2.8.3 Estimating the Yield of the Trinity Test by Examining
the Rate of Growth of the Fireball . . . . . . . . . . . . . . . . 103
2.8.4 A Simplified Model of Tamped-Core Yield . . . . . . . . . . 106
2.9 Critical Mass of a Cylindrical Core (Optional) . . . . . . . . . . . . . . 110
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
3 Producing Fissile Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
3.1 Reactor Criticality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
3.2 Neutron Thermalization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
3.3 Plutonium Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
3.4 Electromagnetic Separation of Isotopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
3.5 Gaseous (Barrier) Diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
4 Complicating Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
4.1 Boron Contamination in Graphite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
4.2 Spontaneous Fission of
240 Pu, Predetonation, and Implosion . . . . 148
4.2.1 Little Boy Predetonation Probability . . . . . . . . . . . . . . . 152
4.2.2 Fat Man Predetonation Probability . . . . . . . . . . . . . . . . 152
4.3 Predetonation Yield . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
4.4 Tolerable Limits for Light-Element Impurities . . . . . . . . . . . . . . 163
4.5 Neutron Initiators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
4.6 Estimating the Contribution of
238 U to the Trinity Yield . . . . . . . 171
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
5 Miscellaneous Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
5.1 How Warm Is It? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
5.2 Brightness of the Trinity Explosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
5.3 A Model for Trace Isotope Production in a Reactor . . . . . . . . . . 183
5.4 Can Fission Make a Grain of Sand Visibly Jump? . . . . . . . . . . . 188
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
6 Appendices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
6.1 Appendix A: Selected D-Values and Fission Barriers . . . . . . . . . 191
6.2 Appendix B: Densities, Cross-Sections, Secondary Neutron
Numbers, and Spontaneous-Fission Half-Lives . . . . . . . . . . . . . . 192
6.2.1 Thermal Neutrons (0.0253 eV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
6.2.2 Fast Neutrons (Fission-Spectrum Averages) . . . . . . . . . . 193
6.3 Appendix C: Energy and Momentum Conservation
in a Two-Body Collision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
6.4 Appendix D: Energy and Momentum Conservation
in a Two-Body Collision that Produces a Gamma-Ray . . . . . . . . 197
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Contents
the Rate of Growth of the Fireball . . . . . . . . . . . . . . . . 103
2.8.4 A Simplified Model of Tamped-Core Yield . . . . . . . . . . 106
2.9 Critical Mass of a Cylindrical Core (Optional) . . . . . . . . . . . . . . 110
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
3 Producing Fissile Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
3.1 Reactor Criticality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
3.2 Neutron Thermalization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
3.3 Plutonium Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
3.4 Electromagnetic Separation of Isotopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
3.5 Gaseous (Barrier) Diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
4 Complicating Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
4.1 Boron Contamination in Graphite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
4.2 Spontaneous Fission of
240 Pu, Predetonation, and Implosion . . . . 148
4.2.1 Little Boy Predetonation Probability . . . . . . . . . . . . . . . 152
4.2.2 Fat Man Predetonation Probability . . . . . . . . . . . . . . . . 152
4.3 Predetonation Yield . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
4.4 Tolerable Limits for Light-Element Impurities . . . . . . . . . . . . . . 163
4.5 Neutron Initiators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
4.6 Estimating the Contribution of
238 U to the Trinity Yield . . . . . . . 171
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
5 Miscellaneous Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
5.1 How Warm Is It? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
5.2 Brightness of the Trinity Explosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
5.3 A Model for Trace Isotope Production in a Reactor . . . . . . . . . . 183
5.4 Can Fission Make a Grain of Sand Visibly Jump? . . . . . . . . . . . 188
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
6 Appendices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
6.1 Appendix A: Selected D-Values and Fission Barriers . . . . . . . . . 191
6.2 Appendix B: Densities, Cross-Sections, Secondary Neutron
Numbers, and Spontaneous-Fission Half-Lives . . . . . . . . . . . . . . 192
6.2.1 Thermal Neutrons (0.0253 eV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
6.2.2 Fast Neutrons (Fission-Spectrum Averages) . . . . . . . . . . 193
6.3 Appendix C: Energy and Momentum Conservation
in a Two-Body Collision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
6.4 Appendix D: Energy and Momentum Conservation
in a Two-Body Collision that Produces a Gamma-Ray . . . . . . . . 197
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