3 марта 1949 г.[2]
Сов. секретно
(Особая папка)
Экз. № 1
Указывается на преимущества, связанные с использованием в «слойке» в качестве дейтеросодержащего вещества Li6D. При этом в результате реакции Li63 + n10 → He42 + H31 возникает тритий H31 = Ŧ, который в результате реакций D + Ŧ → He42 + n и Ŧ + Ŧ → He42 + 2n дает нейтроны, делящие уран.
В результате использования Li63D калорийность «слойки» повышается в 2,9 раза по сравнению со случаем, когда используется D2O.
В отчете обсуждается вопрос об использовании Li6, а также некоторые другие вопросы, связанные с работой «слойки».
С точки зрения проблемы инициирования взрыва в «слойке», а также в связи со стремлением увеличить эффект взрыва очень важное значение имеет калорийность «слойки». Под калорийностью при этом, естественно, принимается энергия, выделяющаяся при сгорании всего дейтерия (мы будем пользоваться далее величиной К0 — калорийностью в МэВ, рассчитанной на одно ядро дейтерия). А.Д. Сахаров в С2[3] вычислил калорийность «слойки» в вариантах A и B. В варианте A учитываются лишь первичные реакции
D + D → He43 + n + 3,98 МэВ; (1)
D + D → H31 + p + 3,3 МэВ, (2)
а также последующее деление урана нейтронами и прилипание нейтронов к ядрам. При этом К0A = 12,4 МэВ. В варианте B учитываются также вторичные реакции (H31 = Ŧ):
D + Ŧ → He42 + n + 17,7 МэВ; (3)
Ŧ + Ŧ → He42 + 2n + 11,6 МэВ. (4)
При этом предполагается, что
<σv>1 = <σv>2 = <σv>3 = 2<σv>4, (5)
где <σv> — среднее значение произведения сечения σ на относительную скорость сталкивающихся частиц v для реакции (i). В варианте B К0B = 22,5 МэВ.
Предварительные расчеты А.Д. Сахарова показали, что минимальное количество плутония или U235, необходимое для инициирования детонации «слойки», сильно зависит от калорийности «слойки» K0 и при некоторых предположениях пропорционально 1/K03. В этой связи, как уже было указано, приобретает большой интерес изыскание всяких возможностей максимально повысить калорийность «слойки».
Большой вклад вторичных реакций (3)—(4) в калорийность «слойки» связан с тем, что быстрые нейтроны, образующиеся при этих реакциях, эффективно делят ядра урана. Достаточно сказать, что суммарное энерговыделение на одну реакцию (1) в сумме с одной реакцией (2) равно ε1,2 = 42,9 МэВ, в то время как выделение на одну реакцию (3) равно ε3 = 117,4 МэВ и на одну реакцию (4) ε4 = 93,2 МэВ (см. (2)). Отсюда ясно, что, повышая удельный вес реакций (3)—(4), можно существенно повысить калорийность «слойки». Самый простой, в принципе, метод повышения роли реакций (3)—(4) состоит в замене части дейтерия в «слойке» тритием. Если, например, полностью заменить дейтерий тритием и использовать, таким образом, лишь реакцию (4), то K0 = 48 МэВ, т.е. калорийность возрастает примерно в 2 раза по сравнению с вариантом B. Использование смеси 50% D + 50% Ŧ несколько более выгодно, но выигрыш в калорийности по сравнению с вариантом B не превосходит 3 раз (в смеси D и Ŧ калорийность разумно относить на одно ядро смеси дейтерия и трития). Повышение калорийности в 2—3 раза уже весьма существенно, но использование трития в «слойке» весьма затруднительно ввиду его радиоактивности (реакция H31 → He32 + β— идет с периодом полураспада Ŧ[дел] = 10 ± 2 года). Радиоактивность трития исключительно велика, время жизни настолько мало, что создание больших запасов Ŧ затруднительно и, наконец, получение трития также весьма сложно и дорого.
Можно, однако, добиться такого же повышения калорийности «слойки», как при замене всего или части дейтерия тритием, используя в качестве дейтеросодержащего вещества Li6D вместо D2O или дейтероэтана. Дело в том, что Li63 энергично захватывает нейтроны в результате реакции
Li63 + n → He42 + H31 + 4,97 МэВ, (6)
при которой образуется тритий H31 = Ŧ.
Таким образом, в «слойке» из Li6DU238 первичными являются реакции (1)—(2), при которых образуются нейтрон и тритий. Нейтроны делят U238 или в результате реакции (6) опять дают тритий. Тритий в результате реакций (3)—(4) дает нейтроны, делящие уран и дающие тритий же по реакции (6), и т.д. Вычисление калорийности «слойки» Li6DU приводит, как показано в § 1, к значению K0 = 65,3 МэВ, т.е. получается выигрыш по сравнению с вариантом B в 2,9 раза. Изотоп Li6 содержится в природном литии в количестве 7,5% (остальное составляет Li7). Получение чистого или сильно обогащенного Li6 является задачей сравнительно нетрудной (содержание Li6 в Li в 10 раз выше содержания U235 в U238, и в то же время относительная разность атомных весов изотопов лития равна ~1/7, а изотопов урана равна ~1/80).
Кроме реакции (6), известна также еще одна экзотермическая реакция такого тока:
B105 + n → 2He42 + H31 + 0,288 МэВ. (7)
Однако с этой реакцией конкурирует известная реакция B105 + n → Li73 + He42 + 2,8 МэВ, идущая, по-видимому, с гораздо большим сечением, чем реакция (7) (сечение для (7) нам обнаружить в литературе не удалось; приведенные значения теплоты реакции вычислены из значений масс ядер по таблице, помещенной в книге К. Гудмена «Научные основы ядерной энергетики»). Наличие более вероятной конкурирующей реакции делает применение бора вместо лития невыгодным, несмотря на то что изотоп B10 содержится в природном боре в количестве 18,4%.
Калорийность «слойки» Li6DU достигает 1/4 калорийности плутония.
В ториевой «слойке», в которой U заменен на Th, относительная роль реакций (3)—(4) еще выше, чем в урановой «слойке». В этом случае в варианте B K0 = 10,6 МэВ, а в случае использования Li6D K0 ~30, т.е. выше калорийности урановой «слойки» без Li6D в варианте B.
[…][4]
(…)
05/II 49 г.
В. Гинзбург
ВНИИЭФ. Библиотека отчетов, инв. № 4079. Подлинник.