Опасные эксперименты

На заре развития ядерной энергетики учены довольно легкомысленно вели себя во время экспериментов. Так, одним из ведущих сотрудников Лос-Аламоса был доктор Луи Слотин. Он занимался экспериментами с критической массой - подносил одну полусферу урана к другой и засекал начало возникновения цепной реакции. Вместо того, чтобы поднимать нижнюю полусферу к подвешенной верхней, он опускал верхнюю полусферу на нижнюю, а для защиты от начала цепной реакции просто просовывал между ними отвертку дабы не дать им соприкоснуться. Однако 21 мая 1946 года, когда Луи Слотин, как обычно, принялся за свои эксперименты и привычным движением засунул отвертку между полусферами плутония, то в начале демонстрации теста на критическую массу, отвертка выскользнула у него из рук и полусферы плутония сомкнулись. В это время в секретной лаборатории Омега присутствовали еще семеро сотрудников, включая стажера, который должен был прийти на место Слотина. Тут же всех восьмерых ученых обдало волной жара, а над плутонием появилось синее сияние. Комната оказалась пронизана гамма-излучением и потоками нейтронов - счетчики Гейгера щелкали, как умалишенные.

К чести Луи, он не растерялся и быстро спихнул полусферу на пол - голой рукой! Ядерный взрыв не состоялся, но в этом для Луи было мало утешительного. Он уже чувствовал жжение в руке и кислый привкус во рту - у него начиналась лучевая болезнь. Луи срочно отправили в госпиталь, но он знал, что его дни сочтены. Слотин отправил телеграмму своим родителям в Виннипег - его папа и мама приехали в Лос-Аламос за несколько дней до того, как он умер. Через два года от лучевой болезни умерли еще двое ученых, которые присутствовали на злосчастном эксперименте.

Луи Слотин повел себя, как настоящий герой и спас как минимум нескольких человек, но если бы американские ядерщики с самого начала поднимали нижнюю полусферу к подвешенной верхней, то в случае неосторожного движения нижняя полусфера просто падала бы на пол. Именно такую конструкцию и стали использовать в позднейших экспериментах.

Яркий пример полной безответственности... Это же не уборщик решил пошутить. Луи Слотин точно знал, к чему может привести такая "ошибка"...

(Sandro21962 @ 31.03.2014 - время: 11:52)
............................................................................................

Луи Слотин повел себя, как настоящий герой и спас как минимум нескольких человек, но если бы американские ядерщики с самого начала поднимали нижнюю полусферу к подвешенной верхней, то в случае неосторожного движения нижняя полусфера просто падала бы на пол. Именно такую конструкцию и стали использовать в позднейших экспериментах.
....очень познавательно...!!!!!

С удовольствием посмотрел, спасибо

Эксперименты так или иначе всегда опасны)

На ошибках учатся

Это даже не вранье, а сказки в пионерский лагерь. Уран, плутоний (да и вообще агрессивный реагент) руками не взорвать - чтобы чтото там нагрелось, а уж тем более удержать обжатой эту реакцию нужен тротил...то есть вручную из этих сфер, как из вскипящего чайника выплеснется на стол - вот и вся недолго. Свет, волна жара эротического, и тут же кислая слюна - )

(Валюня @ 31.03.2014 - время: 21:41)
Это даже не вранье, а сказки в пионерский лагерь. Уран, плутоний (да и вообще агрессивный реагент) руками не взорвать - чтобы чтото там нагрелось, а уж тем более удержать обжатой эту реакцию нужен тротил...то есть вручную из этих сфер, как из вскипящего чайника выплеснется на стол - вот и вся недолго. Свет, волна жара эротического, и тут же кислая слюна - )
И все-таки - это правда. Видимо, вы просто спутали простую цепную реакцию и ядерный взрыв. Вот для взрыва, т.е. создания ударной волны, светового и жесткого гамма-излучения действительно необходимо опрессовать плутониевую начинку на время создания запаса энергии для взрыва.

Цепная же реакция создается в любой критической сборке, и сопровождается значительным выбросом нейтронов, при минимуме гамма-излучения и отсутствии ударной волны и значительного светового потока.Собственно, на критсборках и проводились (да и проводятся) различные исследования, позволяющие создать компактный ядерный заряд.

Ну согласитесь, что от того что навалят одну кучу на другую, как бы их красиво их не называли полусферами - получится не критическая масса (с отверткой по средине), а обычная куча из двух кучек. Можно даже попрыгать на на этой куче. Спецэфекты же описанные в рассказе (как то свет и прочее) возможны только когда будет не куча(кучки) а критическая масса. А это значит - однозначно - обжатие вещества. Разумеется не руками и даже не стадом слонов.

Любопытный материал.

(Валюня @ 31.03.2014 - время: 22:21)
<q>Ну согласитесь, что от того что навалят одну кучу на другую, как бы их красиво их не называли полусферами - получится не критическая масса (с отверткой по средине), а обычная куча из двух кучек. Можно даже попрыгать на на этой куче. Спецэфекты же описанные в рассказе (как то свет и прочее) возможны только когда будет не куча(кучки) а критическая масса. А это значит - однозначно - обжатие вещества. Разумеется не руками и даже не стадом слонов.</q>
Итак, критическая масса, как известно, зависит от формы образца и связана с утечкой нейтронов через поверхность: чем больше поверхность, тем больше критическая масса. Образец с минимальной критической массой имеет форму шара.

Далее, для уменьшения критмассы используются отражатели нейтронов, например, из бериллия. Как раз такие отражатели в виде полусфер использовались Слотином. Опыты в Лос-Аламосе велись над плутонием-236, критмасса которого, как известно, составляет всего 6-8 кг, таким образом "кучки" плутония (полусферы) были весом не более 4 кг.

Если вы пока не имеете возражений против приведенных фактов, то прошу указать. ГДЕ ИМЕННО здесь требуется "обжатие" для получения критмассы.

Еще раз повторяю, вы путаете получение критмассы с БОМБОЙ, где главное - оболочка из стали или железобетона для удерживания нарастающего при появлении цепной реакции давления. Чем прочнее оболочка, тем сильнее ядерный взрыв. Вот именно в бомбе-то и необходимо "обжатие" в виде пиропатронов, сдвигающих на сближение части критмассы и одновременно удерживающие их от разлета на время, необходимое для набора требуемого давления во время протекания цепной реакции. Это сопоставимо с поведением пороха. Если его поджечь в "кучке", то он просто вспыхнет, а вот если его заключить в бочку или в чугунную банку, то при поджиге он БАБАХНЕТ.

Кстати, вот вам статья из Вики, описывающая как раз данный неудачный эксперимент (это чтобы уже соввсем закрыть вопрс критмассы )

Принимаю, но уточню себя. Взрывная ядерная реакция будет во всех случаях достижения критической формо-массы. Штука в том что ее достичь вручную невозможно, система мгновенно разогреется еще в близ-критическом состоянии. (Плутоний компактной отливки всегда тёплый на ощупь, он имеет температуру 50-60 градусов от непрерывно идущей реакции)
Описываемые же спецэффекты в рассказе - после схлопывания сфер - волна жара, сияние, и взрывное излучение до кислой слюны (это уже мини-взрыв!) - физик еще потом и рукой сбил верхнюю полусферу (Кстати на сколько метров улетел многотонный защитный купол Чернобыльской реакторной камеры после тамошнего взрыва) = Вот что вызывает сомнения! по спецэфектам вроде уже мини-взрыв! Симптомы все есть - а сферы на месте! Не иначе разозлились на всех - и лежат друг на дружке, копят копят в себе ядерные мегатонны - щщаааас кааак бахнем! -)

Про "обжать" вы задали вопрос, речь шла о металлургии и переводе металлического 239Pu в фазовое альфа-состояние, в котором он увеличивает свою плотность на 25%, это главное для достижения крит.массы. Ну и как следствие уже потом на долю микросекунды удержать разлетающийся от теплового (ядерного) взрыва этот реагент.
Из английской вики = The critical mass for 239Pu metal is given as 5.2 and 10 kg for water-reflected and bare spheres respectively/ 5 кг плутония – это примерно размер куриного желтка. Кусок размером в яйцо даст взрыв в 20 килотонн! Но как его подорвать? При сближении он начнёт ускорять энерговыделение с такой скоростью, что никакая пушечная схема не поможет. Нужны скорости 10-12 и более км в сек. Никакая взрывчатка до таких скоростей никакой осколок разогнать неспособна.

(Валюня @ 01.04.2014 - время: 23:29)
Принимаю, но уточню себя. Взрывная ядерная реакция будет во всех случаях достижения критической формо-массы. Штука в том что ее достичь вручную невозможно, система мгновенно разогреется еще в близ-критическом состоянии. (Плутоний компактной отливки всегда тёплый на ощупь, он имеет температуру 50-60 градусов от непрерывно идущей реакции)
Описываемые же спецэффекты в рассказе - после схлопывания сфер - волна жара, сияние, и взрывное излучение до кислой слюны (это уже мини-взрыв!) - физик еще потом и рукой сбил верхнюю полусферу (Кстати на сколько метров улетел многотонный защитный купол Чернобыльской реакторной камеры после тамошнего взрыва) = Вот что вызывает сомнения! по спецэфектам вроде уже мини-взрыв! Симптомы все есть - а сферы на месте! Не иначе разозлились на всех - и лежат друг на дружке, копят копят в себе ядерные мегатонны - щщаааас кааак бахнем! -)

Про "обжать" вы задали вопрос, речь шла о металлургии и переводе металлического 239Pu в фазовое альфа-состояние, в котором он увеличивает свою плотность на 25%, это главное для достижения крит.массы. Ну и как следствие уже потом на долю микросекунды удержать разлетающийся от теплового (ядерного) взрыва этот реагент.
Из английской вики = The critical mass for 239Pu metal is given as 5.2 and 10 kg for water-reflected and bare spheres respectively/ 5 кг плутония – это примерно размер куриного желтка. Кусок размером в яйцо даст взрыв в 20 килотонн! Но как его подорвать? При сближении он начнёт ускорять энерговыделение с такой скоростью, что никакая пушечная схема не поможет. Нужны скорости 10-12 и более км в сек. Никакая взрывчатка до таких скоростей никакой осколок разогнать неспособна.
Ну давайте разбираться.

Вы можете привести скорость подкритического разогрева плутония? Мне бы хотелось понять ваши слова: "мгновенно разогреется еще в близ-критическом состоянии". Что значит мгновенно: доли секунды, минуты, часы? Что значит разогреется: свыше 100 градусов, свыше 1000 градусов, что-то иное?

Как вы себе представляете поведение отливки при создании критической массы (разлетится на куски, отскочит в сторону, испарится с образованием ударной волны etc.)? Что значит "взрывное излучение до кислой слюны"? Вообще-то кислая слюна появляется при переоблучении и не обязательно от взрыва, но просто от нахождения в зоне излучения.

Знаете ли вы, что в Чернобыле таки был взрыв, но тепловой, это когда топливо и раскаленный графит соприкоснулись с водой, которая, вскипев, сыграла роль сгорающего пороха? Вот именно энергия ЭТОГО ВЗРЫВА и снесла крышку реактора.

Вы не могли бы мне пояснить, что означает "перевод металлического 239Pu в фазовое альфа-состояние"? Ни я, ни мои коллеги-атомщики этого не понимают, быть может, что-то новое в науке? Мы знакомы с начальной - альфа-формой плутония (аллотропная модификация - наиболее распространённая для плутония металлическая фаза при низкой температуре), которая имеет плотность 19.8 г/см³ (при температуре 20°C), после чего постепенно уменьшая плотность переходит в фазу бета с плотностью 17.8 г/см³ при температуре 122°C, в которой находится до температуры перехода к фазе гамма с плотностью 17.2 при температуре 206°C, далее к дельта (319°C), дельта-прим (457°C,) и эпсилон (476°C,). Плотность фаз дельта и дельта-прим - 15.9 г/см³, а эпсилон - 17.0 г/см³. После температуры плавления (641°C) плутоний переходит в жидкую фазу с плотностью 16.65 г/см³.

Таким образом непонятно при переходе к какой именно фазе плутоний, как вы утверждаете, "увеличивает свою плотность на 25%", и как именно это отражается на критической массе. Вы не размер ли уж дифракционной решетки имеете в виду? И если да, то что именно из этого следует?

Ну и последний вопрос: какова именно "скорость нарастания энерговыделения" до момента возникновения цепной реакции, и почему она требует "скорости (какой и чего?) 10-12 и более км в сек"?

Заранее спасибо за ответы

Ого! Если есть коллеги ядерщики - не могли бы они ответить здесь присутствующим на ваши вопросы?? Это интересно! Вот приведу
1) За сколько лет разогреется критический плутоний и насколько градусов-) Что произойдет с отливкой если ее сильно обложить отражателями нейтронов. Она подпрыгнет и сделает - Кунфу?-)
2) За сколько секунд слюна за кислятит-)
3) Чем взрыв ЧАЭС отличается от взрыва на столе
4) Как укатать плутоний в дельта фазу при комнатной температур...а впрочем это уже металлургия, народу не сильно.
5) Что такое дифракционная решетка????

Заранее спасибо за ответы -)

(Валюня @ 02.04.2014 - время: 11:39)
<q>Ого! Если есть коллеги ядерщики - не могли бы они ответить здесь присутствующим на ваши вопросы?? Это интересно! Вот приведу
1) За сколько лет разогреется критический плутоний и насколько градусов-) Что произойдет с отливкой если ее сильно обложить отражателями нейтронов. Она подпрыгнет и сделает - Кунфу?-)
2) За сколько секунд слюна за кислятит-)
3) Чем взрыв ЧАЭС отличается от взрыва на столе
4) Как укатать плутоний в дельта фазу при комнатной температур...а впрочем это уже металлургия, народу не сильно.
5) Что такое дифракционная решетка????

Заранее спасибо за ответы -)</q>
1. Конкретно с металлическим плутонием на открытом воздухе опыта нет, но критическая сборка наращивает плотность нейтронного потока по экспоненте, т.е. практически скачком. Наиболее схожим по поведению с указанным в теме плутониевым реактором (две полусферы) является импульсный реактор. К примеру реактор Барс-6 имеет следующие параметры: длительность импульса (время критичности) - 40 мкс, энергия в импульсе - 10 Мдж, т.е. 2.8 кВтч, следовательно, развиваемая в импульсе мощность ~250 МВт. Естественно, тот старый реактор такую мощность не мог развить уже хотя бы потому, что его эффективность была значительно ниже. Тем не менее теоретически он мог расплавиться, если бы экспериментатор не прервал цепную реакцию, столкнув УЖЕ раскалившийся отражатель на пол.

Отливки УЖЕ были обложены отражателями (бериллиевыми полусферами), один из которых (верхний) и сбил Слотин.
2. Слотин получил дозу 2100 бэр или 21 Грей. Острая лучевая болезнь 1 степени возникает уже при дозе 1-2,5 Гр, при этом первые признаки - головокружение, редко тошнота - отмечается через 2-3 часа после облучения, а слюна становится заметно кислой уже через несколько минут.
3. На столе взрыва просто не могло случиться, ибо как известно "взрыв есть физический или/и химический быстропротекающий процесс с выделением значительной энергии в небольшом объёме за короткий промежуток времени, приводящий к ударным, вибрационным и тепловым воздействиям на окружающую среду и высокоскоростному расширению газов". Таким образом для взрыва на столе отсутствовали необходимые условия: расширение газов и малый объем (для накопления энергии сжатия этих газов). В Чернобыле, как я уже писал, вода вошла в соприкосновение с раскаленным графитом (не менее 2000°C) и мгновенно вскипела, при этом сгенерированный перегретый пар развил колоссальное давление, которое и сорвало крышку реактора. Таким образом там развился "тепловой взрыв".
4. Вообще-то стабилизировать плутоний в дельта-фазе при комнатной температуре можно добавлением нескольких процентов галлия или алюминия, да и других трехвалентных элементов, вот только непонятно, к чему это вам, разве что взамен хрупкости нужна вязкость.
5. Посмотрите в учебнике, ну или хотя бы в Вики.

1) Какая слабая реактивность! За микросекунды происходит ядерный взрыв, а у вас на 40микросекунд 2,8кВт час...не иначе графитовых поглотителей напихали, да??

2) Черт его знает, но "более 5,00 Гр (более 500 Бэр)— крайне тяжелая форма лучевой болезни, через 15 мин. неукротимая рвота с кровью, потеря сознания, понос, непроходимость кишечника.....А у вас 2100Бэр - физику поплохело...Но главное почему такой объем радиации без физических эффектов "подпрыгивающей крышки кипящего чайника" - то есть верхняя полусфера преспокойно лежит себе греется и не колышется, собираясь расплавиться и стечь в подвал...Это нормально? Так и должно быть?

3)в ЧАЭС рабочее тело взрыва - вода. (по мнению тогдашнего директора Дятлова - даже водород). Но и здесь воздух с водяные парами, испарение металла в конце концов (где соприкосновение поверхностей)- всё это создаст или нет достаточного давления чтобы сбросить верх.полусферу???

4) Вы иначе не взорвете плутоний, кроме как превратить его комнатную дельта-фазу в альфу тем самым "обжатием". Все другие пути потребуют несуществующей на сегодняшний день хим.взрывчатки со скоростями более 10км.с. Можно конечно бахнуть ядерным зарядом как в слойке ак.Сахарова. Но бахнуть самый первый плутоний можно только через такой подарок природы.

5) Еще со школы! Не могу врубиться в тайное-) Но звучит красиво "не размер ли уж дифракционной решетки имеете в виду" -)

(Валюня @ 02.04.2014 - время: 19:58)
1) Какая слабая реактивность! За микросекунды происходит ядерный взрыв, а у вас на 40микросекунд 2,8кВт час...не иначе графитовых поглотителей напихали, да??

2) Черт его знает, но "более 5,00 Гр (более 500 Бэр)— крайне тяжелая форма лучевой болезни, через 15 мин. неукротимая рвота с кровью, потеря сознания, понос, непроходимость кишечника.....А у вас 2100Бэр - физику поплохело...Но главное почему такой объем радиации без физических эффектов "подпрыгивающей крышки кипящего чайника" - то есть верхняя полусфера преспокойно лежит себе греется и не колышется, собираясь расплавиться и стечь в подвал...Это нормально? Так и должно быть?

3)в ЧАЭС рабочее тело взрыва - вода. (по мнению тогдашнего директора Дятлова - даже водород). Но и здесь воздух с водяные парами, испарение металла в конце концов (где соприкосновение поверхностей)- всё это создаст или нет достаточного давления чтобы сбросить верх.полусферу???

4) Вы иначе не взорвете плутоний, кроме как превратить его комнатную дельта-фазу в альфу тем самым "обжатием". Все другие пути потребуют несуществующей на сегодняшний день хим.взрывчатки со скоростями более 10км.с. Можно конечно бахнуть ядерным зарядом как в слойке ак.Сахарова. Но бахнуть самый первый плутоний можно только через такой подарок природы.

5) Еще со школы! Не могу врубиться в тайное-) Но звучит красиво "не размер ли уж дифракционной решетки имеете в виду" -)
Да, ну и каша у вас.Давайте разбираться.
1. Вы опять путаете ВЗРЫВ и цепную реакцию. Еще раз повторяю, ни в одном исследовательском реакторе (критической сборке) взрывов не происходит. Точно так же не было взрыва в Лос-Аламосе, была лишь создана критичность, т.е. запущена цепная реакция, к тому же управляемая... отверткой.
2. Воздействие радиации при острой лучевой болезни (патогенез) определяется следующими факторами:
- радиационная токсемия - действие радиотоксинов и продуктов радиолиза воды на организм; лежит в основе клиники начального периода ОЛБ (симптомы интоксикации, самое быстрое воздействие, требующее десятков минут - часов)
- цитостатический эффект - потеря способности стволовых клеток к делению (отложенное действие - выраженное проявление требует нескольких часов - дней);
- радиационный капиллярит при облучении более 7 Гр - красно-коричневатая пигментация кожи (часы - дни)
- функциональные расстройства (нарушение нейрогуморальной регуляции ведет к развитию вегетативно-сосудистых кризов и требует нескольких дней - недель)
- склерозирование - замещение функциональной ткани органов на соединительную (недели - месяцы)
- малигнизация (следствие онкомутагенного влияния радиации - проявление через месяцы - годы)
Таким образом, наиболее быстрое проявления будет-таки от интоксикации продуктов распада клеток организма под воздействием радиации. Самое первое проявление - кислотность слюны под воздействием выброса кислоты из желудка, и в дальнейшем, рвота. Время проявления зависит от дозы и выносливости организма.

А теперь не поясните мне, в связи с ЧЕМ крышка должна подпрыгивать? На кастрюле с бульоном все ясно: генерация пара-создание избыточного давления-сброс крышки. А теперь положите два твердых вещества друг на друга и нагрейте их, неужто верхнее обязательно подпрыгнет???
3. Вполне возможно, что взорвался и водород, хотя для этого его сначала нужно наработать в достаточном количестве, а это требует времени. Большинство исследователей согласны, что это все же был тепловой взрыв от перегретого пара. Еще раз, положите две полусферы друг на друга так, что их площади опоры будут соприкасаться. ГДЕ тут запас воздуха, который может нагреться и расшириться? Насчет перехода металла в газообразное состояние - это вы, я надеюсь, пошутили.
4. Не буду спорить насчет ядерной бомбы, ибо не специалист, но мне искренне интересно, зачем для начала создавать себе трудности, переводя стабильную при низких температурах альфа-фазу в нестабильную дельта, чтобы потом создавать критмассу, которую вполне можно было бы создать и в альфа-фазе с чуть большим количеством плутония. Кстати, первые плутониевые бомбы использовали как раз альфа-модификации, просто потому, что еще не умели стабилизировать дельта-фазу при комнатной температуре.
5. Мало того, что звучит красиво, так еще и с резонансным захватом связано.