Nuklearno oružje- oružje strateške prirode, sposobno riješiti globalne probleme. Njegova uporaba povezana je sa strašnim posljedicama za cijelo čovječanstvo. Zbog toga atomska bomba nije samo prijetnja, već i sredstvo odvraćanja.

Pojava oružja sposobnog zaustaviti razvoj čovječanstva označila je njegov početak nova era. Vjerojatnost globalni sukob ili se minimizira novi svjetski rat zbog mogućnosti potpunog uništenja cijele civilizacije.

Unatoč takvim prijetnjama, nuklearno oružje i dalje je u službi vodećih svjetskih zemalja. U određenoj mjeri upravo to postaje odlučujući faktor u međunarodnoj diplomaciji i geopolitici.

Povijest nuklearne bombe

Pitanje tko je izumio nuklearnu bombu nema jasan odgovor u povijesti. Otkriće radioaktivnosti urana smatra se preduvjetom za rad na atomskom oružju. Godine 1896. francuski kemičar A. Becquerel otkrio je lančanu reakciju ovog elementa, čime je započeo razvoj nuklearne fizike.

U sljedećem desetljeću otkrivene su alfa, beta i gama zrake, kao i niz radioaktivnih izotopa nekih kemijskih elemenata. Naknadno otkriće zakona radioaktivni raspad Atom je bio početak proučavanja nuklearne izometrije.

U prosincu 1938. njemački fizičari O. Hahn i F. Strassmann prvi su uspjeli izvesti reakciju nuklearne fisije u umjetnim uvjetima. 24. travnja 1939. vodstvo Njemačke je obaviješteno o vjerojatnosti stvaranja novog snažnog eksploziva.

Međutim, njemački nuklearni program bio je osuđen na neuspjeh. Unatoč uspješnom napredovanju znanstvenika, zemlja je zbog rata stalno imala poteškoća s resursima, posebice s opskrbom teškom vodom. U kasnijim fazama istraživanja su usporena stalnim evakuacijama. Dana 23. travnja 1945. razvoj njemačkih znanstvenika uhvaćen je u Haigerlochu i odveden u SAD.

SAD je bila prva zemlja koja je iskazala interes za novi izum. Godine 1941. izdvojena su značajna sredstva za njegov razvoj i stvaranje. Prva testiranja održana su 16. srpnja 1945. godine. Manje od mjesec dana kasnije, Sjedinjene Države su prvi put upotrijebile nuklearno oružje, bacivši dvije bombe na Hirošimu i Nagasaki.

Vlastita istraživanja u području nuklearne fizike u SSSR-u provode se od 1918. Komisija za atomsku jezgru osnovana je 1938. pri Akademiji znanosti. Međutim, izbijanjem rata njezino djelovanje u tom smjeru je obustavljeno.

Godine 1943. informacije o znanstvenom radu u nuklearnoj fizici primili su sovjetski obavještajci iz Engleske. Agenti su uvedeni u nekoliko američkih istraživačkih centara. Informacije koje su dobili omogućile su ubrzanje razvoja vlastitog nuklearnog oružja.

Izum sovjetske atomske bombe vodili su I. Kurchatov i Yu. Khariton, oni se smatraju tvorcima sovjetske atomske bombe. Informacije o tome postale su poticaj za pripremu Sjedinjenih Država za preventivni rat. U srpnju 1949. godine razvijen je Trojanski plan, prema kojem je planirano započeti neprijateljstva 1. siječnja 1950. godine.

Kasnije je datum pomaknut na početak 1957. godine, vodeći računa da se sve zemlje NATO-a mogu pripremiti i uključiti u rat. Prema zapadnim obavještajnim službama, nuklearni test u SSSR-u nije mogao biti izveden do 1954. godine.

Međutim, unaprijed se znalo za američke pripreme za rat, što je prisililo sovjetske znanstvenike da ubrzaju istraživanja. U kratkom vremenu izmišljaju i stvaraju vlastitu nuklearnu bombu. 29. kolovoza 1949. na poligonu u Semipalatinsku ispitana je prva sovjetska atomska bomba RDS-1 (specijalni mlazni motor).

Ovakvi testovi osujetili su trojanski plan. Od tada su Sjedinjene Države prestale imati monopol nad nuklearnim oružjem. Bez obzira na snagu preventivnog udara, postojala je opasnost od odmazde, koja je prijetila katastrofom. Od tog trenutka najstrašnije oružje postalo je jamac mira između velikih sila.

Princip rada

Princip rada atomske bombe temelji se na lančanoj reakciji raspada teških jezgri ili termonuklearnoj fuziji pluća. Tijekom tih procesa oslobađa se ogromna količina energije koja bombu pretvara u oružje za masovno uništenje.

Dana 24. rujna 1951. testiran je RDS-2. Oni su već mogli biti isporučeni na lansirne točke tako da su stigli do Sjedinjenih Država. 18. listopada testiran je RDS-3, dopremljen bombarderom.

Daljnji testovi prešli su na termonuklearnu fuziju. Prva testiranja takve bombe u SAD-u obavljena su 1. studenog 1952. godine. U SSSR-u je takva bojeva glava testirana nakon 8 mjeseci.

TX nuklearne bombe

Nuklearne bombe nemaju jasne karakteristike zbog raznolikosti primjena takvog streljiva. Međutim, postoji niz općih aspekata koji se moraju uzeti u obzir pri izradi ovog oružja.

To uključuje:

• osnosimetrična struktura bombe - svi blokovi i sustavi smješteni su u parovima u spremnike cilindričnog, sferičnog ili stožastog oblika;
• smanjiti težinu tijekom projektiranja nuklearna bomba kombiniranjem pogonskih jedinica, odabirom optimalnog oblika školjki i odjeljaka, kao i korištenjem izdržljivijih materijala;
• broj žica i konektora je minimiziran, a za prijenos udarca koristi se pneumatski vod ili eksplozivni kabel;
• blokiranje glavnih čvorova provodi se uz pomoć pregrada uništenih piro nabojima;
• djelatne tvari se pumpaju pomoću zasebnog spremnika ili vanjskog nosača.

Uzimajući u obzir zahtjeve za uređaj, nuklearna bomba sastoji se od sljedećih komponenti:

• kućište, koje pruža zaštitu streljiva od fizičkih i toplinskih učinaka - podijeljeno je u odjeljke, može biti opremljeno okvirom za napajanje;
• nuklearno punjenje s nosačem napajanja;
• sustav za samouništenje s njegovom integracijom u nuklearno punjenje;
• izvor energije dizajniran za dugotrajno skladištenje - aktivira se već kada se raketa lansira;
• vanjski senzori - za prikupljanje informacija;
• sustavi za napinjanje, kontrolu i detonaciju, potonji je ugrađen u punjenje;
• sustavi za dijagnostiku, grijanje i održavanje mikroklime unutar zatvorenih odjeljaka.

Ovisno o vrsti nuklearne bombe, u nju su integrirani i drugi sustavi. Među njima mogu biti senzor leta, konzola za blokiranje, izračun opcija leta, autopilot. Neka streljiva također koriste ometače dizajnirane za smanjenje otpora nuklearnoj bombi.

Posljedice korištenja takve bombe

“Idealne” posljedice uporabe nuklearnog oružja zabilježene su već tijekom bombardiranja Hirošime. Naboj je eksplodirao na visini od 200 metara, što je izazvalo snažan udarni val. Peći na ugljen bile su prevrnute u mnogim kućama, uzrokujući požare čak i izvan pogođenog područja.

Nakon bljeska svjetla uslijedio je toplinski udar koji je trajao nekoliko sekundi. Međutim, njegova je snaga bila dovoljna da otopi pločice i kvarc u radijusu od 4 km, kao i da poprska telegrafske stupove.

Nakon toplinskog vala uslijedio je udarni val. Brzina vjetra dosegla je 800 km / h, njegov nalet uništio je gotovo sve zgrade u gradu. Od 76 tisuća zgrada, oko 6 tisuća je djelomično preživjelo, a ostale su potpuno uništene.

Toplinski val, kao i rastuća para i pepeo, uzrokovali su jaku kondenzaciju u atmosferi. Nekoliko minuta kasnije počela je padati kiša s kapljicama crnim od pepela. Njihov dodir s kožom uzrokovao je teške neizlječive opekline.

Ljudi koji su bili unutar 800 metara od epicentra eksplozije izgorjeli su u prah. Ostali su bili izloženi zračenju i radijacijskoj bolesti. Njezini simptomi bili su slabost, mučnina, povraćanje i groznica. Došlo je do naglog smanjenja broja bijelih stanica u krvi.

U nekoliko sekundi ubijeno je oko 70 tisuća ljudi. Isto toliko ih je kasnije umrlo od rana i opeklina.

3 dana kasnije, druga bomba je bačena na Nagasaki sa sličnim posljedicama.

Zalihe nuklearnog oružja u svijetu

Glavne zalihe nuklearnog oružja koncentrirane su u Rusiji i Sjedinjenim Državama. Osim njih, atomske bombe imaju sljedeće zemlje:

• Velika Britanija - od 1952.;
• Francuska - od 1960.;
• Kina - od 1964.;
• Indija - od 1974.;
• Pakistan - od 1998.;
• Sjeverna Koreja - od 2008.

Izrael također posjeduje nuklearno oružje, iako nije bilo službene potvrde od državnog vrha.

Na kraju se materija ipak rasprsne, fisija se zaustavlja, ali proces tu ne završava: energija se redistribuira između ioniziranih fragmenata razdvojenih jezgri i ostalih čestica emitiranih tijekom fisije. Njihova energija je reda veličine desetaka, pa čak i stotina MeV, ali samo električki neutralni visokoenergetski gama kvanti i neutroni imaju priliku izbjeći interakciju s materijom i “pobjeći”. Nabijene čestice brzo gube energiju u sudarima i ionizacijama. U ovom slučaju, emitira se zračenje - međutim, ono više nije tvrdo nuklearno, već mekše, s energijom tri reda veličine nižom, ali još uvijek više nego dovoljnom da izbaci elektrone iz atoma - ne samo iz vanjskih ljuski, već i iz općenito sve. Zbrka golih jezgri, elektrona ogoljenih s njih i zračenja gustoće od grama po kubičnom centimetru (pokušajte zamisliti kako dobro možete pocrnjeti pod svjetlom koje je poprimilo gustoću aluminija!) - sve što je maloprije bio naboj - dolazi u neku vrstu ravnoteže. U vrlo mladoj vatrenoj kugli uspostavlja se temperatura reda veličine desetaka milijuna stupnjeva.

Vatrena lopta

Čini se da bi čak i meko, ali koje se kreće brzinom svjetlosti, zračenje trebalo ostaviti daleko iza tvari koja ga je stvorila, ali to nije tako: u hladnom zraku, raspon kvanti energije keV je centimetra, a oni ne kreću se pravocrtno, već mijenjaju smjer kretanja, ponovno se emitiraju sa svakom interakcijom. Kvanti ioniziraju zrak, šire se u njemu, kao sok od višnje uliven u čašu vode. Ova pojava naziva se difuzija zračenja.

Mlada vatrena kugla eksplozije snage 100 kt, nekoliko desetaka nanosekundi nakon završetka eksplozije fisije, ima polumjer od 3 m i temperaturu od gotovo 8 milijuna kelvina. Ali nakon 30 mikrosekundi, njegov radijus je 18 m, međutim, temperatura pada ispod milijun stupnjeva. Lopta proždire prostor, a ionizirani zrak iza njezine prednje strane gotovo da se ne miče: zračenje joj ne može prenijeti značajan zamah tijekom difuzije. Ali ona pumpa ogromnu energiju u ovaj zrak, zagrijava ga, a kada energija zračenja presuši, lopta počinje rasti zbog širenja vruće plazme, prskajući iznutra s onim što je nekada bilo naboj. Šireći se, poput napuhanog mjehura, plazma ljuska postaje tanja. Za razliku od mjehurića, naravno, ništa ga ne napuhuje: iznutra nema gotovo nikakve tvari, sve leti iz središta po inerciji, ali 30 mikrosekundi nakon eksplozije brzina tog leta je veća od 100 km/s , a hidrodinamički tlak u tvari — više od 150 000 atm! Ljuska nije predodređena da postane previše tanka, ona puca, stvarajući "mjehuriće".

U vakuumskoj neutronskoj cijevi, između tricijem zasićene mete (katode) 1 i anodnog sklopa 2, primjenjuje se impulsni napon od stotinu kilovolti. Kada je napon maksimalan, potrebno je da se između anode i katode pojave ioni deuterija koji se moraju ubrzati. Za to se koristi izvor iona. Impuls paljenja primjenjuje se na njegovu anodu 3, a pražnjenje, prolazeći preko površine keramike 4 zasićene deuterijem, stvara ione deuterija. Ubrzavajući, oni bombardiraju metu zasićenu tricijem, pri čemu se oslobađa energija od 17,6 MeV i stvaraju neutroni i jezgre helija-4. Po sastavu čestica, pa čak i po prinosu energije, ova je reakcija identična fuziji, procesu spajanja lakih jezgri. Pedesetih godina prošlog stoljeća mnogi su tako mislili, no kasnije se pokazalo da u cijevi dolazi do “sloma”: ili protona ili neutrona (od kojih se ion deuterija ubrzava električno polje) "zaglavi" u ciljnoj jezgri (tricij). Ako se proton zaglavi, tada se neutron odvoji i postane slobodan.

Koji će od mehanizama prijenosa energije vatrene kugle u okolinu prevladati ovisi o snazi ​​eksplozije: ako je velika, glavnu ulogu ima difuzija zračenja, ako je mala, širenje mjehura plazme. Jasno je da je moguć i srednji slučaj, kada su oba mehanizma učinkovita.

Proces hvata nove slojeve zraka, više nema dovoljno energije da se svi elektroni oslobode iz atoma. Energija ioniziranog sloja i fragmenata mjehurića plazme se suši, oni više nisu u stanju pomicati ogromnu masu ispred sebe i osjetno usporavaju. Ali ono što je bio zrak prije eksplozije kreće se, odvajajući se od lopte, upijajući sve više i više slojeva hladnog zraka ... Počinje stvaranje udarnog vala.

Udarni val i atomska gljiva

Kada se udarni val odvoji od vatrene kugle, karakteristike emitirajućeg sloja se mijenjaju i snaga zračenja u optičkom dijelu spektra naglo raste (tzv. prvi maksimum). Nadalje, procesi luminiscencije i promjene prozirnosti okolnog zraka se natječu, što dovodi do ostvarenja drugog maksimuma, koji je manje snažan, ali puno dulji - toliko da je izlaz svjetlosne energije veći nego u prvi maksimum.

U blizini eksplozije sve okolo isparava, dalje - topi se, ali još dalje, gdje je protok topline već nedovoljan za topljenje čvrste tvari, tlo, stijene, kuće teku poput tekućine, pod monstruoznim pritiskom plina koji uništava sve veze čvrstoće, zagrijane do nepodnošljivog sjaja za oči.

Konačno, udarni val putuje daleko od točke eksplozije, gdje ostaje labav i oslabljen, ali višestruko proširen oblak kondenziranih para koji se pretvorio u najmanju i vrlo radioaktivnu prašinu od onoga što je bila plazma naboja, a što pokazalo se da je blizu u svoj strašni čas.na mjesto od kojeg se treba držati što dalje. Oblak se počinje dizati. Ona se hladi, mijenja boju, “navlači” bijelu kapu od kondenzirane vlage, praćene prašinom s površine zemlje, tvoreći “nogu” onoga što se obično naziva “atomska gljiva”.

inicijacija neutrona

Pažljivi čitatelji mogu s olovkom u ruci procijeniti oslobađanje energije tijekom eksplozije. Dok je sklop u superkritičnom stanju reda veličine mikrosekunde, starost neutrona je reda veličine pikosekundi, a faktor množenja manji od 2, oslobađa se oko gigadžula energije, što je ekvivalentno .. 250 kg TNT-a. A gdje su kilo- i megatone?

Neutroni - spori i brzi

U nefisionoj tvari, "odbijajući se" od jezgri, neutroni im predaju dio svoje energije, veći, što su jezgre lakše (bliže mase). nego u više sudarima uključenih neutrona, oni se više usporavaju i, konačno, dolaze do toplinska ravnoteža s okolnom materijom – termalizirati (to traje milisekunde). Brzina toplinskih neutrona je 2200 m/s (energija 0,025 eV). Neutroni mogu pobjeći iz moderatora, hvataju ih njegove jezgre, ali usporavanjem njihova sposobnost ulaska u nuklearne reakcije značajno raste, pa neutroni koji nisu "izgubljeni" više nego kompenziraju smanjenje broja.
Dakle, ako je kuglica fisibilne tvari okružena moderatorom, mnogi neutroni će napustiti moderator ili biti apsorbirani u njemu, ali će biti i onih koji će se vratiti u kuglicu (“reflektirati”) i, izgubivši energiju, mnogo je vjerojatnije da će uzrokovati fisijske akte. Ako je lopta okružena slojem berilija debljine 25 mm, tada se može uštedjeti 20 kg U235 i još uvijek doći do kritičnog stanja sklopa. Ali takve se uštede plaćaju s vremenom: svaka sljedeća generacija neutrona, prije nego što izazove fisiju, prvo mora usporiti. Ovo kašnjenje smanjuje broj generacija neutrona proizvedenih po jedinici vremena, što znači da je oslobađanje energije odgođeno. Što je manje fisibilnog materijala u sklopu, to je više moderatora potrebno za razvoj lančane reakcije, a fisija se odvija na neutronima sve niže energije. U graničnom slučaju, kada se kritičnost postiže samo na toplinskim neutronima, na primjer, u otopini uranovih soli u dobrom moderatoru - vodi, masa sklopova je stotine grama, ali otopina jednostavno povremeno ključa. Oslobođeni mjehurići pare smanjuju prosječnu gustoću fisijske tvari, lančana reakcija se zaustavlja, a kada mjehurići napuste tekućinu, fisijski bljesak se ponavlja (ako je posuda začepljena, para će je razbiti - ali to će biti toplinska eksplozija, lišena svih tipičnih "nuklearnih" znakova).

Činjenica je da lanac fisija u sklopu ne počinje s jednim neutronom: u potrebnoj mikrosekundi milijuni ih se ubrizgavaju u superkritični sklop. U prvim nuklearnim nabojima za to su korišteni izvori izotopa smješteni u šupljini unutar sklopa plutonija: polonij-210 se u trenutku kompresije spajao s berilijem i svojim alfa česticama izazivao emisiju neutrona. Ali svi su izvori izotopa prilično slabi (manje od milijun neutrona po mikrosekundi generirano je u prvom američkom proizvodu), a polonij je već vrlo kvarljiv - u samo 138 dana smanjuje svoju aktivnost za pola. Stoga su izotopi zamijenjeni manje opasnim (ne zrače kada nisu uključeni), i što je najvažnije, intenzivnije zrače neutronske cijevi (vidi bočnu traku): stotine milijuna neutrona rađaju se u nekoliko mikrosekundi (trajanje formiranog impulsa po cijevi). Ali ako ne radi ili ne radi u pravom trenutku, dogodit će se takozvani pop ili "zilch" - toplinska eksplozija male snage.

Atomska bomba je projektil koji proizvodi eksploziju velike snage kao rezultat vrlo brzog oslobađanja nuklearne (atomske) energije.

Kako rade atomske bombe

Nuklearni naboj je podijeljen na nekoliko dijelova do kritične veličine, tako da u svakom od njih ne može započeti samorazvijajuća nekontrolirana lančana reakcija fisije atoma fisijske tvari. Takva reakcija će se dogoditi samo kada se svi dijelovi naboja brzo spoje u jednu cjelinu. Cjelovitost reakcije i, u konačnici, snaga eksplozije uvelike ovise o brzini približavanja pojedinih dijelova. Za komunikaciju dijelova punjenja velikom brzinom, možete koristiti eksploziju konvencionalnih eksploziva. Ako su dijelovi nuklearnog naboja raspoređeni u radijalnim smjerovima na određenoj udaljenosti od središta, a TNT naboji postavljeni s vanjske strane, tada je moguće izvesti eksploziju konvencionalnih naboja usmjerenih prema središtu nuklearnog naboja. Svi dijelovi nuklearnog naboja ne samo da će se velikom brzinom spojiti u jedinstvenu cjelinu, nego će još neko vrijeme biti komprimirani sa svih strana golemim pritiskom produkata eksplozije i neće se moći odvojiti odmah, čim nuklearna lančana reakcija počinje u naboju. Kao rezultat toga, dogodit će se puno veća podjela nego bez takve kompresije, a posljedično će se povećati i snaga eksplozije. Povećanje snage eksplozije s istom količinom fisibilnog materijala omogućuje i neutronski reflektor (najučinkovitiji reflektori su berilijevi< Be >, grafit, teška voda< H3O >). Za prvu fisiju, koja bi pokrenula lančanu reakciju, potreban je barem jedan neutron. Nemoguće je računati na pravovremeni početak lančane reakcije pod djelovanjem neutrona koji se pojavljuju tijekom spontane (spontane) nuklearne fisije, jer događa se relativno rijetko: za U-235 - 1 raspad na sat po 1 g. tvari. Također postoji vrlo malo neutrona koji postoje u slobodnom obliku u atmosferi: kroz S = 1 cm/sq. oko 6 neutrona proleti u sekundi. Zbog toga se u nuklearnom naboju koristi umjetni izvor neutrona - svojevrsna nuklearna detonatorska kapisla. Također omogućuje mnoge fisije koje počinju istovremeno, tako da se reakcija odvija u obliku nuklearne eksplozije.

Mogućnosti detonacije (topovske i implozivne sheme)

Postoje dvije glavne sheme za detoniranje fisijskog punjenja: topovski, inače nazvan balistički, i implozivni.

"Topovska shema" korištena je u nekim modelima nuklearnog oružja prve generacije. Suština topovske sheme je gađanje punjenjem baruta jednog bloka fisionog materijala subkritične mase ("metak") u drugi - nepomičan ("meta"). Blokovi su dizajnirani tako da kada se spoje njihova ukupna masa postaje superkritična.

Ova metoda detonacije moguća je samo u uranovom streljivu, budući da plutonij ima dva reda veličine veću pozadinu neutrona, što dramatično povećava vjerojatnost preranog razvoja lančane reakcije prije nego što se blokovi spoje. To dovodi do nepotpunog oslobađanja energije (tzv. "fizz", engl. Za implementaciju topovske sheme u plutonijskoj municiji potrebno je povećati brzinu spajanja dijelova punjenja na tehnički nedostižnu razinu. Osim toga. uran je bolji od plutonija, podnosi mehanička preopterećenja.

implozivna shema. Ova shema detonacije uključuje dobivanje superkritičnog stanja komprimiranjem fisibilnog materijala s fokusiranim udarnim valom stvorenim eksplozijom kemijskih eksploziva. Za fokusiranje udarnog vala koriste se takozvane eksplozivne leće, a eksplozija se izvodi istovremeno na više točaka s preciznošću. Stvaranje takvog sustava za lociranje eksploziva i detonacije svojedobno je bio jedan od najtežih zadataka. Formiranje konvergentnog udarnog vala osigurano je upotrebom eksplozivnih leća od "brzih" i "sporih" eksploziva - TATV (Triaminotrinitrobenzen) i baratol (mješavina trinitrotoluena s barijevim nitratom), te neki dodaci)

U području nuklearne eksplozije razlikuju se dva ključna područja: središte i epicentar. U središtu eksplozije odvija se izravno proces oslobađanja energije. Epicentar je projekcija ovog procesa na površinu zemlje ili vode. Energija nuklearne eksplozije, projicirana na zemlju, može dovesti do seizmičkih podrhtavanja koja se šire na značajnu udaljenost. Ovi udari štete okolišu samo u radijusu od nekoliko stotina metara od mjesta eksplozije.

Čimbenici koji utječu

atomsko oružje ima sljedeće faktore:

1. radioaktivna kontaminacija.
2. Emisija svjetlosti.
3. udarni val.
4. elektromagnetski impuls.
5. prodorno zračenje.

Posljedice eksplozije atomske bombe pogubne su za sva živa bića. Zbog oslobađanja ogromne količine svjetlosne i toplinske energije, eksplozija nuklearnog projektila popraćena je svijetlim bljeskom. Po snazi ​​je ovaj bljesak nekoliko puta jači od sunčevih zraka, pa postoji opasnost od udara svjetlosti i toplinskog zračenja u krugu od nekoliko kilometara od mjesta eksplozije.

Drugi najopasniji štetni čimbenik atomskog oružja je zračenje koje nastaje tijekom eksplozije. Djeluje samo minutu nakon eksplozije, ali ima maksimalnu moć prodora.

Udarni val ima najjače razorno djelovanje. Ona doslovno briše s lica zemlje sve što joj stoji na putu. Prodorno zračenje predstavlja opasnost za sva živa bića. Kod ljudi uzrokuje razvoj radijacijske bolesti. Pa, elektromagnetski puls šteti samo tehnologiji. U zbroju štetni faktori atomska eksplozija je velika opasnost.

Prvi testovi

Kroz povijest atomske bombe Amerika je pokazala najveći interes za njezino stvaranje. Krajem 1941. rukovodstvo zemlje izdvaja golema sredstva i sredstva za ovaj smjer. Voditelj projekta bio je Robert Oppenheimer, kojeg mnogi smatraju tvorcem atomske bombe. Zapravo, on je bio prvi koji je uspio oživjeti ideju znanstvenika. Kao rezultat toga, 16. srpnja 1945. prvi test atomske bombe održan je u pustinji Novog Meksika. Tada je Amerika odlučila da za potpuno okončanje rata treba poraziti Japan – saveznika nacistička Njemačka. Pentagon je brzo odabrao mete za prve nuklearne napade koji su trebali biti zorna ilustracija moći američkog oružja.

6. kolovoza 1945. američka atomska bomba, cinično nazvana "Beba", bačena je na grad Hirošimu. Snimak je ispao upravo savršen - bomba je eksplodirala na visini od 200 metara od tla, zbog čega je njezin udarni val nanio zastrašujuću štetu gradu. U područjima udaljenim od centra, peći na drveni ugljen su se prevrnule, uzrokujući teške požare.

Nakon blistavog bljeska uslijedio je toplinski val koji je u 4 sekunde djelovanja uspio otopiti crijepove na krovovima kuća i spaliti telegrafske stupove. Nakon toplinskog vala uslijedio je udarni val. Vjetar, koji je harao gradom brzinom od oko 800 km/h, rušio je sve što mu se našlo na putu. Od 76 000 zgrada koje su se nalazile u gradu prije eksplozije, potpuno je uništeno oko 70 000. Nekoliko minuta nakon eksplozije s neba je počela padati kiša čije su krupne kapi bile crne. Kiša je pala zbog stvaranja ogromne količine kondenzata koji se sastoji od pare i pepela u hladnim slojevima atmosfere.

Ljudi koje je vatrena kugla pogodila u krugu od 800 metara od mjesta eksplozije pretvorili su se u prah. Oni koji su bili malo dalje od eksplozije imali su opečenu kožu čije je ostatke otkinuo udarni val. Crna radioaktivna kiša ostavila je neizlječive opekline na koži preživjelih. Oni koji su nekim čudom uspjeli pobjeći ubrzo su počeli pokazivati ​​znakove radijacijske bolesti: mučninu, groznicu i napadaje slabosti.

Tri dana nakon bombardiranja Hirošime Amerika je napala još jedan japanski grad - Nagasaki. Druga eksplozija imala je iste katastrofalne posljedice kao i prva.

U nekoliko sekundi dvije atomske bombe ubile su stotine tisuća ljudi. Udarni val praktički je izbrisao Hirošimu s lica zemlje. Više od polovice lokalnog stanovništva (oko 240 tisuća ljudi) umrlo je odmah od zadobivenih ozljeda. U gradu Nagasakiju od eksplozije je poginulo oko 73 tisuće ljudi. Mnogi od onih koji su preživjeli bili su izloženi jakom zračenju, što je uzrokovalo neplodnost, radijacijsku bolest i rak. Zbog toga su neki od preživjelih umrli u strašnim mukama. Uporaba atomske bombe u Hirošimi i Nagasakiju ilustrirala je užasnu moć tog oružja.

Vi i ja već znamo tko je izumio atomsku bombu, kako radi i do kakvih posljedica može dovesti. Sada ćemo saznati kako je bilo s nuklearnim oružjem u SSSR-u.

Nakon bombardiranja japanskih gradova I. V. Staljin je shvatio da je stvaranje sovjetske atomske bombe pitanje nacionalne sigurnosti. Dana 20. kolovoza 1945. u SSSR-u je stvoren odbor za nuklearnu energiju na čelu s L. Berijom.

Vrijedno je napomenuti da se rad u tom smjeru provodi u Sovjetskom Savezu od 1918. godine, a 1938. godine pri Akademiji znanosti osnovana je posebna komisija za atomsku jezgru. Izbijanjem Drugog svjetskog rata zamrznut je svaki rad u tom pravcu.

Godine 1943. sovjetski obavještajci predali su iz Engleske zatvorene materijale znanstvenih radova u području nuklearne energije. Ti su materijali ilustrirali da je rad stranih znanstvenika na stvaranju atomske bombe ozbiljno napredovao. Istodobno su američki stanovnici omogućili uvođenje pouzdanih sovjetskih agenata u glavna središta američkih nuklearnih istraživanja. Agenti su sovjetskim znanstvenicima i inženjerima prenosili informacije o novim dostignućima.

Tehnički zadatak

Kada je 1945. godine pitanje stvaranja sovjetske nuklearne bombe postalo gotovo prioritet, jedan od voditelja projekta, Yu.Khariton, izradio je plan za razvoj dvije verzije projektila. 1. lipnja 1946. plan je potpisan od strane najvišeg rukovodstva.

Prema zadatku, dizajneri su morali izraditi RDS (Special Jet Engine) od dva modela:

1. RDS-1. Bomba s plutonijevim punjenjem koja se detonira sfernom kompresijom. Uređaj je posuđen od Amerikanaca.
2. RDS-2. Topovska bomba s dva uranijska punjenja koja se skupljaju u topovskoj cijevi prije nego što postignu kritičnu masu.

U povijesti ozloglašenog RDS-a najčešća, iako duhovita, formulacija bila je fraza "Rusija to čini sama". Izumio ga je zamjenik Yu. Kharitona, K. Shchelkin. Ova fraza vrlo točno prenosi bit rada, barem za RDS-2.

Kada je Amerika saznala da Sovjetski Savez posjeduje tajne stvaranja nuklearnog oružja, postala je nestrpljiva da što prije eskalira preventivni rat. U ljeto 1949. pojavio se Trojanski plan prema kojemu je 1. siječnja 1950. planirano započeti boreći se protiv SSSR-a. Tada je datum napada pomaknut na početak 1957. godine, ali pod uvjetom da mu se pridruže sve zemlje NATO-a.

Testovi

Kada su obavještajnim kanalima do SSSR-a došle informacije o američkim planovima, rad sovjetskih znanstvenika znatno se ubrzao. Zapadni stručnjaci vjerovali su da će atomsko oružje u SSSR-u biti stvoreno tek 1954.-1955. Zapravo, testovi prve atomske bombe u SSSR-u održani su već u kolovozu 1949. Na poligonu u Semipalatinsku 29. kolovoza dignuta je u zrak naprava RDS-1. U njegovom stvaranju sudjelovao je veliki tim znanstvenika na čelu s Kurchatovom Igorom Vasiljevičem. Dizajn punjenja pripadao je Amerikancima, a elektronička oprema stvorena je od nule. Prva atomska bomba u SSSR-u eksplodirala je snagom od 22 kt.

Zbog vjerojatnosti uzvratnog udara osujećen je trojanski plan koji je uključivao nuklearni napad na 70 sovjetskih gradova. Testovi u Semipalatinsku označili su kraj američkog monopola na posjedovanje atomskog oružja. Izum Igora Vasiljeviča Kurčatova potpuno je uništio vojne planove Amerike i NATO-a i spriječio razvoj drugog svjetskog rata. Tako je započela era mira na Zemlji, koja postoji pod prijetnjom apsolutnog uništenja.

"Nuklearni klub" svijeta

Do danas, ne samo Amerika i Rusija imaju nuklearno oružje, već i niz drugih država. Skup zemalja koje posjeduju takvo oružje uvjetno se naziva "nuklearni klub".

Uključuje:

1. Amerika (od 1945).
2. SSSR, a sada Rusija (od 1949).
3. Engleska (od 1952).
4. Francuska (od 1960).
5. Kina (od 1964).
6. Indija (od 1974).
7. Pakistan (od 1998.).
8. Koreja (od 2006.).

Izrael također ima nuklearno oružje, iako vodstvo zemlje odbija komentirati njegovo postojanje. Osim toga, na teritoriju zemalja NATO-a (Italija, Njemačka, Turska, Belgija, Nizozemska, Kanada) i saveznika (Japan, Južna Korea, unatoč službenom poricanju), američko je nuklearno oružje.

Ukrajina, Bjelorusija i Kazahstan, koje su posjedovale dio nuklearnog oružja SSSR-a, predale su svoje bombe Rusiji nakon raspada Unije. Postala je jedina nasljednica nuklearnog arsenala SSSR-a.

Zaključak

Danas smo naučili tko je izumio atomsku bombu i što je ona. Rezimirajući gore navedeno, možemo zaključiti da je danas nuklearno oružje najmoćniji alat globalne politike, čvrsto ugrađen u odnose među državama. S jedne strane, to je učinkovito sredstvo odvraćanja, as druge strane, to je uvjerljiv argument za sprječavanje vojnog sukoba i jačanje miroljubivi odnosi između država. Nuklearno oružje simbol je cijele ere, s kojim je potrebno posebno pažljivo rukovanje.

Svijet atoma toliko je fantastičan da njegovo razumijevanje zahtijeva radikalan prekid u uobičajenim konceptima prostora i vremena. Atomi su toliko mali da kad bi se kap vode mogla povećati na veličinu Zemlje, svaki atom u toj kapi bio bi manji od naranče. Zapravo, jedna kap vode sastoji se od 6000 milijardi milijardi (6000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000) vodikovih i kisikovih atoma. Pa ipak, unatoč svojoj mikroskopskoj veličini, atom ima strukturu donekle sličnu strukturi naše Sunčev sustav. U njegovom nepojmljivo malom središtu, polumjera manjeg od trilijuntog dijela centimetra, nalazi se relativno golemo "sunce" - jezgra atoma.

Oko tog atomskog "sunca" kruže sićušni "planeti" - elektroni. Jezgra se sastoji od dvije glavne građevne jedinice Svemira - protona i neutrona (imaju objedinjujuće ime - nukleoni). Elektron i proton su nabijene čestice, a količina naboja u svakoj od njih potpuno je ista, ali se naboji razlikuju po predznaku: proton je uvijek pozitivno nabijen, a elektron je uvijek negativno. Neutron ne nosi električno punjenje te stoga ima vrlo visoku propusnost.

U atomskoj mjernoj ljestvici masa protona i neutrona uzima se kao jedinica. Atomska težina bilo kojeg kemijskog elementa stoga ovisi o broju protona i neutrona sadržanih u njegovoj jezgri. Na primjer, atom vodika, čija se jezgra sastoji od samo jednog protona, ima atomska masa jednaka 1. Atom helija, s jezgrom od dva protona i dva neutrona, ima atomsku masu jednaku 4.

Jezgre atoma istog elementa uvijek sadrže isti broj protona, ali broj neutrona može biti različit. Atomi koji imaju jezgre s istim brojem protona, ali se razlikuju po broju neutrona i srodni su varijantama istog elementa, nazivaju se izotopi. Kako bi se razlikovali jedni od drugih, simbolu elementa dodijeljen je broj, jednak zbroju svih čestica u jezgri određenog izotopa.

Može se postaviti pitanje: zašto se jezgra atoma ne raspada? Uostalom, protoni uključeni u njega su električno nabijene čestice s istim nabojem, koje se moraju odbijati velikom silom. To se objašnjava činjenicom da unutar jezgre također postoje takozvane intranuklearne sile koje privlače čestice jezgre jedna drugoj. Te sile kompenziraju odbojne sile protona i ne dopuštaju jezgri da se spontano rasleti.

Intranuklearne sile su vrlo jake, ali djeluju samo na vrlo maloj udaljenosti. Stoga se jezgre teških elemenata, koje se sastoje od stotina nukleona, pokazuju nestabilnima. Čestice jezgre su ovdje (unutar volumena jezgre) u stalnom gibanju, a ako im dodate neku dodatnu količinu energije, one mogu nadvladati unutarnje sile - jezgra će se podijeliti na dijelove. Količina tog viška energije naziva se energija pobude. Među izotopima teških elemenata ima i onih za koje se čini da su na samom rubu samoraspada. Dovoljan je samo mali "potisak", primjerice običan udarac u jezgru neutrona (a ne mora se niti ubrzati do velike brzine) da započne reakcija nuklearne fisije. Neki od tih "fisijskih" izotopa kasnije su proizvedeni umjetno. U prirodi postoji samo jedan takav izotop - to je uran-235.

Uran je 1783. godine otkrio Klaproth, koji ga je izolirao iz uranove smole i nazvao ga po nedavno otkrivenom planetu Uranu. Kako se kasnije pokazalo, to zapravo nije bio sam uran, već njegov oksid. Dobiven je čisti uran, srebrnobijeli metal
tek 1842. Peligot. Novi element nije posjedovao neka značajna svojstva i nije privukao pažnju sve do 1896., kada je Becquerel otkrio fenomen radioaktivnosti uranovih soli. Nakon toga, uran je postao predmet znanstveno istraživanje i eksperimenti, ali praktična aplikacija još uvijek nije imao.

Kada je u prvoj trećini 20. stoljeća fizičarima više-manje postala jasna struktura atomske jezgre, prije svega su pokušali ispuniti stari san alkemičara - pokušali su jedan kemijski element pretvoriti u drugi. Godine 1934. francuski istraživači, supružnici Frederic i Irene Joliot-Curie, izvijestili su Francusku akademiju znanosti o sljedećem eksperimentu: kada su aluminijske ploče bombardirane alfa česticama (jezgre atoma helija), atomi aluminija pretvorili su se u atome fosfora. , ali ne obični, već radioaktivni, koji je zauzvrat prešao u stabilni izotop silicija. Tako se atom aluminija, dodavši jedan proton i dva neutrona, pretvorio u teži atom silicija.

Ovo iskustvo dovelo je do ideje da ako se jezgre najtežeg elementa koji postoji u prirodi, urana, "naštrkaju" neutronima, tada se može dobiti element koji ne postoji u prirodnim uvjetima. Godine 1938. njemački kemičari Otto Hahn i Fritz Strassmann općenito su ponovili iskustvo supružnika Joliot-Curie, uzevši uran umjesto aluminija. Rezultati eksperimenta uopće nisu bili onakvi kakvi su očekivali - umjesto novog superteškog elementa s masenim brojem većim od mase urana, Hahn i Strassmann dobili su lake elemente iz srednjeg dijela periodni sustav: barij, kripton, brom i neki drugi. Sami eksperimentatori nisu mogli objasniti opaženi fenomen. Tek sljedeće godine fizičarka Lisa Meitner, kojoj je Hahn izvijestio o svojim poteškoćama, pronašla je ispravno objašnjenje za opaženi fenomen, sugerirajući da je uran bombardiran neutronima njegova jezgra pukla (fisirala). U tom slučaju trebale su se formirati jezgre lakših elemenata (odakle su uzeti barij, kripton i druge tvari), kao i osloboditi 2-3 slobodna neutrona. Daljnja istraživanja omogućila su da se detaljno razjasni slika onoga što se događa.

Prirodni uran sastoji se od mješavine tri izotopa s masama 238, 234 i 235. Glavna količina urana otpada na izotop 238, čija jezgra uključuje 92 protona i 146 neutrona. Uran-235 čini samo 1/140 prirodnog urana (0,7% (ima 92 protona i 143 neutrona u jezgri), a uran-234 (92 protona, 142 neutrona) čini samo 1/17500 ukupne mase urana ( 0 006% Najmanje stabilan od ovih izotopa je uran-235.

S vremena na vrijeme jezgre njegovih atoma spontano se dijele na dijelove, uslijed čega nastaju lakši elementi periodnog sustava. Proces je popraćen oslobađanjem dva ili tri slobodna neutrona, koji jure ogromnom brzinom - oko 10 tisuća km / s (oni se nazivaju brzi neutroni). Ti neutroni mogu pogoditi druge jezgre urana, uzrokujući nuklearne reakcije. Svaki se izotop u ovom slučaju ponaša drugačije. Jezgre urana-238 u većini slučajeva jednostavno hvataju te neutrone bez ikakvih daljnjih transformacija. Ali otprilike u jednom od pet slučajeva, kada se brzi neutron sudari s jezgrom izotopa 238, dolazi do neobične nuklearne reakcije: jedan od neutrona urana-238 emitira elektron, pretvarajući se u proton, to jest izotop urana. pretvara u više
teški element je neptunij-239 (93 protona + 146 neutrona). Ali neptunij je nestabilan - nakon nekoliko minuta jedan od njegovih neutrona emitira elektron, pretvarajući se u proton, nakon čega se izotop neptunija pretvara u sljedeći element periodnog sustava - plutonij-239 (94 protona + 145 neutrona). Ako neutron uđe u jezgru nestabilnog urana-235, odmah dolazi do fisije - atomi se raspadaju uz emisiju dva ili tri neutrona. Jasno je da u prirodnom uranu, čiji većina atoma pripada izotopu 238, ova reakcija nema vidljivih posljedica - svi slobodni neutroni će na kraju biti apsorbirani od strane ovog izotopa.

Ali što ako zamislimo prilično masivan komad urana koji se u potpunosti sastoji od izotopa 235?

Ovdje će proces ići drugačije: neutroni koji se oslobađaju tijekom fisije nekoliko jezgri, zauzvrat, padajući u susjedne jezgre, uzrokuju njihovu fisiju. Kao rezultat, oslobađa se novi dio neutrona, koji cijepa sljedeće jezgre. U povoljnim uvjetima ova reakcija teče poput lavine i naziva se lančana reakcija. Nekoliko bombardirajućih čestica moglo bi biti dovoljno za početak.

Doista, neka samo 100 neutrona bombardira uran-235. Razdvojit će 100 jezgri urana. U tom slučaju će se osloboditi 250 novih neutrona druge generacije (u prosjeku 2,5 po fisiji). Neutroni druge generacije proizvest će već 250 fisija, pri čemu će se osloboditi 625 neutrona. U sljedećoj generaciji to će biti 1562, zatim 3906, zatim 9670, i tako dalje. Broj podjela će se neograničeno povećavati ako se proces ne zaustavi.

Međutim, u stvarnosti samo neznatan dio neutrona dospijeva u jezgre atoma. Ostatak, brzo jureći između njih, odnosi se u okolni prostor. Samoodrživa lančana reakcija može se dogoditi samo u dovoljno velikom nizu urana-235, za koji se kaže da ima kritičnu masu. (Ta je masa u normalnim uvjetima 50 kg.) Važno je napomenuti da je fisija svake jezgre popraćena oslobađanjem ogromne količine energije, koja se ispostavlja da je oko 300 milijuna puta veća od energije utrošene na fisiju ! (Izračunato je da se potpunom fisijom 1 kg urana-235 oslobađa jednaka količina topline kao pri izgaranju 3 tisuće tona ugljena.)

Ovaj kolosalni val energije, oslobođen u nekoliko trenutaka, očituje se kao eksplozija monstruozne sile i u pozadini je djelovanja nuklearnog oružja. Ali da bi ovo oružje postalo stvarnost, potrebno je da se punjenje ne sastoji od prirodnog urana, već od rijetkog izotopa - 235 (takav se uran naziva obogaćenim). Kasnije je otkriveno da je čisti plutonij također fisijski materijal i da se može koristiti u atomskom naboju umjesto urana-235.

Sva ova važna otkrića nastala su uoči Drugog svjetskog rata. Ubrzo je u Njemačkoj i drugim zemljama započeo tajni rad na stvaranju atomske bombe. U Sjedinjenim Američkim Državama ovaj problem je pokrenut 1941. Cijeli kompleks radova dobio je naziv "Projekt Manhattan".

Administrativno vodstvo projekta vodio je general Groves, a znanstveno vodstvo profesor Robert Oppenheimer sa Sveučilišta u Kaliforniji. Obojica su bili itekako svjesni goleme složenosti zadatka koji je pred njima. Stoga je Oppenheimerova prva briga bila stjecanje visoko inteligentnog znanstvenog tima. U to je vrijeme u Sjedinjenim Državama bilo mnogo fizičara koji su emigrirali iz nacistička Njemačka. Nije ih bilo lako uključiti u stvaranje oružja usmjerenog protiv njihove bivše domovine. Oppenheimer je sa svima razgovarao osobno, koristeći svu snagu svog šarma. Ubrzo je uspio okupiti malu skupinu teoretičara koje je u šali nazvao "svjetlima". I zapravo, uključivao je najveće stručnjake tog vremena na području fizike i kemije. (Među njima 13 laureata Nobelova nagrada, uključujući Bohra, Fermija, Franka, Chadwicka, Lawrencea.) Osim njih, bilo je još mnogo drugih stručnjaka različitih profila.

Američka vlada nije štedjela u potrošnji i od samog početka posao je poprimio grandiozan opseg. Godine 1942. u Los Alamosu je osnovan najveći istraživački laboratorij na svijetu. Stanovništvo ovog znanstvenog grada ubrzo je doseglo 9 tisuća ljudi. Prema sastavu znanstvenika, opseg znanstveni eksperimenti, broj stručnjaka i radnika uključenih u rad Laboratorija u Los Alamosu bio je bez premca u svjetskoj povijesti. Projekt Manhattan imao je vlastitu policiju, protuobavještajnu službu, komunikacijski sustav, skladišta, naselja, tvornice, laboratorije i vlastiti kolosalan proračun.

Glavni cilj projekta bio je dobiti dovoljno fisibilnog materijala od kojeg bi se moglo napraviti nekoliko atomskih bombi. Osim urana-235, kao što je već spomenuto, kao punjenje bombe mogao bi poslužiti i umjetni element plutonij-239, odnosno bomba bi mogla biti ili uranova ili plutonijska.

Groves i Oppenheimer složili su se da treba raditi istovremeno u dva smjera, budući da je nemoguće unaprijed odlučiti koji će od njih biti perspektivniji. Obje su se metode bitno razlikovale jedna od druge: akumulacija urana-235 morala se provesti odvajanjem od mase prirodnog urana, a plutonij se mogao dobiti samo kao rezultat kontrolirane nuklearne reakcije ozračivanjem urana-238 s neutroni. Oba su se puta činila neobično teškima i nisu obećavala laka rješenja.

Doista, kako se dva izotopa mogu odvojiti jedan od drugoga, koji se samo neznatno razlikuju u svojoj težini, a kemijski se ponašaju na potpuno isti način? Ni znanost ni tehnologija nikada se nisu suočile s takvim problemom. Proizvodnja plutonija također se isprva činila vrlo problematičnom. Prije toga, cjelokupno iskustvo nuklearnih transformacija svelo se na nekoliko laboratorijskih eksperimenata. Sada je bilo potrebno ovladati proizvodnjom kilograma plutonija u industrijskim razmjerima, razviti i stvoriti posebnu instalaciju za to - nuklearni reaktor i naučiti kako kontrolirati tijek nuklearne reakcije.

A tu i tamo trebalo je riješiti cijeli kompleks složenih problema. Stoga se "Projekt Manhattan" sastojao od nekoliko podprojekata, na čijem čelu su bili istaknuti znanstvenici. Sam Oppenheimer bio je voditelj Znanstvenog laboratorija u Los Alamosu. Lawrence je bio zadužen za Laboratorij za radijaciju na Kalifornijskom sveučilištu. Fermi je vodio istraživanje na Sveučilištu u Chicagu o stvaranju nuklearnog reaktora.

U početku je najvažniji problem bilo dobivanje urana. Prije rata ovaj metal zapravo nije imao nikakve koristi. Sada, kada se tražilo odmah u ogromnim količinama, pokazalo se da nema industrijski način njegovu proizvodnju.

Tvrtka Westinghouse poduzela je njegov razvoj i brzo postigla uspjeh. Nakon pročišćavanja uranove smole (u ovom obliku se uran javlja u prirodi) i dobivanja uranovog oksida, ona je prevedena u tetrafluorid (UF4) iz kojeg je elektrolizom izoliran metalni uran. Ako su krajem 1941. američki znanstvenici raspolagali sa samo nekoliko grama metalnog urana, onda je već u studenom 1942. njegova industrijska proizvodnja u tvornicama Westinghouse dosegla 6000 funti mjesečno.

Istodobno se radilo na stvaranju nuklearnog reaktora. Proces proizvodnje plutonija zapravo se svodio na ozračivanje uranovih šipki neutronima, zbog čega se dio urana-238 morao pretvoriti u plutonij. Izvori neutrona u ovom slučaju mogu biti fisijski atomi urana-235 raspršeni u dovoljnim količinama među atomima urana-238. No, da bi se održala stalna reprodukcija neutrona, morala je započeti lančana reakcija fisije atoma urana-235. U međuvremenu, kao što je već spomenuto, na svaki atom urana-235 bilo je 140 atoma urana-238. Jasno je da su neutroni koji lete u svim smjerovima imali mnogo veću vjerojatnost da će se na svom putu susresti upravo s njima. Odnosno, pokazalo se da je veliki broj oslobođenih neutrona apsorbirao glavni izotop bezuspješno. Očito, pod takvim uvjetima, lančana reakcija nije mogla ići. Kako biti?

Isprva se činilo da je bez odvajanja dvaju izotopa rad reaktora općenito nemoguć, no ubrzo je utvrđena jedna važna okolnost: pokazalo se da su uran-235 i uran-238 osjetljivi na neutrone različitih energija. Moguće je razdvojiti jezgru atoma urana-235 neutronom relativno niske energije, koji ima brzinu od oko 22 m/s. Takve spore neutrone ne hvataju jezgre urana-238 - za to moraju imati brzinu reda veličine stotina tisuća metara u sekundi. Drugim riječima, uran-238 je nemoćan spriječiti početak i napredovanje lančane reakcije u uranu-235 uzrokovane neutronima usporenim na iznimno male brzine - ne više od 22 m/s. Ovaj fenomen otkrio je talijanski fizičar Fermi, koji je od 1938. živio u Sjedinjenim Državama i nadzirao radove na stvaranju prvog reaktora ovdje. Fermi je odlučio koristiti grafit kao moderator neutrona. Prema njegovim proračunima, neutroni emitirani iz urana-235, prošavši kroz sloj grafita od 40 cm, trebali su smanjiti brzinu na 22 m/s i pokrenuti samoodrživu lančanu reakciju u uranu-235.

Kao još jedan moderator mogla bi poslužiti takozvana "teška" voda. Budući da su atomi vodika koji ga čine vrlo blizu veličine i mase neutronima, mogli bi ih najbolje usporiti. (S brzim neutronima događa se otprilike ista stvar kao i s kuglicama: ako mala kuglica udari veliku, ona se otkotrlja unatrag, gotovo bez gubitka brzine, ali kada se susretne s malom kuglicom, predaje joj značajan dio svoje energije - kao što se neutron u elastičnom sudaru odbija od teške jezgre samo malo usporavajući, a kada se sudari s jezgrama atoma vodika, vrlo brzo gubi svu svoju energiju.) Međutim obična voda nije prikladan za umjerenost, jer njegov vodik ima tendenciju apsorbiranja neutrona. Zato u tu svrhu treba koristiti deuterij koji ulazi u sastav "teške" vode.

Početkom 1942. pod vodstvom Fermija započela je gradnja prvog nuklearnog reaktora na teniskom terenu ispod zapadne tribine stadiona u Chicagu. Sav posao izveli su sami znanstvenici. Reakcija se može kontrolirati na jedini način - podešavanjem broja neutrona uključenih u lančanu reakciju. Fermi je zamislio da to učini pomoću šipki napravljenih od materijala kao što su bor i kadmij, koji snažno apsorbiraju neutrone. Kao moderator poslužile su grafitne opeke od kojih su fizičari podigli stupove visine 3 m i širine 1,2 m. Između njih su ugrađeni pravokutni blokovi s uranovim oksidom. Oko 46 tona uranovog oksida i 385 tona grafita ušlo je u cijelu strukturu. Za usporavanje reakcije poslužile su šipke kadmija i bora unesene u reaktor.

Ako to nije bilo dovoljno, osiguranje radi, na platformi iznad reaktora nalazila su se dva znanstvenika s kantama napunjenim otopinom kadmijevih soli – njima su trebali prosuti reaktor ako reakcija izmakne kontroli. Srećom, to nije bilo potrebno. Dana 2. prosinca 1942. Fermi je naredio da se produže sve kontrolne šipke i eksperiment je započeo. Četiri minute kasnije, brojači neutrona počeli su kliktati sve glasnije i glasnije. Sa svakom minutom intenzitet toka neutrona postajao je sve veći. To je ukazivalo da se u reaktoru odvija lančana reakcija. Trajalo je 28 minuta. Zatim je Fermi signalizirao, a spuštene šipke zaustavile su proces. Tako je čovjek prvi put oslobodio energiju atomske jezgre i dokazao da njome može upravljati po želji. Sada više nije bilo sumnje da je nuklearno oružje stvarnost.

Godine 1943. Fermijev reaktor je rastavljen i prevezen u Aragonski nacionalni laboratorij (50 km od Chicaga). Ovdje je ubrzo izgrađen još jedan nuklearni reaktor u kojem je kao moderator korištena teška voda. Sastojao se od cilindričnog aluminijskog spremnika koji je sadržavao 6,5 tona teške vode, u koji je okomito utovareno 120 šipki metalnog urana, zatvorenih u aluminijskom omotaču. Sedam kontrolnih šipki napravljeno je od kadmija. Oko spremnika je bio grafitni reflektor, zatim zaslon od legura olova i kadmija. Cijela konstrukcija bila je zatvorena u betonsku ljusku debljine zida od oko 2,5 m.

Pokusi na tim eksperimentalnim reaktorima potvrdili su tu mogućnost industrijska proizvodnja plutonij.

Glavno središte "Projekta Manhattan" ubrzo je postao gradić Oak Ridge u dolini rijeke Tennessee, čija je populacija u nekoliko mjeseci narasla na 79 tisuća ljudi. Ovdje je u kratkom vremenu izgrađeno prvo postrojenje za proizvodnju obogaćenog urana. Odmah 1943. pokrenut je industrijski reaktor koji je proizvodio plutonij. U veljači 1944. iz njega je dnevno vađeno oko 300 kg urana s čije je površine kemijskom separacijom dobivan plutonij. (Da bi se to postiglo, plutonij je prvo otopljen, a zatim istaložen.) Pročišćeni uran je zatim ponovo vraćen u reaktor. Iste godine, u neplodnoj, napuštenoj pustinji na južnoj obali rijeke Columbia, započela je izgradnja goleme tvornice Hanford. Ovdje su bila smještena tri snažna nuklearna reaktora koji su dnevno davali nekoliko stotina grama plutonija.

Paralelno, istraživanje je bilo u punom zamahu za razvoj industrijskog procesa za obogaćivanje urana.

Razmotrivši različite varijante, Groves i Oppenheimer odlučili su se usredotočiti na dvije metode: plinsku difuziju i elektromagnetsku.

Metoda plinske difuzije temeljila se na principu poznatom kao Grahamov zakon (prvi put ga je 1829. formulirao škotski kemičar Thomas Graham, a razvio 1896. engleski fizičar Reilly). U skladu s tim zakonom, ako se dva plina, od kojih je jedan lakši od drugog, propuste kroz filtar sa zanemarivim rupama, tada će kroz njega proći malo više lakog nego teškog plina. U studenom 1942. Urey i Dunning na Sveučilištu Columbia stvorili su metodu plinske difuzije za odvajanje izotopa urana temeljenu na Reilly metodi.

Budući da je prirodni uran čvrsta tvar, prvo je pretvoren u uranov fluorid (UF6). Ovaj plin je potom propušten kroz mikroskopske - veličine tisućinki milimetra - rupe u pregradi filtera.

Budući da je razlika u molarnim težinama plinova bila vrlo mala, iza pregrade se sadržaj urana-235 povećao samo za faktor 1,0002.

Kako bi se količina urana-235 još više povećala, dobivena smjesa se ponovno propušta kroz pregradu, te se količina urana ponovno povećava za 1,0002 puta. Dakle, da bi se povećao sadržaj urana-235 na 99%, bilo je potrebno propustiti plin kroz 4000 filtera. To se dogodilo u ogromnom postrojenju za plinsku difuziju u Oak Ridgeu.

Godine 1940. pod vodstvom Ernsta Lawrencea na Kalifornijskom sveučilištu započela su istraživanja o odvajanju izotopa urana elektromagnetskom metodom. Bilo je potrebno pronaći takve fizikalne procese koji bi omogućili razdvajanje izotopa pomoću razlike u njihovim masama. Lawrence je pokušao odvojiti izotope pomoću principa masenog spektrografa - instrumenta koji određuje mase atoma.

Princip njegovog rada bio je sljedeći: prethodno ionizirani atomi su ubrzavani električnim poljem, a zatim su prolazili kroz magnetsko polje u kojem su opisivali krugove smještene u ravnini okomitoj na smjer polja. Kako su radijusi tih putanja bili proporcionalni masi, laki ioni su završavali na krugovima manjeg radijusa od teških. Kad bi se na putu atoma postavile zamke, tada bi bilo moguće na taj način odvojeno prikupljati različite izotope.

To je bila metoda. U laboratorijskim uvjetima dao je dobre rezultate. No, izgradnja postrojenja u kojem bi se odvajanje izotopa moglo izvesti u industrijskim razmjerima pokazala se iznimno teškom. Ipak, Lawrence je na kraju uspio prevladati sve poteškoće. Rezultat njegovih napora bila je pojava kalutrona, koji je instaliran u divovskoj tvornici u Oak Ridgeu.

Ovo elektromagnetsko postrojenje izgrađeno je 1943. godine i pokazalo se da je možda najskuplje djelo projekta Manhattan. Lawrenceova metoda zahtijevala je velik broj složenih, još nerazvijenih uređaja povezanih s visokim naponom, visokim vakuumom i jakim magnetska polja. Troškovi su bili ogromni. Calutron je imao divovski elektromagnet, čija je duljina dosegla 75 m i težio oko 4000 tona.

Nekoliko tisuća tona srebrne žice otišlo je u namote za ovaj elektromagnet.

Cijeli posao (isključujući cijenu srebra u vrijednosti od 300 milijuna dolara, koje je državna riznica osigurala samo privremeno) koštao je 400 milijuna dolara. Samo za struju koju je potrošio kalutron MORH je platio 10 milijuna. Velik dio opreme u tvornici u Oak Ridgeu bio je superiorniji u opsegu i preciznosti od svega što je ikada razvijeno na terenu.

Ali svi ti troškovi nisu bili uzaludni. Nakon što su potrošili ukupno oko 2 milijarde dolara, američki su znanstvenici do 1944. godine stvorili jedinstvenu tehnologiju za obogaćivanje urana i proizvodnju plutonija. U međuvremenu su u Laboratoriju Los Alamos radili na dizajnu same bombe. Načelo njegova rada općenito je bilo jasno već duže vrijeme: fisibilna tvar (plutonij ili uran-235) trebala je biti prebačena u kritično stanje u trenutku eksplozije (da bi došlo do lančane reakcije potrebna je masa naboj mora biti čak osjetno veći od kritičnog) i ozračen snopom neutrona, što je za posljedicu imalo početak lančane reakcije.

Prema izračunima, kritična masa punjenja premašila je 50 kilograma, ali se mogla znatno smanjiti. Općenito, na veličinu kritične mase snažno utječe nekoliko čimbenika. Što je veća površina naboja, to se više neutrona beskorisno emitira u okolni prostor. najmanja površina površina ima sferu. Prema tome, sferni naboji, pod istim uvjetima, imaju najmanju kritičnu masu. Osim toga, vrijednost kritične mase ovisi o čistoći i vrsti fisijskih materijala. Ona je obrnuto proporcionalna kvadratu gustoće ovog materijala, što omogućuje, na primjer, udvostručenjem gustoće, smanjenje kritične mase za faktor četiri. Potreban stupanj subkritičnosti može se dobiti, na primjer, zbijanjem fisibilnog materijala uslijed eksplozije konvencionalnog eksplozivnog punjenja izrađenog u obliku kuglaste ljuske koja okružuje nuklearno punjenje. Kritična masa također se može smanjiti okružujući naboj ekranom koji dobro odbija neutrone. Kao takav zaslon mogu se koristiti olovo, berilij, volfram, prirodni uran, željezo i mnogi drugi.

Jedan od mogućih dizajna atomske bombe sastoji se od dva komada urana, koji, kada se spoje, tvore masu veću od kritične. Kako biste izazvali eksploziju bombe, morate ih okupiti što je brže moguće. Druga metoda temelji se na korištenju eksplozije koja konvergira prema unutra. U ovom slučaju, protok plinova iz konvencionalnog eksploziva bio je usmjeren na fisijski materijal koji se nalazio unutra i komprimirao ga dok nije dosegao kritičnu masu. Povezivanje naboja i njegovo intenzivno zračenje neutronima, kao što je već spomenuto, uzrokuje lančanu reakciju, uslijed koje u prvoj sekundi temperatura raste na 1 milijun stupnjeva. Tijekom tog vremena uspjelo se odvojiti samo oko 5% kritične mase. Ostatak naboja u ranim dizajnima bombi nestao je
svako dobro.

Prva atomska bomba u povijesti (nazvana je "Trinity") sastavljena je u ljeto 1945. godine. A 16. lipnja 1945. na poligonu za nuklearno testiranje u pustinji Alamogordo (Novi Meksiko) proizveden je prvi na Zemlji nuklearna eksplozija. Bomba je postavljena u središte poligona na vrhu 30-metarskog čeličnog tornja. Oprema za snimanje bila je postavljena oko njega na velikoj udaljenosti. Na 9 km bila je osmatračnica, a na 16 km - zapovjedno mjesto. Atomska eksplozija ostavila je snažan dojam na sve svjedoke ovog događaja. Prema opisu očevidaca, postojao je osjećaj da su se mnoga sunca spojila u jedno i obasjala poligon odjednom. Tada se iznad ravnice pojavila ogromna vatrena lopta, a okrugli oblak prašine i svjetla počeo se polako i zlokobno uzdizati prema njoj.

Nakon što je poletjela s tla, ova je vatrena kugla u nekoliko sekundi odletjela na visinu veću od tri kilometra. Svakim se trenutkom povećavao, uskoro mu je promjer dosegao 1,5 km, a polako se uzdizao u stratosferu. Vatrena kugla zatim je ustupila mjesto kolutu dima koji se kovitlao, koji se protezao do visine od 12 km, poprimajući oblik goleme gljive. Sve je to bilo popraćeno strašnom grajom, od koje se zemlja tresla. Snaga eksplodirane bombe nadmašila je sva očekivanja.

Čim je radijacijska situacija dopustila, nekoliko Shermanovih tenkova, iznutra obloženih olovnim pločama, pojurilo je u područje eksplozije. Na jednom od njih bio je Fermi, koji je jedva čekao vidjeti rezultate svog rada. Pred očima mu se pojavila mrtva spaljena zemlja na kojoj je sav život bio uništen u radijusu od 1,5 km. Pijesak se sinterirao u staklastu zelenkastu koru koja je prekrivala tlo. U ogromnom krateru ležali su osakaćeni ostaci čelične potporne kule. Snaga eksplozije procijenjena je na 20.000 tona TNT-a.

Sljedeći korak trebala je biti borbena uporaba atomske bombe protiv Japana, koji je nakon predaje nacističke Njemačke sam nastavio rat sa Sjedinjenim Državama i njihovim saveznicima. Tada nije bilo raketa-nosača pa se bombardiranje moralo izvesti iz zrakoplova. Komponente dviju bombi su s velikom pažnjom transportirane brodom USS Indianapolis na otok Tinian, gdje je bila smještena 509. kompozitna grupa američkih zračnih snaga. Po vrsti punjenja i dizajnu, ove su se bombe nešto razlikovale jedna od druge.

Prva atomska bomba - "Beba" - bila je zrakoplovna bomba velikih dimenzija s atomskim punjenjem visoko obogaćenog urana-235. Duljina mu je bila oko 3 m, promjer - 62 cm, težina - 4,1 tona.

Druga atomska bomba - "Debeli čovjek" - s punjenjem plutonijem-239 imala je oblik jajeta sa stabilizatorom velikih dimenzija. Njegova duljina
bio je 3,2 m, promjer 1,5 m, težina - 4,5 tona.

Dana 6. kolovoza, bombarder B-29 Enola Gay pukovnika Tibbetsa bacio je "Kid" na veliki japanski grad Hirošimu. Bomba je izbačena padobranom i eksplodirala je, kako je i planirano, na visini od 600 m od tla.

Posljedice eksplozije bile su strašne. Čak je i na same pilote prizor mirnog grada koji su u trenu uništili ostavljao deprimirajući dojam. Kasnije je jedan od njih priznao da su u tom trenutku vidjeli nešto najgore što čovjek može vidjeti.

Za one koji su bili na zemlji ovo što se događalo izgledalo je kao pravi pakao. Prije svega, toplinski val prošao je preko Hirošime. Njegovo djelovanje trajalo je samo nekoliko trenutaka, ali je bilo toliko snažno da je rastalilo čak i pločice i kvarcne kristale u granitnim pločama, pretvorilo telefonske stupove u ugljen na udaljenosti od 4 km i, na kraju, toliko spalilo ljudska tijela da su od njih ostale samo sjene. na asfaltu pločnika ili na zidovima kuća. Tada je monstruozni nalet vjetra pobjegao ispod vatrene kugle i projurio iznad grada brzinom od 800 km / h, čisteći sve što mu se našlo na putu. Kuće koje nisu mogle izdržati njegovu bijesnu navalu rušile su se kao posječene. U golemom krugu promjera 4 km nijedna zgrada nije ostala netaknuta. Nekoliko minuta nakon eksplozije nad gradom je prošla crna radioaktivna kiša - ta se vlaga pretvorila u paru kondenziranu u visokim slojevima atmosfere i pala na tlo u obliku velikih kapi pomiješanih s radioaktivnom prašinom.

Nakon kiše grad je zahvatio novi udar vjetra, ovaj put u smjeru epicentra. Bio je slabiji od prvoga, ali ipak dovoljno jak da čupa drveće s korijenjem. Vjetar je raspirio golemu vatru u kojoj je gorjelo sve što je moglo gorjeti. Od 76.000 zgrada, 55.000 je potpuno uništeno i izgorjelo. Svjedoci ove strašne katastrofe prisjećali su se ljudi-baklji s kojih je spaljena odjeća padala na zemlju zajedno s komadima kože i gomile izbezumljenih ljudi, prekrivenih strašnim opeklinama, koji su vrišteći jurili ulicama. U zraku se osjećao zagušljiv smrad spaljenog ljudskog mesa. Ljudi su ležali posvuda, mrtvi i umirući. Bilo je mnogo onih koji su bili slijepi i gluhi i, čačkajući na sve strane, nisu mogli ništa razabrati u kaosu koji je vladao okolo.

Nesretnici, koji su bili od epicentra na udaljenosti i do 800 m, izgorjeli su u djeliću sekunde u doslovnom smislu te riječi - iznutra im je isparila, a tijela su im se pretvorila u gromade dimljećeg ugljena. Smješteni na udaljenosti od 1 km od epicentra, pogodili su radijacijsku bolest u izuzetno teškom obliku. U roku od nekoliko sati počeli su jako povraćati, temperatura je skočila na 39-40 stupnjeva, pojavio se nedostatak zraka i krvarenje. Zatim su se na koži pojavili čirevi koji nisu zacjeljivali, sastav krvi se dramatično promijenio, a kosa je ispala. Nakon strašnih muka, obično drugi ili treći dan, nastupala je smrt.

Ukupno je oko 240 tisuća ljudi umrlo od eksplozije i radijacijske bolesti. Oko 160 tisuća dobilo je radijacijsku bolest u blažem obliku - njihova bolna smrt odgođena je nekoliko mjeseci ili godina. Kad se vijest o katastrofi proširila zemljom, cijeli je Japan bio paraliziran od straha. Još se više povećao nakon što je zrakoplov bojnika Sweeney's Box Car bacio drugu bombu na Nagasaki 9. kolovoza. Ovdje je također ubijeno i ranjeno nekoliko stotina tisuća stanovnika. Budući da se nije mogla oduprijeti novom oružju, japanska vlada je kapitulirala - atomska bomba zaustavila je Drugi svjetski rat.

Rat je gotov. Trajao je samo šest godina, ali uspio je promijeniti svijet i ljude gotovo do neprepoznatljivosti.

Ljudska civilizacija prije 1939. i ljudska civilizacija nakon 1945. zapanjujuće se međusobno razlikuju. Mnogo je razloga za to, ali jedan od najvažnijih je pojava nuklearnog oružja. Bez pretjerivanja se može reći da sjena Hirošime leži nad cijelom drugom polovicom 20. stoljeća. Postala je duboka moralna opekotina za mnoge milijune ljudi, kako one koji su bili suvremenici ove katastrofe, tako i one rođene desetljećima nakon nje. Moderni čovjek on više ne može razmišljati o svijetu kao što su o njemu razmišljali prije 6. kolovoza 1945. - on previše jasno shvaća da se ovaj svijet može pretvoriti u ništa u nekoliko trenutaka.

Moderna osoba ne može gledati na rat kao što su gledali njegovi djedovi i pradjedovi - on sigurno zna da će ovaj rat biti posljednji i da u njemu neće biti ni pobjednika ni poraženih. Nuklearno oružje ostavilo je traga u svim sferama javni život, a moderna civilizacija ne može živjeti po istim zakonima kao prije šezdeset ili osamdeset godina. Nitko to nije razumio bolje od samih tvoraca atomske bombe.

„Ljudi našeg planeta Robert Oppenheimer je napisao, treba ujediniti. Posijani užas i razaranje posljednji rat, diktirajte nam ovu misao. Eksplozije atomskih bombi dokazale su to svom okrutnošću. Drugi su ljudi u drugim vremenima rekli slične riječi - samo o drugom oružju i drugim ratovima. Nisu uspjeli. Ali tko god danas kaže da su te riječi beskorisne, varaju ga povijesne prekretnice. Ne možemo se u to uvjeriti. Rezultati našeg rada ne ostavljaju čovječanstvu drugog izbora osim stvaranja jedinstvenog svijeta. Svijet utemeljen na pravu i humanizmu."