В простейшем случае система состоит из жидкой, химически управляемой сферической активной зоны заключённой в толстый(порядка 25 сантиметров и более) корпус - отражатель нейтронов из тугоплавкой прочной стали. Это даст определённый эффект, и возможно произойдёт выгорание порядка 5 грамм урана 235. Неплохо, но мало. (0,1кт)
,,,
Вместо водородосодержащей жидкости можно применять специальную плотную пластмассу, которая может также растворять UO2SO4. На этом основаны маломощные ядерные артиллерийские снаряды - реальный аналог предлагаемого изделия.
Такие снаряды содержат делящийся материал, растворённый в цилиндрической пластиковой матрице. В ней имеется центральный цилиндрический вырез. Матрица обжимается по методу цилиндрической имплозии, и становится более чем критичной. Имплозия инициируется либо при подлёте снаряда к цели, либо при попадании в цель.
Происходит синхронный взрыв зарядов химической взрывчатки на внешней поверхности матрицы. Сам процесс ядерного взрыва определяют явления схлопывания и удержания. Ядерный заряд снаряда - матрица , как активная гомогенная зона, изначально находится в менее чем критичном состоянии. В результате цилиндрической имплозии происходит быстрое схлопывание матрицы. Активная зона переходит более чем критическое состояние, за счёт значительного увеличивая её плотности и уменьшения геометрических размеров. Увеличивается концентрация ядер делящегося материала и замедлителя в меньшем объёме. Согласно англоязычным источникам, в ядерных снарядах имплозия реализована так, чтобы её заключительная часть работала на удержание активной зоны от преждевременного разрушения. Цепная реакция развивается сначала на тепловых, а затем и на промежуточных нейтронах. Замедление нейтронов происходит до теплового равновесия со средой активной зоны, и сростом температуры среды уменьшается сечение реакции деления. Эффективный толстый отражатель нейтронов отсутствует. Поток нейтронов и концентрация ядер урана или плутония становится недостаточной для цепной реакции, и она прекращается.
Смена поколений нейтронов происходит намного медленнее чем в сборке на быстрых нейтронах, и число поколений деления до разрушения активной зоны относительно мало по сравнению с числом поколений в полноценной сборке на быстрых нейтронах, как и малы скорость выделения и количество энергии!
Снаряды имеют весьма малый КПД . Но зато в них можно использовать и плутоний из энергетических реакторов!
.....................
Применение плутония из энергетических реакторов исключает дополнительный источник нейтронов и делает боеприпас дешевле. Возможно увеличить энергию взрыва, поместив снаряд в прочную на разрыв, толстую стальную оболочку. Оболочка усилит и продлит действие имплозии.
Калибр таких снарядов практически не может быть меньше 203-х миллиметров, что в сочетании с низким КПД, обуславливает их ограниченную применимость. При расходе около килограмма плутония на каждый снаряд (энергоемкость плутония 20 кт/кг), выделяются в обычном варианте лишь сотни тонн ТЭ , то есть КПД на уровне 1%.
Это обусловлено двумя принципиальными причинами:
1) рабочая энергия нейтронов при разбавлении делящегося материала в десятки грамм на литр находится в диапазоне от тысячной доли до нескольких сотен электрон-вольт. При нагреве замедляющей матрицы до этой температуры (всего 1 миллион градусов), из-за уменьшения эффективного сечения деления сборка становится подкритичной.
2) сильное замедление и малая в сравнении с быстрыми нейтронами скорость смены поколений нейтронов значительно увеличивает время удвоения мощности по сравнению с полноценной сборкой на быстрых нейтронах.
Уменьшить действие этих причин и повысить выделение энергии предполагается при реализации предлагаемого устройства.
Справочная информация:
Ядерный снаряд - снаряд, оснащенный ядерным зарядом и предназначенный для решения тактических задач путем нанесения ядерного удара по объектам противника. Такие боеприпасы есть у большинства стран, имеющих ядерное оружие, в том числе у России и США. США, в частности, разработали 155-мм артиллерийские снаряды M-454 (энергия ядерного заряда - 80 тонн в тротиловом эквиваленте), XM-785 (1500 тонн), 203-мм снаряды M-422 (2000 тонн), M-753 (10000 тонн и 2200 тонн).
..........
Возможен смесевый порошковый аналог жидкого реактора на порошковой смеси урана 235 с графитовым замедлителем и отражателем из графита. Минимальная критическая масса урана 235 93% обогащения - 1,5 кг. Экспериментальных данных мало. Уран 235 желательно использовать в виде оксида, как более тугоплавкий. Необходимы твёрдые поглотительные стержни для управления. Нужна система отстрела этих стержней для начала неуправляемой цепной реакции. Полоний - бериллиевый источник нейтронов способствует уверенному развитию взрыва. Возможна проблема сохранения непрерывности цепной реакции при разогреве активной зоны. Рассмотрим некоторые аспекты взрыва гомогенного реактора на порошковых смесях урана и замедлителя.
При нормальных условиях графит сублимируется при 3780 градусах а уран испаряется при 4018 градусах. Вот где проблема! А при повышенном давлении порядка 100 атмосфер графит плавится при 3820 градусах а кипит при 5100 градусах(здесь и далее применяется шкала Кельвина). Это энергетический реактор, или его подобие, можно взорвать тепловым взрывом и заразить радиоактивной начинкой всех и всё! А в нашем случае продлить СЦР надо. Чтобы СЦР не прерывалась при фазовых переходах замедлителя нейтронов и урана при нагреве активной зоны. И чтобы СЦР проходила в газовой и в плазменной среде.
Разберём процесс нагрева активной зоны гомогенного реактора на порошковой уран-графитовой смеси.
Уран обогащения 93% изотопом 235. Активная зона изначально (без поглотителей нейтронов)более чем критична.
Первый вариант. Если использовать UO2 в виде порошка, то по мере роста температуры в активной зоне пройдёт реакция восстановления металлического урана с образованием CO2. Углекислый газ быстро подымает давление в активной зоне. Положительная реактивность активной зоны уменьшается, но она остаётся больше нуля. При давлении порядка 100 атмосфер графит не сублимируется при температуре 3780 градусов, а плавится при температуре 3820 градусов. СЦР продолжается в расплаве. Тройная точка: графит-жидкость-пар Т = 4130 K, р = 12,5 ГПа. Следующее поколение деления ядер урана переводит расплав в газообразное состояние. СЦР не прерывается и продолжается в газообразной углерод - урановой смеси. Работает удерживающая имплозия, и получаем взрыв энергией порядка нескольких килотонн тротила. Возможный вариант, требующий подробного рассмотрения.(с)