Si Pu-239 (plutonio) se hubiera utilizado en ‘Little Boy’ durante la Segunda Guerra Mundial, habría ‘fracasado’. Sin embargo, ¿cuál habría sido el rendimiento explosivo?

Answer 1

Esto enlaza con su pregunta (¡muy interesante!) Con respecto a la cantidad de dispositivos (completos o parcialmente completos) que existían cuando terminó la Segunda Guerra Mundial.

¿Cuántas armas nucleares (y de qué tipo) tenía EE. UU. En varias etapas de finalización al final de la Segunda Guerra Mundial?

Como parte de la respuesta, encontré un enlace a un artículo de Wikipedia que se refiere a una bomba llamada ‘Thinman’, que era una bomba de fisión tipo arma, (similar en diseño a ‘Littleboy’).

Thinman fue alimentado por Plutonio, no por Uranio (como en el caso de Littleboy).

Como sugiere, parece que no se desarrolló, precisamente debido a la preocupación de que produciría un ‘fizzle’ de bajo rendimiento, en lugar de una explosión de rendimiento total.
(La razón es que los Neutrones producidos durante el ‘ensamblaje’ de la masa crítica promoverían una explosión de reacción en cadena antes de alcanzar la criticidad total).

http://en.wikipedia.org/wiki/Tri…

Los elementos subcríticos de varias partes y la ‘lente’ explosiva utilizada en el diseño de Fatman permitieron un ensamblaje mucho más rápido de una masa crítica, antes de que la producción de neutrones provocara una explosión. (Los elementos subcríticos en un diseño de Littleboy eran más grandes y, por lo tanto, “más cercanos” a la criticidad).

La bomba de Corea del Norte que ‘fracasó’ se estimó en alrededor de 100 a 300 toneladas de TNT equivalente (¿IIRC?). Ciertamente fue menos de 1k ton.

A falta de pruebas del dispositivo Thinman, sospecho que algunos cálculos MUY difíciles, que implican numerosas suposiciones, serían necesarios para determinar un rendimiento real y esa cifra podría variar enormemente en una prueba real, ya que habría tantas variables diminutas.

http://en.wikipedia.org/wiki/Fiz…

Answer 2

Que yo sepa, nadie en ese momento intentó calcular el rendimiento efectivo del diseño del “Hombre delgado”. Una vez que se dieron cuenta de que la fisión espontánea hizo que el diseño alimentado con plutonio fuera inutilizable, se dieron por vencidos y cambiaron la mayor parte de sus esfuerzos a la implosión. (1)

Más tarde, alguien podría haber intentado calcular el rendimiento de un dispositivo “Thin Man” completo. Sospecho que habría sido más una cuestión de curiosidad que otra cosa. En cualquier caso, no he encontrado ningún tipo de estimación en la literatura abierta. Por supuesto, no soy un académico afiliado a ninguna universidad o centro de investigación, y no he realizado una búsqueda exhaustiva.

Como me preguntas, voy a arriesgarme a adivinar el rendimiento explosivo de “Hombre delgado”. Creo que obtendrías una pequeña cantidad de fisión “útil”, con una masa supercrítica que dura al menos unas pocas generaciones de fisión.

Tomemos como máximo el 5% del rendimiento de Little Boy: alrededor de 500 toneladas. (Dudo que lo alcancemos, pero está bien por ahora). Tomemos el rendimiento de la carga de cañón como límite inferior absoluto. Eso tendría que ser relativamente pequeño. Tenemos aproximadamente de cero a 500 toneladas como nuestro rango máximo de rendimientos.

Poniendo mi dedo mojado de confianza en el aire, digamos que el rendimiento podría ser entre 100 y 200 toneladas de TNT. Tenemos una bomba sucia y un horrible desastre radiológico, con quizás un edificio o dos destruidos.

Y podría estar completamente fuera para almorzar.

Pero, ¡ha sido divertido!

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(1) Solo después de que el U-235 finalmente estuvo disponible volvieron a visitar el diseño tipo arma y construyeron rápidamente “Little Boy”. Esta fue una medida de contingencia: nadie sabía si podían lograr que la implosión funcionara a tiempo.

“Little Boy” era un diseño burdo y de fuerza bruta que estaba casi garantizado para funcionar. Era un desperdicio absurdo de U-235, y era un arma peligrosa de usar. Si el bombardero que lo portaba se estrellaba, había una posibilidad significativa de que la bomba detonase, incluso antes de que estuviera armada.

Answer 3

La pregunta supone que el dispositivo Little Boy habría sido un arma viable si Plutonio hubiera sido sustituido por uranio. Esta suposición está mal.

Lo más probable es que el dispositivo hubiera “fracasado” (es decir, sometido a una fisión incompleta o prematura) y hubiera sido una “bomba sucia” en el mejor de los casos, en lugar de funcionar como un arma nuclear real.

Para obtener una explicación de la diferencia entre los dispositivos de implosión tipo pistola de uranio y el tipo de implosión Plutoniun, vea mi respuesta aquí: la respuesta de Steve Denton a ¿Cómo funcionan las ojivas nucleares?

Answer 4

Incluso con el fondo de neutrones bajos U-235, solo quemó el 6% de su combustible. El plutonio con cualquier proporción significativa de Pu-240 habría producido mucho menos. El plutonio también podría fabricarse de manera que minimice la absorción adicional de neutrones, por ejemplo, utilizando gas UF6 como material fértil y circulando continuamente para la extracción inmediata de plutonio. Cuando se descubrió la emisión de neutrones Pu-240, ya era demasiado tarde para tomar esta decisión.

Las “armas nucleares modernas” (para los EE. UU., Desde principios de la década de 1960) logran una mayor quema antes del desmontaje con dos métodos, ambos utilizando fusión de deuterio-tritio.

Un “generador de neutrones externo” que usa un acelerador de partículas diminutas está programado para rociar billones de neutrones cerca del momento de máxima compresión. Esto evita la espera de muchas generaciones de multiplicación de neutrones, comenzando con neutrones ambientales casuales que también se pueden confundir. La multiplicación 10 ^ 12 requeriría 40 generaciones, incluso si cada generación lograra 2x. No hay razón para que esto no se pueda usar con un diseño de conjunto de pistola.

“Fusion boosting” usa combustible de fusión en el centro del combustible de fisión, que cuando se comprime y calienta, produce neutrones, lo suficientemente fácil como para alcanzar altas tasas de fisión solo unas pocas generaciones después de la fusión. La parte difícil es la compresión uniforme a una densidad muy alta. Esto es más fácil con un diseño de implosión simétrica; no se ha hecho con un diseño de arma más simple, o al menos cualquier trabajo de este tipo no ha escapado al secreto.