Arme nucleare- arme cu caracter strategic, capabile să rezolve probleme globale. Utilizarea sa este asociată cu consecințe teribile pentru întreaga omenire. Acest lucru face ca bomba atomică nu doar o amenințare, ci și o descurajare.

Apariția unor arme capabile să pună capăt dezvoltării omenirii a marcat începutul acesteia nouă eră. Probabilitate conflict global sau un nou război mondial este minimizat datorită posibilității distrugerii totale a întregii civilizații.

În ciuda acestor amenințări, armele nucleare continuă să fie în serviciu cu principalele țări ale lumii. Într-o anumită măsură, tocmai aceasta devine factorul determinant în diplomația și geopolitica internațională.

Istoria bombei nucleare

Întrebarea cine a inventat bomba nucleară nu are un răspuns clar în istorie. Descoperirea radioactivității uraniului este considerată a fi o condiție prealabilă pentru munca la armele atomice. În 1896, chimistul francez A. Becquerel a descoperit reacția în lanț a acestui element, inițiind dezvoltări în fizica nucleară.

În următorul deceniu, au fost descoperite razele alfa, beta și gama, precum și o serie de izotopi radioactivi ai unor elemente chimice. Descoperirea ulterioară a legii dezintegrare radioactivă atomul a fost începutul studiului izometriei nucleare.

În decembrie 1938, fizicienii germani O. Hahn și F. Strassmann au fost primii care au putut desfășura reacția de fisiune nucleară în condiții artificiale. La 24 aprilie 1939, conducerea Germaniei a fost informată despre probabilitatea creării unui nou exploziv puternic.

Cu toate acestea, programul nuclear german a fost sortit eșecului. În ciuda progresului de succes al oamenilor de știință, țara se confrunta în mod constant cu dificultăți legate de resurse din cauza războiului, în special cu furnizarea de apă grea. În etapele ulterioare, explorarea a fost încetinită de evacuări constante. Pe 23 aprilie 1945, evoluțiile oamenilor de știință germani au fost capturate în Haigerloch și duse în SUA.

SUA au fost prima țară care și-a exprimat interesul față de noua invenție. În 1941, au fost alocate fonduri semnificative pentru dezvoltarea și crearea acestuia. Primele teste au avut loc pe 16 iulie 1945. La mai puțin de o lună mai târziu, Statele Unite au folosit pentru prima dată arme nucleare, aruncând două bombe asupra Hiroshima și Nagasaki.

Cercetările proprii în domeniul fizicii nucleare din URSS au fost efectuate din 1918. Comisia pentru nucleul atomic a fost înființată în 1938 la Academia de Științe. Cu toate acestea, odată cu izbucnirea războiului, activitățile sale în această direcție au fost suspendate.

În 1943, ofițerii de informații sovietici din Anglia au primit informații despre activitatea științifică în fizica nucleară. Agenții au fost introduși în mai multe centre de cercetare din SUA. Informațiile pe care le-au obținut au făcut posibilă accelerarea dezvoltării propriilor arme nucleare.

Invenția bombei atomice sovietice a fost condusă de I. Kurchatov și Yu. Khariton, ei sunt considerați creatorii bombei atomice sovietice. Informațiile despre aceasta au devenit impulsul pentru pregătirea Statelor Unite pentru un război preventiv. În iulie 1949, a fost elaborat planul Troian, conform căruia era planificată începerea ostilităților la 1 ianuarie 1950.

Ulterior, data a fost mutată la începutul anului 1957, ținând cont că toate țările NATO se puteau pregăti și adera la război. Potrivit informațiilor occidentale, un test nuclear în URSS nu ar fi putut fi efectuat până în 1954.

Cu toate acestea, pregătirile SUA pentru război au devenit cunoscute din timp, ceea ce i-a forțat pe oamenii de știință sovietici să accelereze cercetările. În scurt timp ei inventează și își creează propria lor bombă nucleară. La 29 august 1949, prima bombă atomică sovietică RDS-1 (motor special cu reacție) a fost testată la locul de testare din Semipalatinsk.

Teste ca acestea au zădărnicit planul troian. De atunci, Statele Unite au încetat să mai dețină monopolul asupra armelor nucleare. Indiferent de puterea loviturii preventive, exista riscul de represalii, care amenința să fie un dezastru. Din acel moment, cea mai teribilă armă a devenit garantul păcii între marile puteri.

Principiul de funcționare

Principiul de funcționare al unei bombe atomice se bazează pe reacția în lanț a dezintegrarii nucleelor ​​grele sau fuziunea termonucleară a plămânilor. În timpul acestor procese, se eliberează o cantitate imensă de energie, ceea ce transformă bomba într-o armă de distrugere în masă.

Pe 24 septembrie 1951, RDS-2 a fost testat. Ar putea fi deja livrate la punctele de lansare, astfel încât să ajungă în Statele Unite. Pe 18 octombrie, RDS-3, livrat de un bombardier, a fost testat.

Alte teste au trecut la fuziunea termonucleară. Primele teste ale unei astfel de bombe în Statele Unite au avut loc la 1 noiembrie 1952. În URSS, un astfel de focos a fost testat după 8 luni.

TX al unei bombe nucleare

Bombele nucleare nu au caracteristici clare din cauza varietății de aplicații ale unor astfel de muniții. Cu toate acestea, există o serie de aspecte generale care trebuie luate în considerare la crearea acestei arme.

Acestea includ:

• structura axisimetrică a bombei - toate blocurile și sistemele sunt plasate în perechi în recipiente de formă cilindrică, sferică sau conică;
• reduce greutatea în timpul proiectării bombă nucleară prin combinarea unităților de putere, alegerea formei optime a carcaselor și compartimentelor, precum și utilizarea materialelor mai durabile;
• numărul de fire și conectori este redus la minimum și se folosește o conductă pneumatică sau un cablu exploziv pentru a transmite impactul;
• blocarea nodurilor principale se realizează cu ajutorul partițiilor distruse de încărcături piro;
• substanțele active sunt pompate folosind un recipient separat sau un purtător extern.

Luând în considerare cerințele pentru dispozitiv, o bombă nucleară constă din următoarele componente:

• carcasa, care asigură protecția muniției împotriva efectelor fizice și termice - este împărțită în compartimente, poate fi echipată cu un cadru de putere;
• sarcină nucleară cu un suport de putere;
• sistem de autodistrugere cu integrarea sa într-o încărcătură nucleară;
• o sursă de energie concepută pentru stocarea pe termen lung - este activată deja atunci când racheta este lansată;
• senzori externi - pentru a colecta informații;
• sisteme de armare, control și detonare, acesta din urmă este încorporat în încărcătură;
• sisteme de diagnosticare, încălzire și menținere a microclimatului în interiorul compartimentelor etanșe.

În funcție de tipul de bombă nucleară, în ea sunt integrate și alte sisteme. Printre acestea pot fi un senzor de zbor, o consolă de blocare, un calcul al opțiunilor de zbor, un pilot automat. Unele muniții folosesc, de asemenea, dispozitive de bruiaj concepute pentru a reduce opoziția față de o bombă nucleară.

Consecințele folosirii unei astfel de bombe

Consecințele „ideale” ale folosirii armelor nucleare au fost deja înregistrate când bomba a fost aruncată asupra Hiroshima. Încărcarea a explodat la o înălțime de 200 de metri, ceea ce a provocat o undă de șoc puternică. Sobe pe cărbune au fost răsturnate în multe case, provocând incendii chiar și în afara zonei afectate.

Un fulger de lumină a fost urmat de o insolație care a durat câteva secunde. Cu toate acestea, puterea sa a fost suficientă pentru a topi plăci și cuarț pe o rază de 4 km, precum și pentru a pulveriza stâlpi de telegraf.

Valul de căldură a fost urmat de un val de șoc. Viteza vântului a ajuns la 800 km/h, rafala sa a distrus aproape toate clădirile din oraș. Din cele 76 de mii de clădiri, aproximativ 6 mii au supraviețuit parțial, restul au fost complet distruse.

Valul de căldură, precum și creșterea aburului și a cenușii, au provocat condens puternic în atmosferă. Câteva minute mai târziu a început să plouă cu picături negre din cenușă. Contactul lor cu pielea a provocat arsuri grave incurabile.

Oamenii care se aflau la 800 de metri de epicentrul exploziei au fost arse în praf. Restul au fost expuși la radiații și boli de radiații. Simptomele ei au fost slăbiciune, greață, vărsături și febră. S-a înregistrat o scădere bruscă a numărului de celule albe din sânge.

În câteva secunde, aproximativ 70 de mii de oameni au fost uciși. Același număr a murit ulterior din cauza rănilor și arsurilor.

3 zile mai târziu, o altă bombă a fost aruncată asupra Nagasaki cu consecințe similare.

Stocurile de arme nucleare din lume

Principalele stocuri de arme nucleare sunt concentrate în Rusia și Statele Unite. În plus față de acestea, următoarele țări au bombe atomice:

• Marea Britanie - din 1952;
• Franța - din 1960;
• China - din 1964;
• India - din 1974;
• Pakistan - din 1998;
• Coreea de Nord - din 2008.

Israelul deține și arme nucleare, deși nu a existat nicio confirmare oficială din partea conducerii țării.

În cele din urmă, materia zboară totuși, fisiunea se oprește, dar procesul nu se termină aici: energia este redistribuită între fragmentele ionizate ale nucleelor ​​separate și alte particule emise în timpul fisiunii. Energia lor este de ordinul zecilor și chiar a sutelor de MeV, dar numai cuantele gamma de înaltă energie neutre din punct de vedere electric și neutronii au șansa de a evita interacțiunea cu materia și de a „scăpa”. Particulele încărcate pierd rapid energie în ciocniri și ionizări. În acest caz, radiația este emisă - cu toate acestea, nu mai este nuclear dur, ci mai moale, cu o energie cu trei ordine de mărime mai mică, dar totuși mai mult decât suficientă pentru a elimina electronii din atomi - nu numai din învelișurile exterioare, ci în general. Tot. O mizerie de nuclee goale, electroni scoși din ele și radiații cu o densitate de grame pe centimetru cub (încearcă să-ți imaginezi cât de bine te poți bronza sub o lumină care a dobândit densitatea aluminiului!) - tot ceea ce acum o clipă era o încărcare - intră într-un fel de echilibru. Într-o minge de foc foarte tânără, se stabilește o temperatură de ordinul a zeci de milioane de grade.

Minge de foc

S-ar părea că, chiar și moale, dar care se mișcă cu viteza luminii, radiația ar trebui să lase mult în urmă substanța care a dat naștere acesteia, dar nu este așa: în aer rece, intervalul cuantelor de energie keV este de centimetri și o fac. nu se mișcă în linie dreaptă, ci schimbând direcția de mișcare, reemisă cu fiecare interacțiune. Quanta ionizează aerul, se propagă în el, ca sucul de cireșe turnat într-un pahar cu apă. Acest fenomen se numește difuzie radiativă.

O minge de foc tânără a unei explozii cu o putere de 100 kt, la câteva zeci de nanosecunde după terminarea exploziei de fisiune, are o rază de 3 m și o temperatură de aproape 8 milioane kelvin. Dar după 30 de microsecunde, raza sa este de 18 m, cu toate acestea, temperatura scade sub un milion de grade. Mingea devorează spațiul, iar aerul ionizat din spatele frontului său se mișcă cu greu: radiația nu îi poate transfera un impuls semnificativ în timpul difuziei. Dar pompează o energie uriașă în acest aer, încălzindu-l, iar când energia radiației se usucă, mingea începe să crească din cauza expansiunii plasmei fierbinți, izbucnind din interior cu ceea ce odinioară era o încărcare. Expandându-se, ca o bula umflată, învelișul de plasmă devine mai subțire. Spre deosebire de un balon, desigur, nimic nu o umflă: aproape că nu mai rămâne nicio substanță în interior, toată zboară din centru prin inerție, dar la 30 de microsecunde după explozie, viteza acestui zbor este mai mare de 100 km/s. , iar presiunea hidrodinamică din substanță — mai mult de 150.000 atm! Cochilia nu este destinată să devină prea subțire, ea izbucnește, formând „vezicule”.

Într-un tub de neutroni în vid între o țintă saturată de tritiu (catod) 1 și un ansamblu anod 2, se aplică o tensiune pulsată de o sută de kilovolți. Când tensiunea este maximă, este necesar ca între anod și catod să apară ioni de deuteriu, care trebuie accelerați. Pentru aceasta, se folosește o sursă de ioni. Un impuls de aprindere este aplicat anodului său 3, iar descărcarea, trecând peste suprafața ceramicii 4 saturate cu deuteriu, formează ioni de deuteriu. Accelerând, ei bombardează o țintă saturată cu tritiu, în urma căreia se eliberează o energie de 17,6 MeV și se formează neutroni și nuclee de heliu-4. În compoziția particulelor și chiar în randamentul energetic, această reacție este identică cu fuziunea, procesul de fuziune a nucleelor ​​ușoare. În anii 1950, mulți credeau așa, dar mai târziu s-a dovedit că în tub are loc o „defecțiune”: fie un proton, fie un neutron (din care ionul de deuteriu este accelerat). câmp electric) „se blochează” în miezul țintă (tritiu). Dacă un proton se blochează, atunci neutronul se desprinde și devine liber.

Care dintre mecanismele de transfer a energiei unei mingi de foc în mediu predomină depinde de puterea exploziei: dacă este mare, difuzia radiației joacă rolul principal, dacă este mică, expansiunea bulei de plasmă. Este clar că este posibil și un caz intermediar, atunci când ambele mecanisme sunt eficiente.

Procesul captează noi straturi de aer, nu mai există suficientă energie pentru a îndepărta toți electronii din atomi. Energia stratului ionizat și fragmentele bulei de plasmă se usucă, nu mai sunt capabile să miște o masă uriașă în fața lor și să încetinească vizibil. Dar ce era aer înainte ca explozia să se miște, desprinzându-se de minge, absorbind tot mai multe straturi de aer rece... Începe formarea unei unde de șoc.

Undă de șoc și ciupercă atomică

Când unda de șoc este separată de globul de foc, caracteristicile stratului emitent se schimbă și puterea de radiație în partea optică a spectrului crește brusc (așa-numitul prim maxim). În plus, procesele de luminescență și modificările transparenței aerului înconjurător concurează, ceea ce duce la realizarea celui de-al doilea maxim, care este mai puțin puternic, dar mult mai lung - atât de mult încât producția de energie luminoasă este mai mare decât în primul maxim.

În apropierea exploziei, totul în jur se evaporă, departe - se topește, dar și mai departe, acolo unde fluxul de căldură este deja insuficient pentru topire solide, pământul, pietrele, casele curg ca un lichid, sub o presiune monstruoasă a gazului care distruge toate legăturile de forță, încălzite până la o strălucire insuportabilă pentru ochi.

În cele din urmă, unda de șoc se deplasează departe de punctul de explozie, unde rămâne un slăbit și slăbit, dar s-a extins de multe ori peste nor de condensat, transformat în cei mai mici și foarte radioactivi vapori de praf din ceea ce a fost plasma încărcăturii și ce s-a dovedit a fi aproape la ceasul lui cumplit.de un loc de care ar trebui să stai cât mai departe posibil. Norul începe să se ridice. Se răcește, schimbându-și culoarea, „își pune” un capac alb de umiditate condensată, urmat de praf de la suprafața pământului, formând un „picior” a ceea ce se numește în mod obișnuit „ciupercă atomică”.

iniţierea neutronilor

Cititorii atenți pot, cu un creion în mână, să estimeze eliberarea de energie în timpul exploziei. Odată cu timpul în care ansamblul se află în starea supercritică de ordinul microsecundelor, vârsta neutronilor este de ordinul picosecundelor și factorul de multiplicare este mai mic de 2, se eliberează aproximativ un gigajoule de energie, ceea ce este echivalent cu .. 250 kg de TNT. Și unde sunt kilogramele și megatonele?

Neutroni - lent și rapid

Într-o substanță nefisionabilă, care „referește” nucleele, neutronii își transferă o parte din energia lor, cu atât mai mari, cu atât nucleele sunt mai ușoare (mai apropiate ca masă). Decât în Mai mult coliziunile implicau neutroni, cu atât mai încetinesc și, în cele din urmă, ajung la echilibru termic cu materia înconjurătoare - termică (aceasta durează milisecunde). Viteza neutronilor termici este de 2200 m/s (energie 0,025 eV). Neutronii pot scăpa de moderator, sunt capturați de nucleele acestuia, dar odată cu încetinirea, capacitatea lor de a intra în reacții nucleare crește semnificativ, astfel încât neutronii care nu sunt „pierduți” mai mult decât compensează scăderea numărului.
Deci, dacă o minge de material fisionabil este înconjurată de un moderator, mulți neutroni vor părăsi moderatorul sau vor fi absorbiți în el, dar vor exista și cei care se vor întoarce la minge („reflecta”) și, după ce și-au pierdut energia, sunt mult mai probabil să provoace acte de fisiune. Dacă mingea este înconjurată de un strat de beriliu cu o grosime de 25 mm, atunci 20 kg de U235 pot fi salvate și totuși să ajungă în starea critică a ansamblului. Dar astfel de economii sunt plătite în timp: fiecare generație ulterioară de neutroni, înainte de a provoca fisiunea, trebuie mai întâi să încetinească. Această întârziere reduce numărul de generații de neutroni produse pe unitatea de timp, ceea ce înseamnă că eliberarea energiei este întârziată. Cu cât este mai puțin material fisionabil în ansamblu, cu atât este necesar mai mult moderator pentru dezvoltarea unei reacții în lanț, iar fisiunea are loc cu neutroni cu energie din ce în ce mai scăzută. În cazul limitativ, când criticitatea este atinsă numai pe neutroni termici, de exemplu, într-o soluție de săruri de uraniu într-un moderator bun - apă, masa ansamblurilor este de sute de grame, dar soluția pur și simplu fierbe periodic. Bulele de vapori eliberate reduc densitatea medie a substanței fisionabile, reacția în lanț se oprește, iar când bulele părăsesc lichidul, fulgerul de fisiune se repetă (dacă vasul este înfundat, aburul îl va sparge - dar acesta va fi un termic explozie, lipsită de toate semnele tipice „nucleare”).

Faptul este că lanțul de fisiuni dintr-un ansamblu nu începe cu un singur neutron: în microsecunda necesară, milioane dintre ele sunt injectate în ansamblul supercritic. În primele încărcări nucleare s-au folosit pentru aceasta surse de izotopi, situate într-o cavitate din interiorul ansamblului plutoniului: poloniul-210 în momentul comprimării combinat cu beriliu și a provocat emisia de neutroni cu particulele sale alfa. Dar toate sursele de izotopi sunt destul de slabe (în primul produs american au fost generați mai puțin de un milion de neutroni pe microsecundă), iar poloniul este deja foarte perisabil - în doar 138 de zile își reduce activitatea la jumătate. Prin urmare, izotopii au fost înlocuiți cu tuburi de neutroni mai puțin periculoase (care nu radiază în starea oprită) și, cel mai important, cu emițătoare mai intense (vezi bara laterală): sute de milioane de neutroni se nasc în câteva microsecunde (durata pulsului format). de tub). Dar dacă nu funcționează sau nu funcționează la momentul potrivit, va apărea așa-numitul pop sau „zilch” - o explozie termică de mică putere.

O bombă atomică este un proiectil pentru producerea unei explozii de mare forță ca urmare a unei eliberări foarte rapide de energie nucleară (atomică).

Cum funcționează bombele atomice

Sarcina nucleară este împărțită în mai multe părți la o dimensiune critică, astfel încât în ​​fiecare dintre ele o reacție în lanț necontrolată de auto-dezvoltare de fisiune a atomilor unei substanțe fisionabile nu ar putea începe. O astfel de reacție va avea loc numai atunci când toate părțile încărcăturii sunt combinate rapid într-un singur întreg. Completitudinea reacției și, în cele din urmă, puterea exploziei depind în mare măsură de viteza de apropiere a părților individuale. Pentru a comunica părți de mare viteză ale încărcăturii, puteți utiliza explozia de explozibili convenționali. Dacă părți ale sarcinii nucleare sunt dispuse în direcții radiale la o anumită distanță de centru, iar sarcinile TNT sunt plasate în exterior, atunci este posibil să se efectueze o explozie de încărcături convenționale îndreptate spre centrul încărcăturii nucleare. Toate părțile încărcăturii nucleare nu numai că se vor combina într-un singur întreg cu o viteză mare, dar vor fi, de asemenea, comprimate pentru ceva timp din toate părțile de presiunea enormă a produselor de explozie și nu se vor putea separa imediat, de îndată ce un reacția nucleară în lanț începe în sarcină. Ca urmare a acestui fapt, va avea loc o diviziune mult mai mare decât fără o astfel de compresie și, în consecință, puterea exploziei va crește. O creștere a puterii exploziei cu aceeași cantitate de material fisionabil este facilitată și de un reflector de neutroni (cele mai eficiente reflectoare sunt beriliul< Be >, grafit, apă grea< H3O >). Pentru prima fisiune, care ar începe o reacție în lanț, este necesar cel puțin un neutron. Este imposibil să se bazeze pe începerea la timp a unei reacții în lanț sub acțiunea neutronilor care apar în timpul fisiunii nucleare spontane (spontane), deoarece apare relativ rar: pentru U-235 - 1 dezintegrare pe oră la 1 g. substante. Există, de asemenea, foarte puțini neutroni care există în formă liberă în atmosferă: prin S = 1 cm/mp. aproximativ 6 neutroni zboară pe secundă. Din acest motiv, o sursă artificială de neutroni este utilizată într-o încărcătură nucleară - un fel de capac de detonator nuclear. De asemenea, furnizează multe fisiuni care pornesc simultan, astfel încât reacția se desfășoară sub forma unei explozii nucleare.

Opțiuni de detonare (tun și scheme implozive)

Există două scheme principale pentru detonarea unei încărcături fisionabile: tunul, altfel numit balistic și imploziv.

„Schema de tun” a fost folosită în unele modele de arme nucleare de prima generație. Esența schemei de tun este de a trage cu o încărcătură de praf de pușcă un bloc de material fisionabil de masă subcritică ("glonț") într-un altul - nemișcat ("țintă"). Blocurile sunt proiectate astfel încât atunci când sunt conectate, masa lor totală devine supercritică.

Această metodă de detonare este posibilă numai în muniția cu uraniu, deoarece plutoniul are un fond de neutroni cu două ordine de mărime mai mare, ceea ce crește dramatic probabilitatea dezvoltării premature a unei reacții în lanț înainte ca blocurile să fie conectate. Acest lucru duce la o eliberare incompletă de energie (așa-numitul „fizz”, engleză. Pentru a implementa o schemă de tun în muniția cu plutoniu, este necesar să creșteți viteza de conectare a părților încărcăturii la un nivel de neatins din punct de vedere tehnic. În plus, uraniul este mai bun decât plutoniul, rezistă supraîncărcărilor mecanice.

schema imploziva. Această schemă de detonare presupune obținerea unei stări supercritice prin comprimarea materialului fisionabil cu o undă de șoc focalizată creată de o explozie de explozivi chimici. Pentru focalizarea undei de șoc se folosesc așa-numitele lentile explozive, iar explozia se realizează simultan în multe puncte cu precizie. Crearea unui astfel de sistem pentru localizarea explozivilor și a detonației a fost la un moment dat una dintre cele mai dificile sarcini. Formarea unei unde de șoc convergente a fost asigurată prin utilizarea lentilelor explozive din explozivi „rapidi” și „lenti” - TATV (Triaminotrinitrobenzene) și baratol (un amestec de trinitrotoluen cu azotat de bariu) și unii aditivi)

În zona unei explozii nucleare, se disting două zone cheie: centrul și epicentrul. În centrul exploziei, procesul de eliberare a energiei are loc direct. Epicentrul este proiectarea acestui proces pe suprafața pământului sau a apei. Energia unei explozii nucleare, proiectată pe pământ, poate duce la tremurături seismice care se răspândesc pe o distanță considerabilă. Aceste șocuri aduc daune mediului doar pe o rază de câteva sute de metri de la punctul de explozie.

Factori care afectează

arme atomice are urmatorii factori:

1. infecție radioactivă.
2. Emisia de lumina.
3. unda de soc.
4. impuls electromagnetic.
5. radiatii penetrante.

Consecințele exploziei unei bombe atomice sunt dăunătoare tuturor viețuitoarelor. Datorită eliberării unei cantități uriașe de energie luminoasă și termică, explozia unui proiectil nuclear este însoțită de un fulger strălucitor. Din punct de vedere al puterii, acest bliț este de câteva ori mai puternic decât razele soarelui, deci există pericolul de a fi lovit de lumină și radiații termice pe o rază de câțiva kilometri de la punctul de explozie.

Un alt factor dăunător cel mai periculos al armelor atomice este radiația generată în timpul exploziei. Acționează la doar un minut după explozie, dar are o putere maximă de penetrare.

Unda de șoc are cel mai puternic efect distructiv. Ea șterge literalmente tot ceea ce îi stă în cale de pe fața pământului. Radiațiile penetrante reprezintă un pericol pentru toate ființele vii. La oameni, provoacă dezvoltarea bolii radiațiilor. Ei bine, pulsul electromagnetic dăunează doar tehnologiei. În total factori nocivi o explozie atomică este un pericol uriaș.

Primele teste

De-a lungul istoriei bombei atomice, America a manifestat cel mai mare interes pentru crearea acesteia. La sfârșitul anului 1941, conducerea țării a alocat o sumă uriașă de bani și resurse pentru această direcție. Managerul de proiect a fost Robert Oppenheimer, care este considerat de mulți a fi creatorul bombei atomice. De fapt, el a fost primul care a reușit să dea viață ideii de oameni de știință. Drept urmare, pe 16 iulie 1945, a avut loc primul test al unei bombe atomice în deșertul New Mexico. Atunci America a decis că, pentru a pune capăt complet războiului, trebuie să învingă Japonia - un aliat Germania nazista. Pentagonul a ales rapid țintele pentru primele atacuri nucleare, care trebuiau să fie o ilustrare vie a puterii armelor americane.

Pe 6 august 1945, bomba atomică a SUA, numită cinic „Baby”, a fost aruncată asupra orașului Hiroshima. Lovitura s-a dovedit a fi pur și simplu perfectă - bomba a explodat la o înălțime de 200 de metri de sol, din cauza căreia valul său de explozie a provocat daune terifiante orașului. În zonele îndepărtate de centru, sobe cu cărbune au fost răsturnate, provocând incendii grave.

Flashul strălucitor a fost urmat de un val de căldură, care, în 4 secunde de acțiune, a reușit să topească țiglele de pe acoperișurile caselor și să incinereze stâlpii de telegraf. Valul de căldură a fost urmat de un val de șoc. Vântul, care a măturat orașul cu o viteză de aproximativ 800 km/h, a dărâmat totul în cale. Din cele 76.000 de clădiri situate în oraș înainte de explozie, aproximativ 70.000 au fost complet distruse.La câteva minute după explozie, a început să plouă din cer, picături mari din care erau negre. Ploaia a căzut din cauza formării în straturile reci ale atmosferei a unei cantități uriașe de condens, constând din abur și cenușă.

Persoanele care au fost lovite de minge de foc pe o rază de 800 de metri de punctul de explozie s-au transformat în praf. Cei care erau puțin mai departe de explozie aveau pielea arsă, ale cărei rămășițe au fost smulse de unda de șoc. Ploaia radioactivă neagră a lăsat arsuri incurabile pe pielea supraviețuitorilor. Cei care au reușit în mod miraculos să scape în curând au început să dea semne de boală de radiații: greață, febră și crize de slăbiciune.

La trei zile după bombardarea lui Hiroshima, America a atacat un alt oraș japonez - Nagasaki. A doua explozie a avut aceleași efecte nocive ca prima.

În câteva secunde, două bombe atomice au ucis sute de mii de oameni. Unda de șoc a șters practic Hiroshima de pe fața pământului. Mai mult de jumătate dintre locuitorii locali (aproximativ 240 de mii de oameni) au murit imediat din cauza rănilor suferite. În orașul Nagasaki, aproximativ 73 de mii de oameni au murit în urma exploziei. Mulți dintre cei care au supraviețuit au fost expuși la radiații severe, care au cauzat infertilitate, radiații și cancer. Drept urmare, unii dintre supraviețuitori au murit într-o agonie teribilă. Folosirea bombei atomice la Hiroshima și Nagasaki a ilustrat puterea teribilă a acestor arme.

Tu și cu mine știm deja cine a inventat bomba atomică, cum funcționează și la ce consecințe poate duce. Acum vom afla cum au fost lucrurile cu armele nucleare în URSS.

După bombardarea orașelor japoneze, I.V. Stalin și-a dat seama că crearea bombei atomice sovietice era o chestiune de securitate națională. La 20 august 1945, în URSS a fost creat un comitet pentru energia nucleară, condus de L. Beria.

Este de remarcat faptul că în Uniunea Sovietică se lucrează în această direcție din 1918, iar în 1938, la Academia de Științe a fost creată o comisie specială pentru nucleul atomic. Odată cu izbucnirea celui de-al Doilea Război Mondial, toate lucrările în această direcție au fost înghețate.

În 1943, ofițerii de informații sovietici au predat din Anglia materiale închise lucrări științificeîn domeniul energiei nucleare. Aceste materiale au demonstrat că munca oamenilor de știință străini privind crearea unei bombe atomice a avansat serios. În același timp, rezidenții americani au facilitat introducerea agenților sovietici de încredere în principalele centre de cercetare nucleară a SUA. Agenții au transmis informații despre noile evoluții oamenilor de știință și inginerilor sovietici.

Sarcina tehnică

Când în 1945 problema creării unei bombe nucleare sovietice a devenit aproape o prioritate, unul dintre liderii proiectului, Yu. Khariton, a întocmit un plan de dezvoltare a două versiuni ale proiectilului. La 1 iunie 1946, planul a fost semnat de conducerea de vârf.

Conform sarcinii, designerii au trebuit să construiască un RDS (Special Jet Engine) din două modele:

1. RDS-1. O bombă cu o sarcină de plutoniu care este detonată prin compresie sferică. Aparatul a fost împrumutat de la americani.
2. RDS-2. O bombă-tun cu două încărcături de uraniu convergând în țeava tunului înainte de a atinge o masă critică.

În istoria celebrului RDS, formularea cea mai comună, deși plină de umor, a fost expresia „Rusia o face singură”. A fost inventat de adjunctul lui Yu. Khariton, K. Shchelkin. Această frază transmite foarte precis esența lucrării, cel puțin pentru RDS-2.

Când America a aflat că Uniunea Sovietică deține secretele creării de arme nucleare, a devenit dornică să escaladeze războiul preventiv cât mai curând posibil. În vara anului 1949 a apărut planul troian, conform căruia la 1 ianuarie 1950 era planificată începerea luptăîmpotriva URSS. Apoi data atacului a fost mutată la începutul anului 1957, dar cu condiția ca toate țările NATO să i se alăture.

Teste

Când informațiile despre planurile Americii au ajuns în URSS prin canalele de informații, munca oamenilor de știință sovietici s-a accelerat semnificativ. Experții occidentali credeau că în URSS armele atomice vor fi create nu mai devreme decât în ​​1954-1955. De fapt, testele primei bombe atomice din URSS au avut loc deja în august 1949. Pe 29 august, dispozitivul RDS-1 a fost aruncat în aer pe terenul de antrenament din Semipalatinsk. La crearea sa a luat parte o echipă mare de oameni de știință, condusă de Kurchatov Igor Vasilyevich. Designul încărcăturii a aparținut americanilor, iar echipamentul electronic a fost creat de la zero. Prima bombă atomică din URSS a explodat cu o putere de 22 kt.

Datorită probabilității unei lovituri de răzbunare, planul Troian, care implica un atac nuclear asupra a 70 de orașe sovietice, a fost dejucat. Testele de la Semipalatinsk au marcat sfârșitul monopolului american asupra posesiei de arme atomice. Invenția lui Igor Vasilyevich Kurchatov a distrus complet planurile militare ale Americii și ale NATO și a împiedicat dezvoltarea unui alt război mondial. Astfel a început epoca păcii pe Pământ, care există sub amenințarea anihilării absolute.

„Clubul nuclear” al lumii

Până în prezent, nu numai America și Rusia au arme nucleare, ci și o serie de alte state. Setul de țări care dețin astfel de arme este denumit în mod condiționat „clubul nuclear”.

Include:

1. America (din 1945).
2. URSS, iar acum Rusia (din 1949).
3. Anglia (din 1952).
4. Franța (din 1960).
5. China (din 1964).
6. India (din 1974).
7. Pakistan (din 1998).
8. Coreea (din 2006).

Israelul are și arme nucleare, deși conducerea țării refuză să comenteze prezența lor. În plus, pe teritoriul țărilor NATO (Italia, Germania, Turcia, Belgia, Țările de Jos, Canada) și aliaților (Japonia, Coreea de Sud, în ciuda negării oficiale), este o armă nucleară americană.

Ucraina, Belarus și Kazahstan, care dețineau unele dintre armele nucleare ale URSS, și-au transferat bombele în Rusia după prăbușirea Uniunii. Ea a devenit singura moștenitoare a arsenalului nuclear al URSS.

Concluzie

Astăzi am aflat cine a inventat bomba atomică și ce este aceasta. Rezumând cele de mai sus, putem concluziona că astăzi armele nucleare sunt cel mai puternic instrument al politicii globale, ferm încorporat în relațiile dintre țări. Pe de o parte, este un efect de descurajare eficient, iar pe de altă parte, este un argument convingător pentru prevenirea confruntărilor militare și consolidarea relații pașniceîntre state. Armele nucleare sunt un simbol al unei întregi ere, care necesită o manipulare deosebit de atentă.

Lumea atomului este atât de fantastică încât înțelegerea ei necesită o ruptură radicală în conceptele obișnuite de spațiu și timp. Atomii sunt atât de mici încât, dacă o picătură de apă ar putea fi mărită la dimensiunea Pământului, fiecare atom din acea picătură ar fi mai mic decât o portocală. De fapt, o picătură de apă este formată din 6000 de miliarde de miliarde (6000000000000000000000) de atomi de hidrogen și oxigen. Și totuși, în ciuda dimensiunii sale microscopice, atomul are o structură într-o oarecare măsură similară cu structura noastră sistem solar. În centrul său neînțeles de mic, a cărui rază este mai mică de o trilionime dintr-un centimetru, este un „soare” relativ uriaș - nucleul unui atom.

În jurul acestui „soare” atomic se învârt „planete” minuscule – electroni. Nucleul este format din două blocuri principale ale Universului - protoni și neutroni (au un nume unificator - nucleoni). Un electron și un proton sunt particule încărcate, iar cantitatea de sarcină din fiecare dintre ele este exact aceeași, dar sarcinile diferă în semn: protonul este întotdeauna încărcat pozitiv, iar electronul este întotdeauna negativ. Neutronul nu transportă incarcare electrica si deci are o permeabilitate foarte mare.

La scara de măsurare atomică, masa protonului și neutronului este luată ca unitate. Greutatea atomică a oricărui element chimic depinde așadar de numărul de protoni și neutroni conținute în nucleul său. De exemplu, un atom de hidrogen, al cărui nucleu este format dintr-un singur proton, are masă atomică egal cu 1. Un atom de heliu, cu un nucleu de doi protoni și doi neutroni, are masa atomică egală cu 4.

Nucleele atomilor aceluiasi element contin intotdeauna acelasi numar de protoni, dar numarul de neutroni poate fi diferit. Atomii care au nuclee cu același număr de protoni, dar diferă ca număr de neutroni și înrudiți cu varietățile aceluiași element, se numesc izotopi. Pentru a le distinge unul de celălalt, simbolului elementului i se atribuie un număr, egal cu suma a tuturor particulelor din nucleul unui izotop dat.

Poate apărea întrebarea: de ce nu se destramă nucleul unui atom? La urma urmei, protonii incluși în ea sunt particule încărcate electric cu aceeași sarcină, care trebuie să se respingă unul pe altul cu mare forță. Acest lucru se explică prin faptul că în interiorul nucleului există și așa-numitele forțe intranucleare care atrag particulele nucleului între ele. Aceste forțe compensează forțele de respingere ale protonilor și nu permit nucleului să se despartă spontan.

Forțele intranucleare sunt foarte puternice, dar acționează doar la distanță foarte apropiată. Prin urmare, nucleele de elemente grele, formate din sute de nucleoni, se dovedesc a fi instabile. Particulele nucleului sunt în mișcare constantă aici (în volumul nucleului), iar dacă le adăugați o cantitate suplimentară de energie, ele pot depăși forțele interne - nucleul va fi împărțit în părți. Cantitatea din acest exces de energie se numește energie de excitație. Printre izotopii elementelor grele, se numără aceia care par a fi în pragul autodecăderii. Doar o mică „împingere” este suficientă, de exemplu, o simplă lovitură în nucleul unui neutron (și nici măcar nu trebuie să fie accelerată la o viteză mare) pentru ca reacția de fisiune nucleară să înceapă. Unii dintre acești izotopi „fisili” au fost ulterior fabricați artificial. În natură, există un singur astfel de izotop - este uraniul-235.

Uranus a fost descoperit în 1783 de Klaproth, care l-a izolat de smoală de uraniu și i-a dat numele după recent descoperita planetă Uranus. După cum sa dovedit mai târziu, nu era, de fapt, uraniul în sine, ci oxidul său. S-a obținut uraniu pur, un metal alb-argintiu
abia în 1842 Peligot. Element nou nu a avut proprietăți remarcabile și nu a atras atenția până în 1896, când Becquerel a descoperit fenomenul de radioactivitate a sărurilor de uraniu. După aceea, uraniul a devenit un obiect cercetare științificăși experimente, dar aplicație practică tot nu avea.

Când, în prima treime a secolului al XX-lea, structura nucleului atomic a devenit mai mult sau mai puțin clară pentru fizicieni, ei au încercat în primul rând să realizeze vechiul vis al alchimiștilor - au încercat să transforme un element chimic în altul. În 1934, cercetătorii francezi, soții Frederic și Irene Joliot-Curie, au raportat Academiei Franceze de Științe despre următorul experiment: când plăcile de aluminiu erau bombardate cu particule alfa (nucleele atomului de heliu), atomii de aluminiu s-au transformat în atomi de fosfor. , dar nu obișnuit, ci radioactiv, care, la rândul său, a trecut într-un izotop stabil de siliciu. Astfel, un atom de aluminiu, după ce a adăugat un proton și doi neutroni, s-a transformat într-un atom de siliciu mai greu.

Această experiență a condus la ideea că, dacă nucleele celui mai greu element existent în natură, uraniul, sunt „înveliți” cu neutroni, atunci se poate obține un element care nu există în condiții naturale. În 1938, chimiștii germani Otto Hahn și Fritz Strassmann au repetat în termeni generali experiența soților Joliot-Curie, luând uraniu în loc de aluminiu. Rezultatele experimentului nu au fost deloc cele așteptate - în loc de un nou element supergreu cu un număr de masă mai mare decât cel al uraniului, Hahn și Strassmann au primit elemente ușoare din partea din mijloc. sistem periodic: bariu, cripton, brom și altele. Experimentatorii înșiși nu au putut explica fenomenul observat. Abia în anul următor, fizicianul Lisa Meitner, căreia Hahn i-a raportat dificultățile, a găsit o explicație corectă pentru fenomenul observat, sugerând că atunci când uraniul a fost bombardat cu neutroni, nucleul său s-a despărțit (fisionat). În acest caz, ar fi trebuit să se formeze nuclee de elemente mai ușoare (de aici au fost luate bariu, cripton și alte substanțe), precum și 2-3 neutroni liberi ar fi trebuit să fie eliberați. Cercetările ulterioare au permis să clarifice în detaliu imaginea a ceea ce se întâmplă.

Uraniul natural constă dintr-un amestec de trei izotopi cu mase de 238, 234 și 235. Cantitatea principală de uraniu cade pe izotopul 238, al cărui nucleu include 92 de protoni și 146 de neutroni. Uraniul-235 este doar 1/140 din uraniul natural (0,7% (are 92 de protoni și 143 de neutroni în nucleu), iar uraniul-234 (92 de protoni, 142 de neutroni) este doar 1/17500 din masa totală a uraniului ( 0 006% Cel mai puțin stabil dintre acești izotopi este uraniul-235.

Din când în când, nucleele atomilor săi se împart spontan în părți, în urma cărora se formează elemente mai ușoare ale sistemului periodic. Procesul este însoțit de eliberarea a doi sau trei neutroni liberi, care se grăbesc cu o viteză extraordinară - aproximativ 10 mii km / s (se numesc neutroni rapizi). Acești neutroni pot lovi alte nuclee de uraniu, provocând reacții nucleare. Fiecare izotop se comportă diferit în acest caz. Nucleele de uraniu-238, în majoritatea cazurilor, captează pur și simplu acești neutroni fără alte transformări. Dar în aproximativ un caz din cinci, când un neutron rapid se ciocnește cu nucleul izotopului 238, are loc o reacție nucleară curioasă: unul dintre neutronii uraniului-238 emite un electron, transformându-se într-un proton, adică izotopul uraniului. se transformă în mai mult
elementul greu este neptuniul-239 (93 protoni + 146 neutroni). Dar neptuniul este instabil - după câteva minute unul dintre neutronii săi emite un electron, transformându-se într-un proton, după care izotopul neptuniului se transformă în următorul element al sistemului periodic - plutoniu-239 (94 protoni + 145 neutroni). Dacă un neutron intră în nucleul uraniului-235 instabil, atunci are loc imediat fisiunea - atomii se descompun cu emisia a doi sau trei neutroni. Este clar că în uraniul natural, ai cărui atomi cei mai mulți aparțin izotopului 238, această reacție nu are consecințe vizibile - toți neutronii liberi vor fi în cele din urmă absorbiți de acest izotop.

Dar dacă ne imaginăm o bucată destul de masivă de uraniu, constând în întregime din izotopul 235?

Aici procesul va merge diferit: neutronii eliberați în timpul fisiunii mai multor nuclee, la rândul lor, căzând în nucleele învecinate, provoacă fisiunea acestora. Ca rezultat, o nouă porțiune de neutroni este eliberată, care împarte următoarele nuclee. În condiții favorabile, această reacție se desfășoară ca o avalanșă și se numește reacție în lanț. Câteva particule de bombardare ar putea fi suficiente pentru a începe.

Într-adevăr, lăsați doar 100 de neutroni să bombardeze uraniul-235. Vor împărți 100 de nuclee de uraniu. În acest caz, vor fi eliberați 250 de neutroni noi din a doua generație (o medie de 2,5 pe fisiune). Neutronii din a doua generație vor produce deja 250 de fisiuni, la care vor fi eliberați 625 de neutroni. În generația următoare va fi 1562, apoi 3906, apoi 9670 și așa mai departe. Numărul de divizii va crește fără limită dacă procesul nu este oprit.

Cu toate acestea, în realitate, doar o parte nesemnificativă a neutronilor intră în nucleele atomilor. Restul, repezindu-se rapid între ei, sunt duși în spațiul înconjurător. O reacție în lanț auto-susținută poate avea loc numai într-o gamă suficient de mare de uraniu-235, despre care se spune că are o masă critică. (Această masă în condiții normale este de 50 kg.) Este important de reținut că fisiunea fiecărui nucleu este însoțită de eliberarea unei cantități uriașe de energie, care se dovedește a fi de aproximativ 300 de milioane de ori mai mare decât energia cheltuită pentru fisiune. ! (S-a calculat că, odată cu fisiunea completă a 1 kg de uraniu-235, se eliberează aceeași cantitate de căldură ca la arderea a 3 mii de tone de cărbune.)

Acest val colosal de energie, eliberat în câteva momente, se manifestă ca o explozie de forță monstruoasă și stă la baza funcționării armelor nucleare. Dar pentru ca această armă să devină realitate, este necesar ca încărcătura să nu fie compusă din uraniu natural, ci dintr-un izotop rar - 235 (un astfel de uraniu se numește îmbogățit). Ulterior s-a constatat că plutoniul pur este, de asemenea, un material fisionabil și poate fi folosit într-o sarcină atomică în loc de uraniu-235.

Toate aceste descoperiri importante au fost făcute în ajunul celui de-al Doilea Război Mondial. Curând au început lucrările secrete în Germania și în alte țări pentru crearea unei bombe atomice. În Statele Unite, această problemă a fost abordată în 1941. Întregul complex de lucrări a primit numele de „Proiectul Manhattan”.

Conducerea administrativă a proiectului a fost realizată de generalul Groves, iar direcția științifică a fost realizată de profesorul Robert Oppenheimer de la Universitatea din California. Amândoi erau conștienți de enorma complexitate a sarcinii pe care le aveau în față. Prin urmare, prima preocupare a lui Oppenheimer a fost achiziționarea unei echipe științifice foarte inteligente. Erau mulți fizicieni în Statele Unite la acea vreme care emigraseră din Germania nazista. Nu a fost ușor să-i implici în crearea de arme îndreptate împotriva fostei lor patrii. Oppenheimer a vorbit cu toată lumea personal, folosind toată forța farmecului său. Curând a reușit să adune un mic grup de teoreticieni, pe care i-a numit în glumă „luminari”. Și, de fapt, includea cei mai mari experți ai vremii în domeniul fizicii și chimiei. (Printre ei 13 laureați Premiul Nobel, printre care Bohr, Fermi, Frank, Chadwick, Lawrence.) Pe lângă ei, au existat și mulți alți specialiști de diverse profiluri.

Guvernul SUA nu s-a zgarcit la cheltuieli, iar de la bun început lucrările și-au asumat o amploare grandioasă. În 1942, la Los Alamos a fost fondat cel mai mare laborator de cercetare din lume. Populația acestui oraș științific a ajuns în curând la 9 mii de oameni. În funcție de compoziția oamenilor de știință, domeniul de aplicare experimente științifice, numărul specialiştilor şi lucrătorilor implicaţi în activitatea Laboratorului Los Alamos a fost de neegalat în istoria lumii. „Proiectul Manhattan” avea propria poliție, contrainformații, sistem de comunicații, depozite, sate, fabrici, laboratoare, propriul buget colosal.

Scopul principal al proiectului a fost de a obține suficient material fisionabil din care să se creeze mai multe bombe atomice. În plus față de uraniu-235, așa cum sa menționat deja, elementul artificial plutoniu-239 ar putea servi drept încărcare pentru bombă, adică bomba ar putea fi fie uraniu, fie plutoniu.

Grovesși Oppenheimer a fost de acord că munca ar trebui să se desfășoare simultan în două direcții, deoarece este imposibil să se decidă în prealabil care dintre ele va fi mai promițătoare. Ambele metode erau fundamental diferite una de cealaltă: acumularea de uraniu-235 trebuia efectuată prin separarea acestuia de cea mai mare parte a uraniului natural, iar plutoniul nu putea fi obținut decât ca urmare a unei reacții nucleare controlate prin iradierea uraniului-238 cu neutroni. Ambele căi păreau neobișnuit de dificile și nu promiteau soluții ușoare.

Într-adevăr, cum pot fi separați doi izotopi unul de altul, care diferă doar puțin în greutate și se comportă chimic exact în același mod? Nici știința și nici tehnologia nu s-au confruntat vreodată cu o astfel de problemă. Producția de plutoniu părea, de asemenea, foarte problematică la început. Înainte de aceasta, întreaga experiență a transformărilor nucleare a fost redusă la mai multe experimente de laborator. Acum era necesar să stăpâniți producția de kilograme de plutoniu la scară industrială, să dezvoltați și să creați o instalație specială pentru aceasta - un reactor nuclear și să învățați cum să controlați cursul unei reacții nucleare.

Și ici și colo a trebuit rezolvat un întreg complex de probleme complexe. Prin urmare, „Proiectul Manhattan” a constat din mai multe subproiecte, conduse de oameni de știință de seamă. Oppenheimer însuși era șeful Laboratorului de Științe Los Alamos. Lawrence era responsabil de Laboratorul de radiații de la Universitatea din California. Fermi a condus cercetări la Universitatea din Chicago cu privire la crearea unui reactor nuclear.

Inițial, cea mai importantă problemă a fost obținerea uraniului. Înainte de război, acest metal de fapt nu avea niciun folos. Acum, când a fost cerut imediat în cantități uriașe, s-a dovedit că nu există mod industrial producerea acestuia.

Compania Westinghouse și-a asumat dezvoltarea și a obținut rapid succesul. După purificarea rășinii de uraniu (sub această formă uraniul se găsește în natură) și obținerea oxidului de uraniu, aceasta a fost transformată în tetrafluorură (UF4), din care uraniul metalic a fost izolat prin electroliză. Dacă la sfârșitul anului 1941 oamenii de știință americani aveau la dispoziție doar câteva grame de uraniu metalic, atunci deja în noiembrie 1942 producția sa industrială la fabricile de la Westinghouse ajungea la 6.000 de lire pe lună.

În același timp, se lucrează la realizarea unui reactor nuclear. Procesul de producție a plutoniului s-a redus de fapt la iradierea baghetelor de uraniu cu neutroni, drept urmare o parte din uraniu-238 a trebuit să se transforme în plutoniu. Sursele de neutroni în acest caz ar putea fi atomi de uraniu-235 fisionali împrăștiați în cantități suficiente printre atomii de uraniu-238. Dar pentru a menține o reproducere constantă a neutronilor, a trebuit să înceapă o reacție în lanț de fisiune a atomilor de uraniu-235. Între timp, așa cum am menționat deja, pentru fiecare atom de uraniu-235 au existat 140 de atomi de uraniu-238. Este clar că neutronii care zboară în toate direcțiile erau mult mai probabil să-i întâlnească exact pe drum. Adică, un număr mare de neutroni eliberați s-au dovedit a fi absorbiți de izotopul principal fără niciun rezultat. Evident, în astfel de condiții, reacția în lanț nu putea merge. Cum să fii?

La început părea că fără separarea a doi izotopi, funcționarea reactorului era în general imposibilă, dar o circumstanță importantă a fost stabilită curând: s-a dovedit că uraniul-235 și uraniul-238 erau susceptibili la neutroni de diferite energii. Este posibilă scindarea nucleului unui atom de uraniu-235 cu un neutron de energie relativ scăzută, având o viteză de aproximativ 22 m/s. Astfel de neutroni lenți nu sunt capturați de nucleele de uraniu-238 - pentru aceasta trebuie să aibă o viteză de ordinul a sute de mii de metri pe secundă. Cu alte cuvinte, uraniul-238 este neputincios să prevină declanșarea și progresul unei reacții în lanț în uraniu-235 cauzată de neutroni încetiniți la viteze extrem de mici - nu mai mult de 22 m/s. Acest fenomen a fost descoperit de fizicianul italian Fermi, care a locuit în Statele Unite din 1938 și a supravegheat lucrările la crearea primului reactor aici. Fermi a decis să folosească grafitul ca moderator de neutroni. Conform calculelor sale, neutronii emiși de uraniu-235, trecând printr-un strat de grafit de 40 cm, ar fi trebuit să-și reducă viteza la 22 m/s și să declanșeze o reacție în lanț auto-susținută în uraniu-235.

Așa-numita apă „grea” ar putea servi ca un alt moderator. Deoarece atomii de hidrogen care o alcătuiesc sunt foarte apropiați ca dimensiune și masă de neutroni, cel mai bine ar putea să-i încetinească. (Aproximativ același lucru se întâmplă cu neutronii rapizi ca și cu bile: dacă o minge mică lovește una mare, se rostogolește înapoi, aproape fără a pierde viteza, dar când întâlnește o minge mică, îi transferă o parte semnificativă din energia sa - la fel cum un neutron într-o coliziune elastică sare de pe un nucleu greu încetinind doar ușor, iar atunci când se ciocnește cu nucleele atomilor de hidrogen, își pierde foarte repede toată energia.) Totuși. apă obișnuită nu este potrivit pentru moderare, deoarece hidrogenul său tinde să absoarbă neutronii. De aceea, deuteriul, care face parte din apa „grea”, ar trebui folosit în acest scop.

La începutul anului 1942, sub conducerea lui Fermi, a început construcția primului reactor nuclear de pe terenul de tenis de sub tribunele de vest ale stadionului din Chicago. Toate lucrările au fost efectuate de oamenii de știință înșiși. Reacția poate fi controlată în singurul mod - prin ajustarea numărului de neutroni implicați în reacția în lanț. Fermi și-a propus să facă acest lucru cu tije fabricate din materiale precum bor și cadmiu, care absorb puternic neutronii. Ca moderator au servit cărămizile de grafit, din care fizicienii au ridicat coloane de 3 m înălțime și 1,2 m lățime. Între ele au fost instalate blocuri dreptunghiulare cu oxid de uraniu. Aproximativ 46 de tone de oxid de uraniu și 385 de tone de grafit au intrat în întreaga structură. Pentru a încetini reacția, au servit tije de cadmiu și bor introduse în reactor.

Dacă acest lucru nu era suficient, atunci pentru asigurare, pe o platformă situată deasupra reactorului, erau doi oameni de știință cu găleți umplute cu o soluție de săruri de cadmiu - trebuiau să le toarne pe reactor dacă reacția scăpa de sub control. Din fericire, acest lucru nu a fost necesar. Pe 2 decembrie 1942, Fermi a ordonat extinderea tuturor tijelor de control, iar experimentul a început. Patru minute mai târziu, contoarele de neutroni au început să sune din ce în ce mai tare. Cu fiecare minut, intensitatea fluxului de neutroni a devenit mai mare. Aceasta a indicat că în reactor are loc o reacție în lanț. A durat 28 de minute. Apoi Fermi a făcut semn, iar tijele coborâte au oprit procesul. Astfel, pentru prima dată, omul a eliberat energia nucleului atomic și a demonstrat că o poate controla după bunul plac. Acum nu mai era nicio îndoială că armele nucleare erau o realitate.

În 1943, reactorul Fermi a fost demontat și transportat la Laboratorul Național Aragonese (la 50 km de Chicago). Un alt reactor nuclear a fost construit curând aici, în care apa grea a fost folosită ca moderator. Acesta era alcătuit dintr-un rezervor cilindric de aluminiu care conținea 6,5 ​​tone de apă grea, în care erau încărcate vertical 120 de tije de uraniu metalic, închise într-o manta de aluminiu. Cele șapte tije de control au fost fabricate din cadmiu. În jurul rezervorului era un reflector de grafit, apoi un ecran din aliaje de plumb și cadmiu. Întreaga structură a fost închisă într-o carcasă de beton cu o grosime a peretelui de aproximativ 2,5 m.

Experimentele pe aceste reactoare experimentale au confirmat posibilitatea productie industriala plutoniu.

Centrul principal al „Proiectului Manhattan” a devenit curând orașul Oak Ridge din Valea râului Tennessee, a cărui populație în câteva luni a crescut la 79 de mii de oameni. Aici, în scurt timp, a fost construită prima fabrică de producere a uraniului îmbogățit. Imediat în 1943, a fost lansat un reactor industrial care producea plutoniu. În februarie 1944, din el se extrageau zilnic circa 300 kg de uraniu, de pe suprafața căruia se obținea plutoniu prin separare chimică. (Pentru a face acest lucru, plutoniul a fost mai întâi dizolvat și apoi precipitat.) Uraniul purificat a fost apoi returnat din nou în reactor. În același an, în deșertul sterp și pustiu de pe malul de sud al râului Columbia, a început construcția uriașei fabrici Hanford. Aici au fost amplasate trei reactoare nucleare puternice, dând câteva sute de grame de plutoniu zilnic.

În paralel, cercetările erau în plină desfășurare pentru dezvoltarea unui proces industrial de îmbogățire a uraniului.

Având în vedere diferite variante, Groves și Oppenheimer au decis să se concentreze pe două metode: difuzia gazului și electromagnetică.

Metoda de difuzie a gazelor s-a bazat pe un principiu cunoscut sub numele de legea lui Graham (a fost formulată pentru prima dată în 1829 de chimistul scoțian Thomas Graham și dezvoltată în 1896). fizician englez Reilly). În conformitate cu această lege, dacă două gaze, dintre care unul este mai ușor decât celălalt, sunt trecute printr-un filtru cu deschideri neglijabil de mici, atunci va trece puțin mai mult gaz ușor decât gazul greu. În noiembrie 1942, Urey și Dunning de la Universitatea Columbia au creat o metodă de difuzie gazoasă pentru separarea izotopilor de uraniu bazată pe metoda Reilly.

Deoarece uraniul natural este un solid, a fost mai întâi transformat în fluorură de uraniu (UF6). Acest gaz a fost apoi trecut prin găuri microscopice - de ordinul a miimilor de milimetru - din septul filtrului.

Deoarece diferența dintre greutățile molare ale gazelor a fost foarte mică, în spatele deflectorului conținutul de uraniu-235 a crescut doar cu un factor de 1,0002.

Pentru a crește și mai mult cantitatea de uraniu-235, amestecul rezultat este trecut din nou printr-un perete despărțitor, iar cantitatea de uraniu este din nou crescută de 1,0002 ori. Astfel, pentru a crește conținutul de uraniu-235 la 99%, a fost necesară trecerea gazului prin 4000 de filtre. Acest lucru a avut loc într-o uriașă fabrică de difuzie gazoasă de la Oak Ridge.

În 1940, sub conducerea lui Ernst Lawrence de la Universitatea din California, au început cercetările privind separarea izotopilor de uraniu prin metoda electromagnetică. A fost necesar să se găsească astfel de procese fizice care să permită separarea izotopilor folosind diferența dintre masele lor. Lawrence a încercat să separe izotopii folosind principiul unui spectrograf de masă - un instrument care determină masele atomilor.

Principiul funcționării sale a fost următorul: atomii preionizați au fost accelerați de un câmp electric și apoi au trecut printr-un câmp magnetic în care au descris cercuri situate într-un plan perpendicular pe direcția câmpului. Întrucât razele acestor traiectorii au fost proporționale cu masa, ionii ușori au ajuns pe cercuri cu o rază mai mică decât cei grei. Dacă capcanele au fost plasate de-a lungul căii atomilor, atunci a fost posibil în acest fel să se colecteze separat diferiți izotopi.

Asta era metoda. În condiții de laborator, a dat rezultate bune. Dar construcția unei uzine în care separarea izotopilor ar putea fi efectuată la scară industrială s-a dovedit a fi extrem de dificilă. Cu toate acestea, Lawrence a reușit în cele din urmă să depășească toate dificultățile. Rezultatul eforturilor sale a fost apariția calutronului, care a fost instalat într-o fabrică gigantică din Oak Ridge.

Această centrală electromagnetică a fost construită în 1943 și s-a dovedit a fi poate cea mai scumpă creație a Proiectului Manhattan. Metoda lui Lawrence a necesitat un număr mare de dispozitive complexe, încă nedezvoltate, asociate cu înaltă tensiune, vid înalt și puternice. campuri magnetice. Costurile au fost enorme. Calutron avea un electromagnet gigant, a cărui lungime ajungea la 75 m și cântărea aproximativ 4000 de tone.

Câteva mii de tone de sârmă de argint au intrat în înfășurările acestui electromagnet.

Întreaga lucrare (excluzând costul de argint în valoare de 300 de milioane de dolari, pe care Trezoreria Statului l-a furnizat doar temporar) a costat 400 de milioane de dolari. Doar pentru energia electrică cheltuită de calutron, Ministerul Apărării a plătit 10 milioane. O mare parte din echipamentele de la fabrica din Oak Ridge erau superioare ca scară și precizie față de orice lucru dezvoltat vreodată în domeniu.

Dar toate aceste cheltuieli nu au fost în zadar. După ce au cheltuit un total de aproximativ 2 miliarde de dolari, oamenii de știință din SUA au creat până în 1944 o tehnologie unică pentru îmbogățirea uraniului și producția de plutoniu. Între timp, la Laboratorul Los Alamos, ei lucrau la proiectarea bombei în sine. Principiul funcționării sale a fost, în general, clar pentru o lungă perioadă de timp: substanța fisionabilă (plutoniu sau uraniu-235) ar fi trebuit să fie transferată într-o stare critică în momentul exploziei (pentru a avea loc o reacție în lanț, masa de sarcina trebuie să fie chiar vizibil mai mare decât cea critică) și iradiată cu un fascicul de neutroni, ceea ce a presupus începerea unei reacții în lanț.

Conform calculelor, masa critică a încărcăturii a depășit 50 de kilograme, dar ar putea fi redusă semnificativ. În general, mărimea masei critice este puternic influențată de mai mulți factori. Cu cât suprafața încărcăturii este mai mare, cu atât mai mulți neutroni sunt emiși inutil în spațiul înconjurător. cea mai mică zonă suprafata are o sfera. În consecință, sarcinile sferice, celelalte lucruri fiind egale, au cea mai mică masă critică. În plus, valoarea masei critice depinde de puritatea și tipul materialelor fisionabile. Este invers proporțional cu pătratul densității acestui material, ceea ce permite, de exemplu, prin dublarea densității, reducerea masei critice cu un factor de patru. Gradul necesar de subcriticitate poate fi obținut, de exemplu, prin compactarea materialului fisionabil datorită exploziei unei încărcături explozive convenționale realizate sub forma unui înveliș sferic care înconjoară sarcina nucleară. Masa critică poate fi redusă și prin înconjurarea încărcăturii cu un ecran care reflectă bine neutronii. Plumbul, beriliul, wolframul, uraniul natural, fierul și multe altele pot fi folosite ca astfel de ecran.

Unul dintre modelele posibile ale bombei atomice constă din două bucăți de uraniu, care, atunci când sunt combinate, formează o masă mai mare decât cea critică. Pentru a provoca o explozie a unei bombe, trebuie să le reuniți cât mai repede posibil. A doua metodă se bazează pe utilizarea unei explozii convergente spre interior. În acest caz, fluxul de gaze dintr-un exploziv convențional a fost direcționat către materialul fisionabil aflat în interior și comprimându-l până când a ajuns la o masă critică. Conexiunea încărcăturii și iradierea sa intensă cu neutroni, așa cum am menționat deja, provoacă o reacție în lanț, în urma căreia, în prima secundă, temperatura crește la 1 milion de grade. În acest timp, doar aproximativ 5% din masa critică a reușit să se separe. Restul încărcăturii din primele modele de bombe s-a evaporat fără
bun de ceva.

Prima bombă atomică din istorie (a primit numele „Trinity”) a fost asamblată în vara anului 1945. Și pe 16 iunie 1945, la locul de testare nucleară din deșertul Alamogordo (New Mexico), a fost produs primul de pe Pământ explozie nucleara. Bomba a fost plasată în centrul locului de testare, deasupra unui turn de oțel de 30 de metri. Echipamentul de înregistrare a fost plasat în jurul lui la mare distanță. La 9 km era un post de observare, iar la 16 km - un post de comandă. Explozia atomică a făcut o impresie extraordinară asupra tuturor martorilor acestui eveniment. Conform descrierii martorilor oculari, a existat senzația că mulți sori s-au contopit într-unul singur și au luminat poligonul deodată. Apoi, o minge uriașă de foc a apărut deasupra câmpiei și un nor rotund de praf și lumină a început să se ridice încet și amenințător spre ea.

După ce a decolat de la sol, această minge de foc a zburat până la o înălțime de peste trei kilometri în câteva secunde. Cu fiecare clipă a crescut în dimensiune, în curând diametrul său a ajuns la 1,5 km și s-a ridicat încet în stratosferă. Mingea de foc a cedat apoi loc unei coloane de fum învolburat, care s-a întins până la o înălțime de 12 km, luând forma unei ciuperci uriașe. Toate acestea au fost însoțite de un vuiet îngrozitor, din care a tremurat pământul. Puterea bombei explodate a depășit toate așteptările.

De îndată ce situația radiațiilor a permis, mai multe tancuri Sherman, căptușite cu plăci de plumb din interior, s-au repezit în zona exploziei. Pe unul dintre ei era Fermi, care era dornic să vadă rezultatele muncii sale. În fața ochilor i-a apărut pământ ars mort, pe care toată viața a fost distrusă pe o rază de 1,5 km. Nisipul s-a sinterizat într-o crustă verzuie sticloasă care acoperea pământul. Într-un crater imens se aflau rămășițele mutilate ale unui turn de sprijin din oțel. Forța exploziei a fost estimată la 20.000 de tone de TNT.

Următorul pas urma să fie folosirea bombei atomice în luptă împotriva Japoniei, care, după capitularea Germaniei naziste, singură a continuat războiul cu Statele Unite și aliații săi. Atunci nu existau vehicule de lansare, așa că bombardamentul a trebuit să fie efectuat dintr-o aeronavă. Componentele celor două bombe au fost transportate cu mare grijă de către USS Indianapolis pe insula Tinian, unde avea sediul 509th Composite Group al US Air Force. După tipul de încărcare și design, aceste bombe erau oarecum diferite unele de altele.

Prima bombă atomică - "Baby" - a fost o bombă aeriană de dimensiuni mari, cu o încărcătură atomică de uraniu-235 foarte îmbogățit. Lungimea sa a fost de aproximativ 3 m, diametrul - 62 cm, greutatea - 4,1 tone.

A doua bombă atomică - „Fat Man” - cu o încărcătură de plutoniu-239 avea o formă de ou cu un stabilizator de dimensiuni mari. Lungimea sa
avea 3,2 m, diametrul 1,5 m, greutatea - 4,5 tone.

Pe 6 august, bombardierul B-29 Enola Gay al colonelului Tibbets a aruncat „Kid” în marele oraș japonez Hiroshima. Bomba a fost aruncată cu parașuta și a explodat, așa cum era planificat, la o altitudine de 600 m față de sol.

Consecințele exploziei au fost teribile. Chiar și asupra piloților înșiși, vederea orașului pașnic distrus de ei într-o clipă a făcut o impresie deprimantă. Mai târziu, unul dintre ei a recunoscut că a văzut în acel moment cel mai rău lucru pe care îl poate vedea o persoană.

Pentru cei care erau pe pământ, ceea ce se întâmpla părea un adevărat iad. În primul rând, un val de căldură a trecut peste Hiroshima. Acțiunea sa a durat doar câteva clipe, dar a fost atât de puternică încât a topit chiar și plăci și cristale de cuarț în plăci de granit, a transformat stâlpii de telefon în cărbune la o distanță de 4 km și, în cele din urmă, a incinerat atât de mult corpuri umane încât din ele au rămas doar umbre. pe trotuarul asfaltat.sau pe pereţii caselor. Apoi o rafală monstruoasă de vânt a scăpat de sub mingea de foc și s-a repezit peste oraș cu o viteză de 800 km/h, măturând totul în cale. Casele care nu puteau rezista atacului lui furios s-au prăbușit ca și cum ar fi fost dărâmate. Într-un cerc gigant cu diametrul de 4 km, nici măcar o clădire nu a rămas intactă. La câteva minute după explozie, o ploaie radioactivă neagră a căzut peste oraș - această umiditate s-a transformat în abur condensat în straturile înalte ale atmosferei și a căzut la pământ sub formă de picături mari amestecate cu praf radioactiv.

După ploaie, o nouă rafală de vânt a lovit orașul, de data aceasta suflând în direcția epicentrului. Era mai slab decât primul, dar încă suficient de puternic pentru a smulge copacii. Vântul a aprins un foc gigantic în care ardea tot ce putea arde. Din cele 76.000 de clădiri, 55.000 au fost complet distruse și incendiate. Martorii acestei catastrofe groaznice au amintit de oameni-torțe din care hainele arse cădeau la pământ împreună cu zdrențuri de piele și mulțimi de oameni tulburați, acoperiți de arsuri groaznice, care s-au repezit țipând pe străzi. În aer se simțea o duhoare înăbușitoare de carne arsă de om. Oamenii zaceau peste tot, morți și pe moarte. Erau mulți care erau orbi și surzi și, aruncându-se în toate direcțiile, nu puteau distinge nimic în haosul care domnea în jur.

Nefericiții, care se aflau din epicentru la o distanță de până la 800 m, au ars într-o fracțiune de secundă în sensul literal al cuvântului - interiorul lor s-a evaporat, iar trupurile lor s-au transformat în bulgări de cărbuni fumeganți. Aflati la o distanta de 1 km de epicentru, au fost loviti de boala de radiatii intr-o forma extrem de severa. În câteva ore, au început să vomite sever, temperatura a sărit la 39-40 de grade, au apărut dificultăți de respirație și sângerare. Apoi, pe piele au apărut ulcere care nu se vindecă, compoziția sângelui s-a schimbat dramatic și părul a căzut. După o suferință cumplită, de obicei în a doua sau a treia zi, a survenit moartea.

În total, aproximativ 240 de mii de oameni au murit din cauza exploziei și a radiațiilor. Aproximativ 160 de mii au suferit boala de radiații într-o formă mai ușoară - moartea lor dureroasă a fost amânată cu câteva luni sau ani. Când vestea catastrofei s-a răspândit în toată țara, toată Japonia a fost paralizată de frică. A crescut și mai mult după ce avionul Box Car al maiorului Sweeney a aruncat o a doua bombă asupra Nagasaki pe 9 august. Câteva sute de mii de locuitori au fost, de asemenea, uciși și răniți aici. Incapabil să reziste noilor arme, guvernul japonez a capitulat - bomba atomică a pus capăt celui de-al Doilea Război Mondial.

Razboiul s-a terminat. A durat doar șase ani, dar a reușit să schimbe lumea și oamenii aproape de nerecunoscut.

Civilizația umană înainte de 1939 și civilizatie umana după 1945 sunt izbitor de diferite unele de altele. Există multe motive pentru aceasta, dar unul dintre cele mai importante este apariția armelor nucleare. Se poate spune fără exagerare că umbra Hiroshimei se întinde pe toată a doua jumătate a secolului XX. A devenit o arsură morală profundă pentru multe milioane de oameni, atât cei care au fost contemporani acestei catastrofe, cât și cei născuți la zeci de ani după aceasta. Omul modern nu se mai poate gândi la lume așa cum a gândit-o înainte de 6 august 1945 – înțelege prea clar că această lume se poate transforma în nimic în câteva clipe.

O persoană modernă nu poate privi războiul, așa cum au privit bunicii și străbunicii săi - el știe sigur că acest război va fi ultimul și nu vor fi nici învingători, nici învinși în el. Armele nucleare și-au pus amprenta în toate sferele viata publica, iar civilizația modernă nu poate trăi după aceleași legi ca acum șaizeci sau optzeci de ani. Nimeni nu a înțeles asta mai bine decât înșiși creatorii bombei atomice.

„Oamenii planetei noastre Robert Oppenheimer a scris: ar trebui să se unească. Semănat groază și distrugere ultimul război, dictează-ne această idee. Exploziile de bombe atomice au dovedit-o cu toată cruzimea. Alți oameni au spus alteori cuvinte similare - doar despre alte arme și alte războaie. Nu au reușit. Dar cine spune astăzi că aceste cuvinte sunt inutile este înșelat de vicisitudinile istoriei. Nu ne putem convinge de asta. Rezultatele muncii noastre nu lasă omenirii altă alegere decât să creeze o lume unificată. O lume bazată pe drept și umanism”.