?

Log in

No account? Create an account
Previous Entry Поделиться Next Entry
РДС-1, Mk.3. Галлий.
ordinary
pn64
Набрел на одну статью.

Заинтересовал вот этот график (плотность плутониево-галлиевого сплава как функция содержания галлия):



Ну и захотелось немножко посчитать.

Как пишут, ОЗ первых бомб представлял из себя полый шар, на поверхность которого наносился слой никеля.
Толщина слоя мне не известна; предположим, она была ~ 0.1 мм (как у первоначально применявшегося покрытия из серебра).
Предположив еще, что размеры плутониевых ядер даются тоже с точностью ~ 0.1 мм, в дальнейшем будем считать, что никелевого слоя просто нет.

Попробуем прикинуть состав сплава ядерного заряда РДС-1.

Масса и размеры заряда:
http://pfc-joker.livejournal.com/40663.html

Документ подретушировали, но у нас все ходы записаны:
"
а) заряд из плутония:
вес заряда 6403,39 граммов,
диаметр наружный 93 миллиметра,
диаметр внутренний 28 миллиметров;
"

Считаем.
Объем: V = 4/3 π  (R23 - R13) ~ 409.7 см3
Плотность: ρ = M / V = 15.631 г/см3

Из графика (прямая, отмеченная стрелочкой), получаем, что сплав содержал галлий в количестве ~ 5.24 атомных процентов. Это соответствует ~ 102 граммам.

То есть, из 6400 г ~ 6300 г - плутоний и 100 г - галлий.

Масса плутония удивительным образом совпадает с указанной вот в этом документе:
"
... с расчетом выпуска продукции: в 1948 г. - 10 килограммов, в том числе первые 6,3 килограмма - к 15 ноября 1948 г.
"

Занятно, не правда ли?

--------------------------

Теперь о "Толстяке".

"Gadget":


Есть якобы цитата из меморандума Гровса (18 июля 1945 г.):
"
The pit of these devices contained 6.2 kg of a delta-phase plutonium alloy. The mass was provided in a declassified memorandum written by Gen. Groves to the Sec. of War two days after the Trinity test. He describes the device and the results of the test and states that the explosion was created by "13 and a half pounds of plutonium".
"

Что интересно, ныне текст меморандума доступен в таком виде:
Удобочитаемый текст: www.atomicarchive.com/Docs/Trinity/Groves.shtml)

Как видим, отсутствуют 3 строки. - Возможно, как раз те, где "13 and a half pounds of plutonium".
То есть, документ вновь частично засекречен. Ну что ж, поверим автору статьи на слово.

Но, как говорится, доверяй, но проверяй.

13.5 фунтов это 453.59237 * 13.5 = 6123 г

Итак, вес.
Цифирь номер 1 - ОЗ Gadget'а состоял из ~ 6.1 кг плутония.
Цифирь номер 2 - Строчкой выше в этой же статье говорится о "6.2 кг плутониевого (дельта-фаза) сплава".

Размеры:
"The pit was a 9.0 cm sphere, solid except for an approximately 2.5 cm cavity in the center for the modulated neutron initiator."

Т.е., внешний диаметр 90 мм, внутренний 25 мм.

Источник номер 2:
"
8.1.1.1 The Pit Assembly
The heart of the pit assembly was the plutonium core whose fission in its compressed state would release the explosive energy of the bomb. The core contained 6.2 kg of a delta-phase plutonium-gallium alloy. The core was a 9.20 cm sphere, solid except for a 2.5 cm cavity in the center for the neutron initiator.
"

То есть, вес ядра - 6.2 кг.
внешний диаметр - 92 мм, внутренний - 25 мм.

Из всего этого делаем вывод, что вес плутония в заряде - 6.1 кг, галлия ~ (6.2 - 6.1 = 0.1 ) - 100 граммов.

Размеры.

Внутренний диаметр = 25 мм (других данных нет).

Внешний.
Посчитав плотность при D = 90 мм (указанный по ссылке 1) , получим ρ ~ 16.6 г/см3.

Такое значение плотности плутония в дельта-фазе не может быть получено ни при каком содержании галлия (если сплав достаточно однороден и не содержит  "вкраплений" плутония в альфа-фазе). - См. график.
То есть, "90 мм" - это неверный размер.

Таким образом, вроде оказывается, что ОЗ "Gadget" имел массу ~ 6200 г при внешнем диаметре 92 мм и внутреннем - 25 мм.

Но есть одно "но":

Посчитав плотность при этих "массогабаритах", получим ρ = 15.518 г/см3, что соответствует содержанию галлия 6.92 ат. %.

А по ссылке http://nuclearweaponarchive.org/Nwfaq/Nfaq8.html читаем:
"
The plutonium was stabilized in the low density delta phase (density 15.9) by alloying it with 3% gallium (by molar content, 0.8% by weight), but was otherwise of high purity.
"
То есть, "посчитанное" содержание галлия отличается от заявленного ("3%") более чем в 2 раза.

Что это означает?
Либо то, что технологии изготовления сплава в СССР и США были разными, либо, - что "известные" массогабариты ОЗ Mk.3 не совсем правдивы.

  • 1
Вот еще источник, который говорит об одном проценте (по весу) в Тринити - "Therefore, the remarkably stable
Pu-1 at. pct Ga alloy was selected for more intense scrutiny" (http://www.egr.msu.edu/~boehlert/GROUP/publications/03-327-Amet%20trans%20paper.pdf)

> Вот еще источник, который говорит об одном проценте (по весу) в Тринити - "Therefore, the remarkably stable
Pu-1 at. pct Ga alloy was selected for more intense scrutiny"

Насколько я понял, здесь идет речь об исследованиях сплава с содержанием Ga 1 атомный процент (~ 0.29 % по весу).

Да, конечно. Оказалось, что я перепутал проценты. В то же время, из фазовых диаграм не видно как 1 ат. процент сплав будет давать стабильную дельта фазу при комнатной температуре. А вот 1% по весу - будет.

Так или иначе, похоже, что сплав в Тринити и РДС-1 был немного разный. Интересно почему - это вроде бы нетривиальное отклонение от точной копии, которой РДС-1 вроде бы был.

>Так или иначе, похоже, что сплав в Тринити и РДС-1 был немного разный.

Надо бы, конечно, тщательно рассчитать ошибки, связанные с некоторой неопределенностью размеров.
Например, увеличение радиуса на h=0.1 мм (при плотности, скажем, 15.9 г/см^3) даст увеличение массы на ~ 4*pi*R^2*h*rho = 40 граммов.

Но в любом случае, мне кажется, можно считать установленным тот факт, что массы плутония в РДС-1 и Gadget были разными.

Предположим, Гровс округлил массу до полуфунта. То есть, максимальный вес мог составлять 13.75 * 453.59237 = 6237 г.

Это все равно существенно меньше 6300 г плутония в РДС-1. Особенно если вспомнить точность, с которой определен вес плутония в советской бомбе (0.01 г).

> Интересно почему - это вроде бы нетривиальное отклонение от точной копии, которой РДС-1 вроде бы был.

Так я к этому и клоню.
При полном копировании дизайна заряда каждый отдельный его элемент разрабатывали самостоятельно. А шпионские чертежи - учебник.


Edited at 2014-01-11 14:16 (UTC)

К сожалению, узнать вес плутония в Тринити так, чтобы надежно и с хорошей точностью, скорее всего не удастся. Можно у Wellersein'а спросить - у него что-то было на эту тему.

Интересный график!

По массе основного заряда Mk.3 есть ещё вот такой источник:

"Two accidental excursions occurred with the same core and were, in several respects, quite similar. The core consisted of two hemispheres of δ-phase plutonium coated with 5 mils of nickel. The total core mass was 6.2 kg; the density was about 15.7 g/cm^3."

(LA-13638, p. 74)

5 mils – это 1/200 дюйма = 0,125 мм, т.е. никелем действительно можно пренебречь.

> По массе основного заряда Mk.3 есть ещё вот такой источник:...

Спасибо!

> ...the density was about 15.7 g/cm^3."

Короче, с Mk.3 ничего не понятно.

  • 1