¿Cómo son los reflectores de neutrones lo suficientemente fuertes como para contener la explosión de una bomba? ¿O estoy malinterpretando cómo funcionan?

Answer 1

El propósito de los reflectores de neutrones es minimizar la pérdida de neutrones y aumentar la eficiencia de la reacción de fisión. Eso puede darle una reducción considerable en la masa crítica. No mantienen la bomba unida.

Como otros han mencionado, una reacción en cadena de fisión explosiva atraviesa muchas generaciones de fisión. Con cada generación, los átomos sufren fisión y liberan 2 o más neutrones que pueden desencadenar la fisión en átomos cercanos. Toma alrededor de 10 nanosegundos (0.01 microsegundos) por generación. [1]

Para una primera aproximación, estás viendo una duplicación del número de átomos de fisión para cada generación. Esto tiene algunas implicaciones importantes para la reacción en cadena.

Las primeras generaciones son críticas. Si se escapan demasiados neutrones, la reacción en cadena se esfumará. Los reflectores de neutrones evitan que esto suceda. Son más importantes en las primeras etapas del proceso.

Las últimas generaciones representan la mayor parte de la liberación de energía. En este punto, el flujo de neutrones es enorme, y no necesita preocuparse por no tener suficiente para mantener la reacción en cadena. En cambio, lo que detiene la reacción en cadena es el desmontaje : la dispersión del material de fisión en la explosión en curso. La fuerte manipulación alrededor del núcleo ralentiza el proceso de desmontaje solo un poco. Se está vaporizando, pero ese “vapor” es increíblemente denso, y su dispersión lleva un poco más de tiempo: fracciones de microsegundos. Esas fracciones de un microsegundo importan, porque incluso una o dos generaciones adicionales causan un enorme aumento en el rendimiento explosivo.

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[1] Los 10 nanosegundos nominales para una generación solían conocerse como un batido , como en el batido de la cola de un cordero. No sé si este término todavía se usa.

Answer 2

No son lo suficientemente fuertes. La resistencia del material no es relevante. El material ralentiza los neutrones y los refleja de nuevo a la masa crítica. Esto aumenta la eficiencia de la explosión al aumentar primero el número de neutrones disponibles en la reacción en cadena del material fisionable y, en segundo lugar, ralentizarlos, lo que permite más generaciones de reacción en cadena.

Una explosión nuclear típica atraviesa 80 generaciones de neutrones que dividen átomos. Sin embargo, el 99.9% de la energía liberada ocurre en las últimas diez generaciones. Al reducir la velocidad de los neutrones y reflejar los neutrones nuevamente en la masa crítica, estas últimas diez generaciones que suceden … suceden con una liberación de energía mucho mayor, y luego la bomba se vaporiza en solo .0000008 segundos y la fisión termina.

Answer 3

La fuerza no es suficiente para contenerlo por mucho tiempo, pero los nanosegundos importan en una situación crítica inmediata. Es la diferencia entre permanecer juntos solo debajo de la porción externa del pozo y permanecer coherente con un pozo vaporizado sostenido por quizás una pared de 2000 psi.

El plutonio (el hoyo típico) hierve a 3500 K; El desmontaje real y la explosión es por la vaporización del pozo. Esto requiere alrededor de 1800 julios por gramo. El centro del pozo se vaporiza antes de que la pared exterior del tamper se haya derretido.

Un arma nuclear típica, digamos un equivalente de 200 kT tnt, libera 8e14 julios de energía en menos de un microsegundo. Esto es lo mismo que una gran central nuclear funcionando durante varios días. La reacción comienza en un par de miles de neutrones de una fuente de neutrones. y termina haciendo alrededor de 3e25 fisiones; (Sorprendentemente, la fusión agrega poco a la energía, la energía proviene principalmente de fisión adicionales). Esto toma alrededor de 75 duplicaciones (que se aceleran por la reacción termonuclear en el deuteruro de litio), y con un tiempo de tránsito de aproximadamente 3 ns para que un neutrón rápido cruce una esfera de 10 cm, obtienes el tiempo total: 3 * 75 es alrededor de 250 ns. Sin embargo, para pasar de una explosión Nagasaki de 12 kT a los modernos 200 kT, el dispositivo solo necesita permanecer unido durante otros 5 ciclos … o 5 ciclos deben duplicarse más rápido. Hazlo durante 10 ciclos, y el dispositivo en el rango de megatones.

La fisión rápida en una manipulación de uranio es en realidad una ayuda adicional para el desmontaje. El efecto neto de un dispositivo de fisión / fusión / fisión es acelerar varios de los ciclos al rango de 1 ns, debido a las reacciones Li-> 3H, 3H + 2H-> He + n.

Además, las propiedades reflectantes de la pared, por ejemplo, si usaron una capa de berilio fuera del tamper, solo permiten un hoyo más pequeño; El único efecto que necesita para que una bomba funcione es alcanzar una pronta supercrítica lo suficientemente larga. Una esfera reflejada de Pu239 tiene una masa crítica de aproximadamente el 60% de la esfera desnuda, pero el dispositivo es realmente más grande ya que el reflector ocupa más espacio que simplemente agregar más plutonio.

Answer 4

Como no soy ingeniero nuclear, lo explicaré tal como lo entiendo, pero alguien puede corregirme si me equivoco.

Los reflectores de neutrones hacen exactamente eso, retrasan la detonación al reflejar los neutrones de regreso al núcleo para mantener una masa crítica más larga, mejorando así el tamaño de la detonación. Solo tiene que suceder para fracciones de milisegundos (no lo recuerdo, pero hay un término especial).

Si los neutrones escapan muy pronto, no hay suficientes dentro de la masa crítica que choca entre sí, esto puede causar una detonación más pequeña o una efervescencia.

Un período de tiempo más largo para que los neutrones choquen entre sí y dividan los resultados es una mayor liberación de energía.