Про "Кузькину мать" и её родословную
mikle1 напомнил, что сегодня - годовщина успешного испытания первого термоядерного устройства РДС-6с. Увы, mikle1 сильно спрямляет историю советского ядерного проекта, выводя родословную "Кузькиной матери" или "Царь-бомбы" от изделия РДС-6с ("слойки"). Строго говоря, "слойка" не является настоящим двухступенчатым термоядерным устройством; такое устройство (РДС-37) было испытано 22 ноября 1955 года и родословная "Кузькиной матери" идет от РДС-37. Да и роль А.Д. Сахарова как Отца и Гения mikle1 все же слегка преувеличивает.
Тем не менее, можно сказать, что испытание РДС-6с имело большое значение, но тут важно понимать, какие были альтернативы "слойке" на тот момент. А они были довольно призрачными. Советские ученые, как за несколько лет до этого, зациклились на конструкции, которая в США называлась "классический Супер", а у нас - "труба". Грубо говоря, идея состояла в том, чтобы поджечь термоядерную реакцию в жидком дейтерии ядерным взрывом, который играл, по тогдашним представлениям, роль детонатора. В СССР параллельно с РДС-6с разрабатывалось устройство РДС-6т (индекс "т" означал "труба", индекс "с" - слойка). Проблема состояла в том, что никто не мог ничего сказать о том, будет ли "труба" работоспособной. Оценки давали большой разброс и согласно одним она была работоспособной, согласно другим - нет. Кроме того, все сильно менялось в зависимости от геометрии и других параметров.
Убедиться в тупиковости идеи "трубы" и в невозможности термоядерного взрыва в жидком дейтерии нормальной плотности стало возможным лишь после двухлетней работы (1952-1954) специальной исследовательской группы, которая работала в г. Обнинске параллельно с основной группой в Арзамасе-16. Об этом эпизоде мало кто слышал: насколько я понимаю, результаты работы этой группы были опубликованы в открытой печати совсем недавно, около 2 лет назад
В состав обнинской группы входило около 10 физиков и 10 математиков. Группу сначала возглавлял Д.И.Блохинцев, а затем А.С. Давыдов. Кроме того, в группу входило около 50 лаборантов-вычислителей, которые выполняли численные расчеты на электромеханических счетных машинах "Мерседес" и "Рейнметалл".
Группа выполнила численное решение уравнений гидродинамики с учетом электронной теплопроводности, переноса излучения и выделения энергии термоядерными реакциями. Передполагалось, что в центре сферы из жидкого дейтерия нормальной плотности массой 700 кг, находится ядерный заряд небольшой мощности, окруженный сферическим слоем дейтерий-тритиевой смеси с массой 4.5 кг. Смесь нужна была, так сказать, для растопки - температура зажигания термоядерной реакции в дейтерий-тритиевой смеси гораздо ниже, чем в чистом дейтерии.
Результаты расчетов оказались сугубо отрицательными - суммарное энерговыделение системы оказалось 400 килотонн, причем большая часть его приходилась на дейтерий-тритиевую смесь. Если же дейтерий бы полностью прогорел, то оно должно было быть около 60 Мегатонн.
Причины столь обескураживающего результата и выясняла обнинская группа. В результате численных расчетов выяснилось, что происходит лучистое охлаждение зоны термоядерного горения за счет тормозного излучения и обратного Комптон-эффекта. Первый эффект состоит в том, что при столкновениях с ядрами электроны тормозятся и при торможении испускают фотоны, которые имеют большую длину свободного пробега и уносят энергию из зоны горения. Второй эффект хитрее. Собственно, Комптон-эффект состоит в рассеянии фотонов больших энергий на электронах, при этом фотон теряет энергию, а электрон - приобретает. Обратный Комптон-эффект же происходит в противоположных условиях - когда электроны с большой энергией рассеиваются на фотонах и передают им энергию. При этом длина свободного пробега фотонов увеличивается и фотоны уносят энергию за пределы зоны горения. Легче всего обратный Комптон-эффект представить,если перейти в систему отсчета, в которой электрон покоится.
Чтобы избежать негативного влияния этих эффектов, дейтерий нужно сжать. В более плотном веществе длина свободного пробега фотонов меньше и они уносят энергию из зоны горения не столь эффективно. Собственно, понимание этого обстоятельства и привело к созданию термоядерного оружия. Другое дело, что решение проблемы сжатия термоядерного топлива тоже достаточно нетривиально. Но это уже другая история. Понимание же важности лучистого охлаждения, связанного с тормозным излучением и обратным комптон-эффектом важно и для перспектив управлямых термоядерных реакциях. По-видимому, эти эффекты ставят крест на возможности создания термоядерных реакторов на чистом дейтерии или смеси дейтерий-гелий-3, во всяком случае реакторов с магнитным удержанием плазмы. В этих реакторах плотность плазмы очень мала, и фотоны будут легко покидать зону реакции в результате тормозного излучения и обратного Комптон-эффекта.
Тем не менее, можно сказать, что испытание РДС-6с имело большое значение, но тут важно понимать, какие были альтернативы "слойке" на тот момент. А они были довольно призрачными. Советские ученые, как за несколько лет до этого, зациклились на конструкции, которая в США называлась "классический Супер", а у нас - "труба". Грубо говоря, идея состояла в том, чтобы поджечь термоядерную реакцию в жидком дейтерии ядерным взрывом, который играл, по тогдашним представлениям, роль детонатора. В СССР параллельно с РДС-6с разрабатывалось устройство РДС-6т (индекс "т" означал "труба", индекс "с" - слойка). Проблема состояла в том, что никто не мог ничего сказать о том, будет ли "труба" работоспособной. Оценки давали большой разброс и согласно одним она была работоспособной, согласно другим - нет. Кроме того, все сильно менялось в зависимости от геометрии и других параметров.
Убедиться в тупиковости идеи "трубы" и в невозможности термоядерного взрыва в жидком дейтерии нормальной плотности стало возможным лишь после двухлетней работы (1952-1954) специальной исследовательской группы, которая работала в г. Обнинске параллельно с основной группой в Арзамасе-16. Об этом эпизоде мало кто слышал: насколько я понимаю, результаты работы этой группы были опубликованы в открытой печати совсем недавно, около 2 лет назад
В состав обнинской группы входило около 10 физиков и 10 математиков. Группу сначала возглавлял Д.И.Блохинцев, а затем А.С. Давыдов. Кроме того, в группу входило около 50 лаборантов-вычислителей, которые выполняли численные расчеты на электромеханических счетных машинах "Мерседес" и "Рейнметалл".
Группа выполнила численное решение уравнений гидродинамики с учетом электронной теплопроводности, переноса излучения и выделения энергии термоядерными реакциями. Передполагалось, что в центре сферы из жидкого дейтерия нормальной плотности массой 700 кг, находится ядерный заряд небольшой мощности, окруженный сферическим слоем дейтерий-тритиевой смеси с массой 4.5 кг. Смесь нужна была, так сказать, для растопки - температура зажигания термоядерной реакции в дейтерий-тритиевой смеси гораздо ниже, чем в чистом дейтерии.
Результаты расчетов оказались сугубо отрицательными - суммарное энерговыделение системы оказалось 400 килотонн, причем большая часть его приходилась на дейтерий-тритиевую смесь. Если же дейтерий бы полностью прогорел, то оно должно было быть около 60 Мегатонн.
Причины столь обескураживающего результата и выясняла обнинская группа. В результате численных расчетов выяснилось, что происходит лучистое охлаждение зоны термоядерного горения за счет тормозного излучения и обратного Комптон-эффекта. Первый эффект состоит в том, что при столкновениях с ядрами электроны тормозятся и при торможении испускают фотоны, которые имеют большую длину свободного пробега и уносят энергию из зоны горения. Второй эффект хитрее. Собственно, Комптон-эффект состоит в рассеянии фотонов больших энергий на электронах, при этом фотон теряет энергию, а электрон - приобретает. Обратный Комптон-эффект же происходит в противоположных условиях - когда электроны с большой энергией рассеиваются на фотонах и передают им энергию. При этом длина свободного пробега фотонов увеличивается и фотоны уносят энергию за пределы зоны горения. Легче всего обратный Комптон-эффект представить,если перейти в систему отсчета, в которой электрон покоится.
Чтобы избежать негативного влияния этих эффектов, дейтерий нужно сжать. В более плотном веществе длина свободного пробега фотонов меньше и они уносят энергию из зоны горения не столь эффективно. Собственно, понимание этого обстоятельства и привело к созданию термоядерного оружия. Другое дело, что решение проблемы сжатия термоядерного топлива тоже достаточно нетривиально. Но это уже другая история. Понимание же важности лучистого охлаждения, связанного с тормозным излучением и обратным комптон-эффектом важно и для перспектив управлямых термоядерных реакциях. По-видимому, эти эффекты ставят крест на возможности создания термоядерных реакторов на чистом дейтерии или смеси дейтерий-гелий-3, во всяком случае реакторов с магнитным удержанием плазмы. В этих реакторах плотность плазмы очень мала, и фотоны будут легко покидать зону реакции в результате тормозного излучения и обратного Комптон-эффекта.