Una bomba de hidrógeno está encerrada en una esfera de acero sólido. Si la bomba fuera detonada, ¿qué tan grueso debería ser el acero para contener completamente la explosión?

Answer 1

Una esfera de acero sólida en realidad no es un buen diseño para el confinamiento, es ineficiente.

Por un lado, transmite energía de choque de manera muy eficiente, por lo que una onda de choque muy intensa alcanzaría la superficie donde, cuando el acero comprimido por la onda de choque comienza a expandirse, crearía una tensión que despegaría una capa de acero del exterior, enviándola volador. Esta era una técnica utilizada para destruir tanques antes de que la armadura espaciada se volviera universal. Un proyectil HESH (cabeza de calabaza altamente explosiva) se “panquearía” en la superficie de la armadura, luego detonaría, y provocaría que el acero se despegue del interior a alta velocidad, cortando todo el interior.

El acero (como cualquier material sólido) puede absorber la mayor cantidad de energía al calentarse y sufrir cambios de fase, derritiéndose y luego vaporizándose. Para vaporizar un kg de acero requiere aproximadamente 2.4 MJ, el 11% es el calor de fusión (es decir, se absorbe a medida que se funde), el 14% es el calor de vaporización y el 75% se calienta desde la temperatura ambiente hasta 2860 C.

¡Por otro lado, la cantidad de energía que puede absorber como tensión elástica antes de fallar es de solo 60 J!

Por lo tanto, desea que la energía de la explosión se absorba vaporizando material y luego disipando la fuerza por expansión antes de intentar contener la nube de gas.

Los sistemas eficientes de contención de explosiones, diseñados para 10–100 kg de HE, por ejemplo, utilizan una gran masa de fuerza insignificante para absorber la energía que luego está contenida por una pared de contención mucho más ligera de la que sería necesaria si la fuerza explosiva se transfiriera directamente a ella.

Las pruebas subterráneas de explosivos nucleares confinan efectivamente la explosión nuclear con un material de (en muchos casos) material de resistencia despreciable (aluvión, por ejemplo). El suelo y la roca ordinarios son en realidad un medio eficaz de confinamiento, en parte porque no es una masa sólida como el acero. es poroso y se trabaja mucho en el material al compactarlo, y no transmite el impacto de manera eficiente.

Si se hiciera un sistema de contención de acero, se diseñaría como una serie de proyectiles con espacios de aire, esencialmente imitando el comportamiento de la roca porosa.

Answer 2

Los dispositivos termonucleares no tienen que estar encerrados en esferas de acero sólido para contener casi por completo una explosión. Desde 1963, los Estados Unidos y la ex URSS trasladaron todas sus pruebas a la clandestinidad. Mientras que el medio menos poroso como el acero, el suelo generalmente contenía estas explosiones a profundidades de 1,000 pies más o menos dependiendo del rendimiento.

Luego vino un Tratado de Prohibición de Pruebas Limitadas que limitó las pruebas subterráneas a aproximadamente 150KT. Pero antes de eso, la prueba nuclear subterránea más grande de EE. UU. Fue de 5 MT en AK (puede verificar la profundidad de la detonación del dispositivo en Wikipedia). Conocí al tipo que diseñó eso (era una ojiva ABM que hicieron alrededor de 3 docenas). Eso fue un par de K pies abajo. Finalmente, los gases finalmente se escapan diciendo mucho sobre la naturaleza del dispositivo. Una caja de acero podría ser más delgada si pudiera disipar el calor. Hay problemas de “acoplamiento” aquí. “Hacer trampa” fue considerado y estudiado.

El sitio de prueba de Nevada (NTS) es visible desde el espacio a plena vista de la indexación de Google Earth. Todo tipo de cráteres de subsidencia en todo el lugar (la mayoría de estos cráteres provienen de dispositivos <150 KT, y principalmente primarios y no secundarios), lo mismo que el equivalente ruso (también lo he visto claramente). Y, está abierto una vez al mes para tours; no se permiten fotos, no hay dispositivos de grabación, no se deben recopilar, y debe enviar una verificación de antecedentes por adelantado. También experimentos de excavación cuando se permitió la prueba atmosférica.

Answer 3

En lo que a mí respecta, no hay una respuesta real aquí, a menos que esté considerando un hipotético contenedor de acero de tamaño imposible de construir. Cuando se probó la primera bomba nuclear, hubo una gran angustia de que la bomba no detonase de manera nuclear y, por lo tanto, propagara material radiactivo por todo el sitio de prueba. Había un plan para colocarlo en un contenedor de acero de modo que si la bomba explotara como una explosión de bajo orden donde solo el TNT participara en el mecanismo de activación. El contenedor era enorme y cabía en un vagón de ferrocarril como una sola unidad. Esa bomba era un arma nuclear que es una bomba atómica con un poder destructivo de aproximadamente 13 kilotones de TNT. Nunca usaron ese contenedor y ahora se muestra en algún lugar como un artefacto de la era nuclear temprana. Las bombas de las que estamos hablando hoy están principalmente en el rango de TNT de 100,000 a un millón de toneladas. Son bombas termonucleares o H, y son mucho más intensas que cualquier cosa que los primeros científicos de bombas nucleares hubieran podido imaginar. Algunas armas que se transportan estratégicamente hoy en día tienen la capacidad de destruir hasta 20 megatones. Eso sería aproximadamente 2.000 veces el poder de las bombas originales utilizadas en 1945. Hace algunos años, Rusia detonó un gigante de 40 megatones en su vista de prueba en el corazón de Rusia. Si podría haber sido transportado y dejado caer con la tecnología de la aeronave que poseían en ese entonces era una serie de argumentos controvertidos que nunca se resolvieron realmente. Simplemente parecía ser una demostración que pensaron que necesitaban mostrar su destreza con estas armas. Por lo tanto, incluso si hiciera algunas determinaciones sobre el tamaño de la bomba, aún estaría dentro de la incapacidad de la especie humana para construir y usar para contener una explosión tan monstruosa y permanecer intacta. Estas explosiones alcanzan temperaturas iguales a la superficie del sol . Incluso un contenedor de acero grueso capaz de ser construido nunca podría contener esas temperaturas sin dejar de contener las presiones asociadas con una explosión de esa magnitud. Entonces es solo un punto mudo.

Answer 4

Bueno, dependería del tamaño de la bomba y la fuerza del acero. Las primeras explosiones subterráneas fueron menos de 600 pies y produjeron cierta liberación de material. Finalmente, el diseño del túnel (que colapsó antes de que la explosión se ventilara) terminó con explosiones contenidas alrededor de 150–300 metros. Aunque hubo mucha subsidencia.

Entonces, si proponemos un contenedor de granito como comparación (las pruebas subterráneas de EE. UU. Tenían una estructura mucho más blanda) con una resistencia de contención de 200MPa y acero con una resistencia de contención de 250–500MPa, podemos suponer que el mínimo estaría en algún lugar entre 75 metros en el lado bajo a cientos de metros o más en el lado alto para acero.

No hay matemáticas reales aquí. Esto se acaba de sacar de Wikipedia. Las explosiones subterráneas en los Estados Unidos fueron realmente pequeñas. Me encantaría ver una mejor respuesta.

Estas extrapolaciones se aplicarían a las armas de fisión más pequeñas. Las armas de fusión más grandes, no extrapolan.

Answer 5

La respuesta simple es que ningún dispositivo termonuclear construido con ninguna sustancia que actualmente tengamos la capacidad de producir en la Tierra, tenga la integridad estructural a las temperaturas extremas generadas por una detonación nuclear para contenerlo. El material del revestimiento, incluso si el acero fuera teóricamente lo suficientemente grueso como para evitar una ruptura inmediata del revestimiento, se derretiría, ya que el punto de fusión del acero es de alrededor de 1510 grados C ( 2750 ° F ). Sin embargo, el acero a menudo se derrite a unos 1370 grados C ( 2500 ° F ). Mientras que las temperaturas de una explosión nuclear alcanzan las del interior del sol, ¡aproximadamente 100,000,000 ° Celsius!

Answer 6

Serían cientos de metros de acero. Quizás un kilómetro entero. Tanto acero podría usar tanto mineral de hierro como el mundo produce en un mes entero.

Esto también depende de lo que contenga completamente significa. Los rayos gamma pasarán, incluso el 1% de una gran detonación de la bomba H sigue siendo un nivel masivo de energía gamma.

Los neutrinos también se filtrarían. Los neutrinos atraviesan toda la tierra y llegan al otro lado. Los detectores de neutrinos construidos en las profundidades subterráneas detectan neutrinos que provienen del otro lado de la tierra.

Si quieres contener los neutrinos, olvídalo.

Si quieres detener el 99.9999% de los rayos gamma, olvídate del acero, tendrás que profundizar en las rocas.

Todo lo demás se puede detener y contener.

Cuando se realiza una detonación de prueba subterránea, la superficie se evacua durante un buen radio. Puede ser 100% seguro a 10 km de distancia, pero no desea pararse justo encima de él, es posible que no muera, pero la exposición a rayos gamma puede provocar cáncer (incluso si no lo lastima de manera visible) .