Минимальная атомная бомба сдерживания для Мумбо-Юмбо.
Предуведомление: данный текст полностью вымышлен в плане геополитики. Нет на планете страны Мумбо-Юмбо и диктатора Хусимбы. Но все остальное (несмотря на конспективную схематичность) имеет ясное физическое и экономическое отношение к реальности. Так что, на фоне стремительно растущего числа политических режимов, открыто или тайно относящихся к «ядерному клубу», есть над чем задуматься. Какие события ждут нас в случае развития похожего сценария где-либо в Четвертом мире?..
...Маленькая африканская страна Мумбо-Юмбо на берегу океана находится в состоянии внешнеполитического кризиса. Международное сообщество возмущено тем, что народ Мумбо-Юмбо (четверть миллиона негров) живут в среднем на 500 долларов в год.
Остальное (около 100 миллионов долларов в год) присваивает диктатор Хусимба. Если честно, то проблема в нежелании Хусимбы давать Всемирной Ассоциации Фастфуда монопольное право добычи креветок в мумбоюмбонской акватории. Но так или иначе, маленькую страну ждет вторжение международных освободителей-демократизаторов, которые сменят режим, триумфально посадят диктатора Хусимбу в тюрьму, и заберут креветочные отмели. Ситуация безвыходная. Хусимбе нечего терять, и он идет ва-банк: начинает разработку ядерного оружия. Без лишней огласки, разумеется.
Тут, как бы, можно смеяться: какое ядерное оружие при таких ресурсах? Но, азартные западные университетские консультанты, возжелавшие приз: 10 миллионов долларов наличными на рыло (без налогов) решают попробовать - чем черт не шутит?
Для начала, эти консультанты, ученые-авантюристы, составляется таблицу исходных данных об актуальных для них ценах на мировом рынке:
Торий (природный Th-232) - около 70 долларов за килограмм.
Уран (природный 99.3% U-238 и 0.7% U-235) - около 50 долларов за килограмм.
Уран топливный (обогащенный до 4% U-235) - около 2000 долларов за килограмм.
Тяжелая вода (концентрированная D2O) - около 300 долларов за килограмм.
Простой нейтронный плазменный источник - около 3000 долларов.
Мощный нейтронный источника на фемтосекундном лазере - около 80.000 долларов.
Для чего эта таблица?
Задача ученых-авантюристов получить минимальную атомную бомбу, не привлекая внимания посторонних. Будь у них высокообогащенный (>90% U-235), такая задача решалась бы легко. Всего 0.8 килограмма U-235 в виде соли, смешанного в емкости примерно сферической формы с тяжелой водой (замедлителем нейтронов) образуют критическую массу. Иначе говоря: там начинается цепная реакция и взрыв.
Но высокообогащенный уран - серьезно контролируемый товар. Конечно, его можно приобрести на черном рынке, но это очень дорого, и вероятна утечка информации. В принципе, и топливный уран контролируется, но слабо, и этим можно пренебречь.
Пояснение:
В обыкновенной атомной бомбе, по традиции, заложенной еще в 1945-м, применяют металлические делящиеся материалы: высокообогащенный уран (>90% U-235), либо плутоний (Pu-239), получаемый в реакторе из «балластного» U-238, путем облучения нейтронами, либо легкий изотоп U-233, тоже получаемый в реакторе из специально добавленного природного тория (Th-232), тоже путем облучения нейтронами. В этом металлическом варианте, критические массы совсем другого порядка:
U-235 - 50 кг.
U-233 - 15 кг.
Pu-239 - 11 кг.
Дело в том, что в металле, быстрые нейтроны от деления ядер в основном теряются - попросту улетают, не успев вступить в реакцию со следующими ядрами.
Иное дело - если делящийся материал распределен в хорошем замедлителе (таковым является, например, тяжелая вода). Нейтроны теряют скорость при столкновениях с легкими ядрами, становятся из быстрых - тепловыми, и захватываются следующими тяжелыми ядрами делящегося материала. Эти ядра делятся, и возникает лавина…
При участии тяжеловодного замедлителя, критические массы примерно такие:
U-235 - 0.8 кг.
U-233 - 0.5 кг.
Pu-239 - 0.5 кг.
Еще пояснение:
Почему «великие атомные державы» применяют не этот экономичный вариант бомбы, а предельно расточительный «металлический» вариант? Ответ:
Во-первых, взрыв получается значительно сильнее из-за быстрого развития процесса. В бомбе с тяжеловодным замедлителем процесс медленнее, и бомба разрушается еще до вовлечения значительной массы делящегося материала в ядерную реакцию.
Во-вторых, лидеров «великих держав» никогда не волновала цена их военных игрушек. Платят ведь не они, а их подданные. Наплевать, они потерпят. Будут меньше кушать.
В Мумбо-Юмбо платит тоже не диктатор Хусимба, а подданные. Но у них и так почти нечего кушать, и брать с них нечего. Поэтому Хусимбе придется экономить на бомбе.
Итак: 0.8 килограмма U-253, смешанного с тяжелой водой.
Если применять топливный уран, то понадобится больше чем 20 килограммов.
Если применять природный уран, то понадобится больше чем 114 килограммов
Больше - потому что большой объем будет заполнен «балластным» U-238.
Вопрос: насколько больше решен в Германии в 1942 году Вернером Гейзенбергом.
«Урановая Машина Гейзенберга» (УМГ) - алюминиевый сферический аквариум, где размещено 140 литров тяжелой воды, и 570 килограммов природного урана. Чтобы запустить цепную реакцию в УМГ потребовался еще инициирующий нейтронный источник запуска цепной реакции (Гейзенберг брал капсулу из бериллия с радием).
Компоновка была не очень удачная. В частности, применялся металлический уран - химически активное вещество, требующее изоляции от воды - замедлителя. Так что делящийся материал распределялся в замедлителе крайне равномерно. Применение урановой соли вместо металла дает безопасность и равномерность распределения.
Источник инициирующих нейтронов тоже был не очень удачный.
Но, все же, цепная реакция была зафиксирована, так что проще, даже с учетов всех очевидных модернизаций УМГ, проще будет ориентироваться на ее загрузки.
Цена вопроса в долларах: 35.000 за тяжелую воду, 28.500 за уран, и 3000 за дешевый нейтронный источник. Еще 2000 положим на аквариум и электрику.
Итого: 68.500 долларов.
Очень экономично. На миллион долларов можно собрать 14 таких УМГ
Но насколько серьезный взрыв будет у такой машинки (назовем ее УМГ-0)?
Иначе говоря - сколько урана успеет прореагировать за время, пока тепловыделение ядерной реакции не поднимет давление настолько, что машинку разорвет на части?
Тепловой взрыв в июне 1942-го (судя по разрушениям) был порядка тонны ТЭ.
Теперь немного расчетов:
1 тонна ТЭ приблизительно равна 4200 Мега-джоулей (4.2*10^9 Дж)
Деление одного ядра U-235 это 202,5 МэВ, или 3,244*10^-11 Дж
Грубо говоря, в УМГ-0 произошло деление примерно 1.3*10^20 ядер.
В пересчете на привычные единицы массы, это 0.2 миллиграмма U-235
Если бы удалось удержать смесь в течение примерно миллисекунды, то следующие деления (т.н. поколения нейтронов) дали бы результат на 1 - 2 порядка выше.
Какие действия могут предпринять ученые-авантюристы, консультанты Хусимбы?
Идея-1: более прочная оболочка. Такая УМГ-1 обеспечит взрыв более 10 тонн ТЭ. Не забудем, что она, к тому же, разбросает вокруг пыль высокорадиоактивного шлака.
Идея-2: применить не природный, а топливный уран.
В такой УМГ-2 потребуется порядка 100 кг топливного урана, а цена УМГ-2 вырастет примерно до 250 тысяч долларов.
Идея-3: использовать, все же, природный уран, создав режим накопления делящегося материала перед лавинным взрывом. Можно рассчитать такой стартовый режим, при котором в течение некоторого времени (например, нескольких часов) УМГ-3 будет в состоянии коэффциента размножения нейтронов около единицы, нарабатывать внутри активной зоны плутоний (Pu-239) из «балластного» урана (U-238).
Идея-4: то же, что в идее-3, но с добавкой тория в будущую активную зону. Тогда за несколько часов стартового режима УМГ-4 будет нарабатывать легкий уран (U-233).
Идея-5: то же, что в идее-1, но с более мощным инициирующим источником (вместо дешевого плазменного источника - дорогой на фемтосекундном лазере). Да, УМГ-5 получится вдвое дороже, чем УМГ-0, но фемтосекнудный лазерный источник может «накачивать» в активную зону порядка 10^14 нейтронов за секунду. Сократится время рождения первых поколений делящихся ядер, и повысится энергия взрыва в финале.
Далее (рассуждая за ученых-авантюристов) можно изобретать различные гибридные варианты идей УМГ. На выходе, вероятно, получается машинка размером с бытовой холодильник, весом около тонны, и энергией взрыва около 100 тонн ТЭ.
Цена за единицу будет от 100 до 250 тысяч долларов приблизительно.
Вот, диктатор Хусимба глядит на образец машинки, и задумчиво говорит:
«Вы хорошо поработали, ребята, и я почти счастлив получить эту УМГ-100. Меня неиллюзорно радует возможность угрожать цивилизованному человечеству взрывом примерно 100 тонн в тротиловом эквиваленте, который еще загадит всю территорию разлета осколков - это около мили в радиусе, крайне опасными изотопами. Но, черт побери: как послать этот грешный атомный холодильник на целевую территорию?».
Итак, мы приходим к проблеме средств доставки.
К счастью для диктатора Хусимбы и к несчастью для цивилизованного человечества, маленькая страна Мумбо-Юмбо лежит на берегу океана.
А еще в 2012 году китайский фермер Джан Уй из провинции Хубэй создал предельно простую мини-субмарину длиной 3,6 метра при ширине 1,8 и высоте 1,3 метра. Лодка способна идти на глубине 30 метров со скоростью до 20 км/ч. Цена этого транспорта составляет при кустарной сборке 100 тысяч юаней (около 15.000 долларов). В нее как нарочно помещается именно такой «грешный атомный холодильник» (УМГ-100).
Сразу вопрос: до цивилизованного человечества примерно 5000 километров (это при заявленной скорости 250 часов пути, грубо говоря, 10 дней). Хватит ли запаса хода у китайской фермерской мини-субмарины?
Вопрос легко решается, если в УМГ-100 реализованы идея-3 и/или идея-4. Процесс медленной наработки дополнительного делящегося материала будет сопровождаться выделением значительной теплоты, намного больше, чем надо для работы предельно простого и неубиваемо-надежного двигателя Стирлинга на мини-субмарине.
Лодка беспилотная, микропроцессор-автопилот, защищенный свинцовой оболочкой, медленно и печально доведет ее до целевого порта, а затем включит инициирующий источник нейтронов на полную мощность. Бум! (как говорят в боевиках Голливуда в соответствующий момент развития сюжета).
Подводим приблизительный итог.
За 100 миллионов долларов (отнятых в прошлом году у полунищих мумбоюмбонов) диктатор Хусимба становится обладателем флота из трехсот мини-субмарин. Каждая заряжена примитивной урановой машинкой с эквивалентом 100 тонн по тротилу, и с прогнозируемым выбросом более полтонны высокорадиоактивной шлаковой пыли.
Проводится демонстрационный тест - в бухте какого-нибудь необитаемого и никому вообще не нужного необитаемого острова. Бум! Можно осмотреть последствия.
Объявляется меморандум (через официальный youtube-канал страны Мумбо-Юмбо).
Текст простой, насчет готовности народа Мумбо-Юмбо, в прошлом сбросившего иго белых колонизаторов, защитить свою независимость и свои креветочные отмели, без оглядки на последствия, потому что «Patria o muerte!» и все такое.
Что будет делать т.н. «международное мировое сообщество» в такой ситуации?
Какие слова прозвучат на Генеральной Ассамблее ООН?
Что предпримут «политические тяжеловесы» и глобальная финансовая олигархия?
Короче говоря: решится ли кто-то прихлопнуть режим Хусимбы, в условиях риска получить взрыв с такими параметрами в одном из своих ключевых портов?
Почему-то мне кажется, что не решится никто.
И к чему тогда приведет развитие сценария?
Скорее всего, режим Мумбо-Юмбо начнет получить «гуманитарную помощь», еще порядка сотни миллионов долларов в год (отступное за спокойствие). А глобальные политические институты постараются сделать вид. будто ничего не было.
Но, слухи поползут и хусимбизм, как политическая стратегия, начнет расширяться, в смысле: копироваться другими мелкими режимами-изгоями…
…Можно не продолжать - дальше уже справятся политические памфлетисты.
...Маленькая африканская страна Мумбо-Юмбо на берегу океана находится в состоянии внешнеполитического кризиса. Международное сообщество возмущено тем, что народ Мумбо-Юмбо (четверть миллиона негров) живут в среднем на 500 долларов в год.
Остальное (около 100 миллионов долларов в год) присваивает диктатор Хусимба. Если честно, то проблема в нежелании Хусимбы давать Всемирной Ассоциации Фастфуда монопольное право добычи креветок в мумбоюмбонской акватории. Но так или иначе, маленькую страну ждет вторжение международных освободителей-демократизаторов, которые сменят режим, триумфально посадят диктатора Хусимбу в тюрьму, и заберут креветочные отмели. Ситуация безвыходная. Хусимбе нечего терять, и он идет ва-банк: начинает разработку ядерного оружия. Без лишней огласки, разумеется.
Тут, как бы, можно смеяться: какое ядерное оружие при таких ресурсах? Но, азартные западные университетские консультанты, возжелавшие приз: 10 миллионов долларов наличными на рыло (без налогов) решают попробовать - чем черт не шутит?
Для начала, эти консультанты, ученые-авантюристы, составляется таблицу исходных данных об актуальных для них ценах на мировом рынке:
Торий (природный Th-232) - около 70 долларов за килограмм.
Уран (природный 99.3% U-238 и 0.7% U-235) - около 50 долларов за килограмм.
Уран топливный (обогащенный до 4% U-235) - около 2000 долларов за килограмм.
Тяжелая вода (концентрированная D2O) - около 300 долларов за килограмм.
Простой нейтронный плазменный источник - около 3000 долларов.
Мощный нейтронный источника на фемтосекундном лазере - около 80.000 долларов.
Для чего эта таблица?
Задача ученых-авантюристов получить минимальную атомную бомбу, не привлекая внимания посторонних. Будь у них высокообогащенный (>90% U-235), такая задача решалась бы легко. Всего 0.8 килограмма U-235 в виде соли, смешанного в емкости примерно сферической формы с тяжелой водой (замедлителем нейтронов) образуют критическую массу. Иначе говоря: там начинается цепная реакция и взрыв.
Но высокообогащенный уран - серьезно контролируемый товар. Конечно, его можно приобрести на черном рынке, но это очень дорого, и вероятна утечка информации. В принципе, и топливный уран контролируется, но слабо, и этим можно пренебречь.
Пояснение:
В обыкновенной атомной бомбе, по традиции, заложенной еще в 1945-м, применяют металлические делящиеся материалы: высокообогащенный уран (>90% U-235), либо плутоний (Pu-239), получаемый в реакторе из «балластного» U-238, путем облучения нейтронами, либо легкий изотоп U-233, тоже получаемый в реакторе из специально добавленного природного тория (Th-232), тоже путем облучения нейтронами. В этом металлическом варианте, критические массы совсем другого порядка:
U-235 - 50 кг.
U-233 - 15 кг.
Pu-239 - 11 кг.
Дело в том, что в металле, быстрые нейтроны от деления ядер в основном теряются - попросту улетают, не успев вступить в реакцию со следующими ядрами.
Иное дело - если делящийся материал распределен в хорошем замедлителе (таковым является, например, тяжелая вода). Нейтроны теряют скорость при столкновениях с легкими ядрами, становятся из быстрых - тепловыми, и захватываются следующими тяжелыми ядрами делящегося материала. Эти ядра делятся, и возникает лавина…
При участии тяжеловодного замедлителя, критические массы примерно такие:
U-235 - 0.8 кг.
U-233 - 0.5 кг.
Pu-239 - 0.5 кг.
Еще пояснение:
Почему «великие атомные державы» применяют не этот экономичный вариант бомбы, а предельно расточительный «металлический» вариант? Ответ:
Во-первых, взрыв получается значительно сильнее из-за быстрого развития процесса. В бомбе с тяжеловодным замедлителем процесс медленнее, и бомба разрушается еще до вовлечения значительной массы делящегося материала в ядерную реакцию.
Во-вторых, лидеров «великих держав» никогда не волновала цена их военных игрушек. Платят ведь не они, а их подданные. Наплевать, они потерпят. Будут меньше кушать.
В Мумбо-Юмбо платит тоже не диктатор Хусимба, а подданные. Но у них и так почти нечего кушать, и брать с них нечего. Поэтому Хусимбе придется экономить на бомбе.
Итак: 0.8 килограмма U-253, смешанного с тяжелой водой.
Если применять топливный уран, то понадобится больше чем 20 килограммов.
Если применять природный уран, то понадобится больше чем 114 килограммов
Больше - потому что большой объем будет заполнен «балластным» U-238.
Вопрос: насколько больше решен в Германии в 1942 году Вернером Гейзенбергом.
«Урановая Машина Гейзенберга» (УМГ) - алюминиевый сферический аквариум, где размещено 140 литров тяжелой воды, и 570 килограммов природного урана. Чтобы запустить цепную реакцию в УМГ потребовался еще инициирующий нейтронный источник запуска цепной реакции (Гейзенберг брал капсулу из бериллия с радием).
Компоновка была не очень удачная. В частности, применялся металлический уран - химически активное вещество, требующее изоляции от воды - замедлителя. Так что делящийся материал распределялся в замедлителе крайне равномерно. Применение урановой соли вместо металла дает безопасность и равномерность распределения.
Источник инициирующих нейтронов тоже был не очень удачный.
Но, все же, цепная реакция была зафиксирована, так что проще, даже с учетов всех очевидных модернизаций УМГ, проще будет ориентироваться на ее загрузки.
Цена вопроса в долларах: 35.000 за тяжелую воду, 28.500 за уран, и 3000 за дешевый нейтронный источник. Еще 2000 положим на аквариум и электрику.
Итого: 68.500 долларов.
Очень экономично. На миллион долларов можно собрать 14 таких УМГ
Но насколько серьезный взрыв будет у такой машинки (назовем ее УМГ-0)?
Иначе говоря - сколько урана успеет прореагировать за время, пока тепловыделение ядерной реакции не поднимет давление настолько, что машинку разорвет на части?
Тепловой взрыв в июне 1942-го (судя по разрушениям) был порядка тонны ТЭ.
Теперь немного расчетов:
1 тонна ТЭ приблизительно равна 4200 Мега-джоулей (4.2*10^9 Дж)
Деление одного ядра U-235 это 202,5 МэВ, или 3,244*10^-11 Дж
Грубо говоря, в УМГ-0 произошло деление примерно 1.3*10^20 ядер.
В пересчете на привычные единицы массы, это 0.2 миллиграмма U-235
Если бы удалось удержать смесь в течение примерно миллисекунды, то следующие деления (т.н. поколения нейтронов) дали бы результат на 1 - 2 порядка выше.
Какие действия могут предпринять ученые-авантюристы, консультанты Хусимбы?
Идея-1: более прочная оболочка. Такая УМГ-1 обеспечит взрыв более 10 тонн ТЭ. Не забудем, что она, к тому же, разбросает вокруг пыль высокорадиоактивного шлака.
Идея-2: применить не природный, а топливный уран.
В такой УМГ-2 потребуется порядка 100 кг топливного урана, а цена УМГ-2 вырастет примерно до 250 тысяч долларов.
Идея-3: использовать, все же, природный уран, создав режим накопления делящегося материала перед лавинным взрывом. Можно рассчитать такой стартовый режим, при котором в течение некоторого времени (например, нескольких часов) УМГ-3 будет в состоянии коэффциента размножения нейтронов около единицы, нарабатывать внутри активной зоны плутоний (Pu-239) из «балластного» урана (U-238).
Идея-4: то же, что в идее-3, но с добавкой тория в будущую активную зону. Тогда за несколько часов стартового режима УМГ-4 будет нарабатывать легкий уран (U-233).
Идея-5: то же, что в идее-1, но с более мощным инициирующим источником (вместо дешевого плазменного источника - дорогой на фемтосекундном лазере). Да, УМГ-5 получится вдвое дороже, чем УМГ-0, но фемтосекнудный лазерный источник может «накачивать» в активную зону порядка 10^14 нейтронов за секунду. Сократится время рождения первых поколений делящихся ядер, и повысится энергия взрыва в финале.
Далее (рассуждая за ученых-авантюристов) можно изобретать различные гибридные варианты идей УМГ. На выходе, вероятно, получается машинка размером с бытовой холодильник, весом около тонны, и энергией взрыва около 100 тонн ТЭ.
Цена за единицу будет от 100 до 250 тысяч долларов приблизительно.
Вот, диктатор Хусимба глядит на образец машинки, и задумчиво говорит:
«Вы хорошо поработали, ребята, и я почти счастлив получить эту УМГ-100. Меня неиллюзорно радует возможность угрожать цивилизованному человечеству взрывом примерно 100 тонн в тротиловом эквиваленте, который еще загадит всю территорию разлета осколков - это около мили в радиусе, крайне опасными изотопами. Но, черт побери: как послать этот грешный атомный холодильник на целевую территорию?».
Итак, мы приходим к проблеме средств доставки.
К счастью для диктатора Хусимбы и к несчастью для цивилизованного человечества, маленькая страна Мумбо-Юмбо лежит на берегу океана.
А еще в 2012 году китайский фермер Джан Уй из провинции Хубэй создал предельно простую мини-субмарину длиной 3,6 метра при ширине 1,8 и высоте 1,3 метра. Лодка способна идти на глубине 30 метров со скоростью до 20 км/ч. Цена этого транспорта составляет при кустарной сборке 100 тысяч юаней (около 15.000 долларов). В нее как нарочно помещается именно такой «грешный атомный холодильник» (УМГ-100).
Сразу вопрос: до цивилизованного человечества примерно 5000 километров (это при заявленной скорости 250 часов пути, грубо говоря, 10 дней). Хватит ли запаса хода у китайской фермерской мини-субмарины?
Вопрос легко решается, если в УМГ-100 реализованы идея-3 и/или идея-4. Процесс медленной наработки дополнительного делящегося материала будет сопровождаться выделением значительной теплоты, намного больше, чем надо для работы предельно простого и неубиваемо-надежного двигателя Стирлинга на мини-субмарине.
Лодка беспилотная, микропроцессор-автопилот, защищенный свинцовой оболочкой, медленно и печально доведет ее до целевого порта, а затем включит инициирующий источник нейтронов на полную мощность. Бум! (как говорят в боевиках Голливуда в соответствующий момент развития сюжета).
Подводим приблизительный итог.
За 100 миллионов долларов (отнятых в прошлом году у полунищих мумбоюмбонов) диктатор Хусимба становится обладателем флота из трехсот мини-субмарин. Каждая заряжена примитивной урановой машинкой с эквивалентом 100 тонн по тротилу, и с прогнозируемым выбросом более полтонны высокорадиоактивной шлаковой пыли.
Проводится демонстрационный тест - в бухте какого-нибудь необитаемого и никому вообще не нужного необитаемого острова. Бум! Можно осмотреть последствия.
Объявляется меморандум (через официальный youtube-канал страны Мумбо-Юмбо).
Текст простой, насчет готовности народа Мумбо-Юмбо, в прошлом сбросившего иго белых колонизаторов, защитить свою независимость и свои креветочные отмели, без оглядки на последствия, потому что «Patria o muerte!» и все такое.
Что будет делать т.н. «международное мировое сообщество» в такой ситуации?
Какие слова прозвучат на Генеральной Ассамблее ООН?
Что предпримут «политические тяжеловесы» и глобальная финансовая олигархия?
Короче говоря: решится ли кто-то прихлопнуть режим Хусимбы, в условиях риска получить взрыв с такими параметрами в одном из своих ключевых портов?
Почему-то мне кажется, что не решится никто.
И к чему тогда приведет развитие сценария?
Скорее всего, режим Мумбо-Юмбо начнет получить «гуманитарную помощь», еще порядка сотни миллионов долларов в год (отступное за спокойствие). А глобальные политические институты постараются сделать вид. будто ничего не было.
Но, слухи поползут и хусимбизм, как политическая стратегия, начнет расширяться, в смысле: копироваться другими мелкими режимами-изгоями…
…Можно не продолжать - дальше уже справятся политические памфлетисты.