Из отчета 3 В.Л. Гинзбурга «1. Использование Li6D в "слойке". 2. Влияние взаимодействия между ядрами урана в "слойке"»
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».
Введение
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
1 = 2 = 3 = 24, (5)
где 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 23 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).