kern für U-235, U-238, Pu-239 vorhanden ist. Die Physik ist so lächerlich, dass man manchmal das Offensichtliche vergisst.

Ja, mehr Neutronen pro Spaltungsereignis würden die kritische Masse verringern, aber das kann man nicht wirklich tun, da die Menge der pro Spaltung freigesetzten Neutronen eine physikalische Eigenschaft der beteiligten Atome ist und sich statistisch nicht ändert.

Nein, Neutronen mit höherer Energie machen nichts spaltbar. Um spaltbar zu sein , muss es Neutronen leicht absorbieren (Lookup-Neutronenquerschnitt). Insbesondere handelt es sich um "thermische" Neutronen mit niedrigerer Energie, die eher mit Atomen interagieren. Neutronen mit höherer Energie würden weniger wahrscheinlich zu einer Spaltung führen.

Ich konsultierte en.wikipedia.org/wiki/Thermonuclear_weapon Der Fusionsbrennstoff der Sekundärstufe kann von Uran oder angereichertem Uran oder Plutonium umgeben sein. Durch Fusion erzeugte schnelle Neutronen können selbst in Materialien, die normalerweise nicht dazu neigen, eine Spaltung induzieren, wie z in der Sekundärstufe.
Die Frage ist also, woher man diese schnellen Neutronen bekommt.
Sagen wir einfach, dass die Bedingungen in den Mikrosekunden einer aktiven Fusionsexplosion nicht typisch für Spaltungsreaktionen sind, die Schermenge von Neutronen in einem kleinen Bereich lässt einige interessante Dinge passieren. Wie bei allen Kernreaktionen ist alles statistisch, so dass Ereignisse mit geringer Wahrscheinlichkeit mit vielen Neutronen auf sehr kleinem Raum stattfinden können.

Die Anzahl der Neutronen pro Spaltungsereignis ist festgelegt, mehr können Sie realistischerweise nicht erreichen. Sie können die kritische Masse reduzieren, indem Sie das Uran komprimieren, aber auch dies hat Grenzen. Was Sie brauchen, ist ein Material wie Uobtainium oder ein Energiefeld, das perfekte Neutronenreflektoren sind. Sie bohren zylindrische Löcher in den Neutronenreflektor, um ein größeres Loch herum. Dann knallen Sie eine unter-unterkritische Masse von U235 in die Löcher. Kritik beginnt in der Peripherie und detoniert das zentrale Volumen. Die Konstruktionstoleranzen werden sehr eng sein: Jede Asymmetrie führt zu einem Zischen.

Möglichkeiten, die kritische Masse von U235 deutlich zu reduzieren oder U238 spaltbar zu machen?
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