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 reciproc 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 cadrul volumului 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 din 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 încă nu aveau nicio aplicație practică.

Când, în prima treime a secolului al XX-lea, fizicienii au înțeles mai mult sau mai puțin structura nucleului atomic, ei au încercat în primul rând să împlinească vechiul vis al alchimiștilor - au încercat să împlinească unul. element chimic in alt. 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 este format 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 uraniu-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 complexitatea enormă 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 au emigrat 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. (Dintre ei 13 laureați Premiul Nobel, printre care Bohr, Fermi, Frank, Chadwick, Lawrence.) Pe lângă ei, au existat 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 ceea ce privește componența oamenilor de știință, amploarea experimentelor științifice, numărul specialiștilor și lucrătorilor implicați în lucrare, Laboratorul Los Alamos nu a avut egal în istoria lumii. Proiectul Manhattan avea propria poliție, contrainformații, sistem de comunicații, depozite, așezări, fabrici, laboratoare și propriul său 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 realizată prin separarea acestuia de cea mai mare parte a uraniului natural, iar plutoniul putea fi obținut doar 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 trebuia 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 (în 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 în noiembrie 1942 producția sa industrială la fabricile de la Westinghouse a ajuns 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 din uraniu-235, trecând printr-un strat de grafit de 40 cm, ar fi trebuit să-și reducă viteza la 22 m/s și să înceapă o reacție în lanț de auto-susținere în uraniu-235.

Așa-numita apă „grea” ar putea servi drept un alt moderator. Deoarece atomii de hidrogen care o alcătuiesc sunt foarte apropiați ca dimensiune și masă de neutroni, ar putea cel mai bine 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 plată 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 pline cu o soluție de săruri de cadmiu - trebuiau să le toarne peste 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. Era format 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 carcasă 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 gazoasă 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 găuri neglijabile, 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 solid, apoi a fost transformat mai întâi 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 de numai 1,0002 ori.

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 erau accelerați de un câmp electric și apoi treceau printr-un câmp magnetic în care descriau 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 au fost plasate capcane în calea atomilor, atunci a fost posibil în acest fel să colectați 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 instalație 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, legate de tensiune înaltă, vid înalt și puternic 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 obţinut, de exemplu, prin compactarea materialului fisionabil datorită exploziei unei încărcături explozive convenţionale realizate sub forma unui înveliş 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 sa 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.

Primul din istorie bombă atomică(a primit numele „Trinity”) a fost asamblat 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 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 gigantice. 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 a acoperit 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 său furibund 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, peste oraș a căzut o ploaie radioactivă neagră - 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 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 de om arsă. 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 oa 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 întreaga 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 opțiune decât să creeze o lume unificată. O lume bazată pe drept și umanism”.

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 cu mare viteză într-un singur întreg, 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 combinate. 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 implozivă. 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 explozibililor 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)

Din punct de vedere structural, prima bombă atomică a constat din următoarele componente fundamentale:

1. sarcina nucleara;
2. un dispozitiv exploziv și un sistem automat de detonare a încărcăturii cu sisteme de siguranță;
3. caz balistic al unei bombe aeriene, care adăpostește o încărcătură nucleară și detonare automată.

Condițiile fundamentale care au determinat proiectarea bombei RDS-1 au fost legate de:

1. cu decizia de a păstra cât mai mult în sarcină schema schematică a bombei atomice americane testată în 1945;
2. cu necesitatea, în interesul siguranței, asamblarea finală a încărcăturii instalate în corpul balistic al bombei să fie efectuată în condițiile locului de testare, imediat înainte de detonare;
3. cu posibilitatea bombardării RDS-1 de la un bombardier greu TU-4.

Sarcina atomică a bombei RDS-1 a fost o structură multistrat, în care tranziția substanței active - plutoniu la starea supercritică a fost efectuată datorită comprimării sale prin intermediul unei unde de detonare sferică convergentă în exploziv.

În centrul încărcăturii nucleare a fost plasat plutoniul, alcătuit structural din două părți emisferice. Masa plutoniului a fost determinată în iulie 1949, după finalizarea experimentelor de măsurare a constantelor nucleare.

Un mare succes a fost obținut nu numai de tehnologi, ci și de metalurgiști și radiochimiști. Datorită eforturilor lor, chiar și primele părți de plutoniu conțineau o cantitate mică de impurități și izotopi foarte activi. Ultimul punct a fost deosebit de semnificativ, deoarece izotopii de scurtă durată, fiind principala sursă de neutroni, ar putea avea un efect negativ asupra probabilității unei explozii premature.

O fuzibilă cu neutroni (NC) a fost instalată în cavitatea miezului de plutoniu într-un înveliș compozit de uraniu natural. În perioada 1947-1948, aproximativ 20 de propuneri diferite au fost luate în considerare cu privire la principiile de funcționare, proiectare și îmbunătățire a NZ.

Una dintre cele mai complexe componente ale primei bombe atomice RDS-1 a fost o încărcătură explozivă realizată dintr-un aliaj de TNT și RDX.

Alegerea razei exterioare a explozivului a fost determinată, pe de o parte, de necesitatea de a obține o eliberare satisfăcătoare a energiei și, pe de altă parte, de dimensiunile exterioare admise ale produsului și de capacitățile tehnologice de producție.

Prima bombă atomică a fost dezvoltată în raport cu suspensia sa în aeronava TU-4, al cărei compartiment pentru bombe a oferit posibilitatea plasării unui produs cu un diametru de până la 1500 mm. Pe baza acestei dimensiuni, a fost determinată secțiunea mediană a corpului balistic al bombei RDS-1. Încărcătura explozivă era structural o bilă goală și era formată din două straturi.

Stratul interior a fost format din două baze semisferice realizate dintr-un aliaj intern de TNT și RDX.

Stratul exterior al încărcăturii explozive RDS-1 a fost asamblat din elemente separate. Acest strat, conceput pentru a forma o undă de detonare sferică convergentă la baza explozivului și numit sistem de focalizare, a fost una dintre principalele unități funcționale ale încărcăturii, care i-a determinat în mare măsură caracteristicile de performanță.

Scopul principal al sistemului de automatizare a bombei a fost de a efectua o explozie nucleară în punct dat traiectorii. O parte din echipamentul electric al bombei a fost plasată pe aeronava de transport, iar elementele sale individuale au fost plasate pe o sarcină nucleară.
Pentru a îmbunătăți fiabilitatea funcționării produsului, elementele individuale ale detonării automate au fost realizate conform unei scheme cu două canale (duplicate). În caz de defecțiune a sistemelor de siguranțe de mare altitudine, în proiectarea bombei a fost prevăzut un dispozitiv special (senzor de impact) pentru a efectua o explozie nucleară atunci când bomba a lovit pământul.

Deja în stadiul inițial al dezvoltării armelor nucleare, a devenit evident că studiul proceselor care au loc în încărcătură ar trebui să urmeze calea computațională și experimentală, ceea ce a făcut posibilă corectarea analizei teoretice pe baza rezultatelor experimentale ale experimentelor. date privind caracteristicile gaz-dinamice ale încărcăturilor nucleare.

Într-un aspect general, testarea gaz-dinamică a unei sarcini nucleare a inclus o serie de studii legate de realizarea de experimente și înregistrarea proceselor rapide, inclusiv propagarea undelor de detonare și de șoc în medii eterogene.

Studiul proprietăților substanțelor în stadiul gaz-dinamic al funcționării sarcinilor nucleare, când intervalul de presiune atinge sute de milioane de atmosfere, a necesitat dezvoltarea unor metode de cercetare fundamental noi, a căror cinetică a necesitat o precizie ridicată - până la sutimi de microsecundă. Astfel de cerințe au condus la dezvoltarea de noi metode de înregistrare a proceselor de mare viteză. În Sectorul de Cercetare al KB-11 au fost puse bazele fotocronografiei interne de mare viteză, cu o viteză de baleiaj de până la 10 km/s și o viteză de fotografiere de aproximativ un milion de cadre pe secundă. Reportofonul de mare viteză dezvoltat de A.D. Zakharenkov, G.D. Sokolov și V.K. Fizica chimicăîn 1950.

Rețineți că acest fotocronograf condus de o turbină cu aer deja la acel moment furniza o viteză de baleiaj a imaginii de 7 km/s. Parametrii dispozitivului serial SFR (1950) creat pe baza acestuia cu o acționare de la un motor electric sunt mai modesti - până la 3,5 km / s.

E.K.Zavoisky

Pentru calculul-fundamentarea teoretică a funcționalității primului produs, a fost esențial important să se cunoască parametrii stării PW din spatele frontului undei de detonare, precum și dinamica compresiei simetrice sferice a părții centrale a produsul. În acest scop, în 1948, E.K. Zavoisky a propus și dezvoltat o metodă electromagnetică de înregistrare a vitezelor de masă ale produselor de explozie în spatele frontului undelor de detonare, atât într-o explozie plată, cât și într-o explozie sferică.

Distribuția vitezei produselor de explozie a fost efectuată în paralel și prin metoda radiografiei pulsate de către V.A. Tsukerman și colaboratorii.

Pentru a înregistra procese rapide, au fost create înregistratoare multicanal unice ETAR-1 și ETAR-2, dezvoltate de E.A. Etingof și M.S. Tarasov, cu o rezoluție în timp apropiată de nanosecundă. Ulterior, aceste recordere au fost înlocuite cu dispozitivul serial OK-4 dezvoltat de A.I. Sokolik (IKhP AN).

Utilizarea de noi metode și noi înregistratoare în studiile KB-11 a făcut posibilă obținerea datelor necesare privind compresibilitatea dinamică a materialelor structurale deja la începutul lucrărilor de creare a armelor atomice.

Studiile experimentale ale constantelor substanțelor de lucru care alcătuiesc schema fizică a sarcinii au creat fundamentul pentru verificarea conceptelor fizice ale proceselor care au loc în sarcină în stadiul gaz-dinamic al funcționării acesteia.

Structura generală a bombei atomice

Principalele elemente ale armelor nucleare sunt:

• cadru
• sistem de automatizare

Carcasa este concepută pentru a găzdui o încărcătură nucleară și un sistem de automatizare și, de asemenea, le protejează de efectele mecanice și, în unele cazuri, de efectele termice. Sistemul de automatizare asigură explozia unei sarcini nucleare la un moment dat și exclude funcționarea ei accidentală sau prematură. Include:

• sistem de siguranță și armare
• sistem de detonare de urgență
• sistem de detonare a încărcăturii
• sursă de putere
• subminarea sistemului de senzori

Mijloace de livrare arme nucleare pot fi rachete balistice, rachete de croazieră și antiaeriene, aviație. Munițiile nucleare sunt folosite pentru a echipa bombe aeriene, mine terestre, torpile, obuze de artilerie (203,2 mm SG și 155 mm SG-USA).

Au fost inventate diverse sisteme pentru a detona bomba atomică. Cel mai simplu sistem este o armă de tip injector în care un proiectil din material fisionabil se prăbușește în țintă, formând o masă supercritică. Bomba atomică aruncată de Statele Unite pe Hiroshima pe 6 august 1945 avea un detonator de tip injecție. Și avea un echivalent energetic de aproximativ 20 de kilotone de TNT.

Muzeul Armelor Nucleare

Muzeul Istoric și Memorial al Armelor Nucleare RFNC-VNIIEF (Centrul Federal Nuclear Rus - Institutul de Cercetare a Fizicii Experimentale All-Russian) a fost deschis la Sarov la 13 noiembrie 1992. Acesta este primul muzeu din țară care povestește despre principalele etape ale creării scutului nuclear intern. Primele exponate ale muzeului au apărut în fața vizitatorilor săi în această zi în clădirea fostei școli tehnice, unde se află acum muzeul.

Exponatele sale sunt mostre de produse care au devenit legende în istoria industriei nucleare a țării. Până de curând, la ce au lucrat cei mai mari experți a fost un uriaș secret de stat nu numai pentru simplii muritori, ci și pentru dezvoltatorii de arme nucleare înșiși.

Expoziția muzeului conține exponate de la primul eșantion de testare din 1949 până în prezent.

1. BOMBA ATOMICĂ: COMPOZIȚIA, CARACTERISTICILE LUPȚIILOR ȘI SCOPUL CREAȚIEI

Înainte de a începe studiul structurii bombei atomice, este necesar să înțelegem terminologia pe această problemă. Deci, în cercurile științifice, există termeni speciali care reflectă caracteristicile armelor atomice. Dintre acestea, evidențiem următoarele:

Bombă atomică - numele original al unei bombe nucleare de aviație, a cărei acțiune se bazează pe o reacție în lanț de fisiune nucleară explozivă. Odată cu apariția așa-numitei bombe cu hidrogen, bazată pe o reacție de fuziune termonucleară, a fost stabilit un termen comun pentru ei - o bombă nucleară.

O bombă nucleară este o bombă aeriană cu o încărcătură nucleară care are o mare putere distructivă. Primele două bombe nucleare cu un echivalent TNT de aproximativ 20 kt fiecare au fost aruncate de avioanele americane asupra orașelor japoneze Hiroshima și, respectiv, Nagasaki, la 6 și 9 august 1945, și au provocat victime și distrugeri enorme. Bombele nucleare moderne au un echivalent TNT de zeci până la milioane de tone.

Nuclear sau armă atomică- o armă explozivă bazată pe utilizarea energiei nucleare eliberată în timpul unei reacții de fisiune nucleară în lanț a nucleelor ​​grele sau a unei reacții de fuziune termonucleară a nucleelor ​​ușoare.

Se referă la armele de distrugere în masă (ADM) împreună cu armele biologice și chimice.

Arme nucleare - un set de arme nucleare, mijloace de livrare a acestora către țintă și controale. Se referă la armele de distrugere în masă; are o putere distructivă extraordinară. Din acest motiv, SUA și URSS au investit masiv în dezvoltarea armelor nucleare. În funcție de puterea încărcăturilor și raza de acțiune, armele nucleare sunt împărțite în tactice, operațional-tactice și strategice. Folosirea armelor nucleare în război este dezastruoasă pentru întreaga omenire.

O explozie nucleară este procesul de eliberare instantanee a unei cantități mari de energie intranucleară într-un volum limitat.

Acțiunea armelor atomice se bazează pe reacția de fisiune a nucleelor ​​grele (uraniu-235, plutoniu-239 și, în unele cazuri, uraniu-233).

Uraniul-235 este folosit în armele nucleare, deoarece, spre deosebire de izotopul mai comun uraniu-238, poate desfășura o reacție nucleară în lanț autosusținută.

Plutoniul-239 este denumit și „plutoniu de calitate pentru arme” deoarece este destinat să creeze arme nucleare, iar conținutul izotopului 239Pu trebuie să fie de cel puțin 93,5%.

Pentru a reflecta structura și compoziția bombei atomice, ca prototip, analizăm bomba cu plutoniu „Fat Man” (Fig. 1) aruncată pe 9 august 1945 pe orașul japonez Nagasaki.

explozia bombei nucleare atomice

Figura 1 - Bombă atomică „Fat Man”

Dispunerea acestei bombe (tipic pentru munițiile monofazate cu plutoniu) este aproximativ următoarea:

Inițiator de neutroni - o minge de beriliu cu un diametru de aproximativ 2 cm, acoperită cu un strat subțire de aliaj de ytriu-poloniu sau metal poloniu-210 - sursa primară de neutroni pentru o scădere bruscă a masei critice și accelerarea debutului reacţie. Se declanșează în momentul transferării miezului de luptă într-o stare supercritică (în timpul compresiei, apare un amestec de poloniu și beriliu cu eliberarea unui număr mare de neutroni). În prezent, pe lângă acest tip de inițiere, inițierea termonucleară (TI) este mai frecventă. Inițiator termonuclear (TI). Este situat în centrul încărcăturii (similar cu NI) unde se află o cantitate mică de material termonuclear, al cărui centru este încălzit de o undă de șoc convergentă și în procesul unei reacții termonucleare pe fundalul temperaturilor. care au apărut, se produce o cantitate semnificativă de neutroni, suficientă pentru inițierea cu neutroni a unei reacții în lanț (Fig. 2).

Plutoniu. Utilizați cel mai pur izotop de plutoniu-239, deși pentru a crește stabilitatea proprietăți fizice(densitatea) și îmbunătățirea compresibilității încărcăturii plutoniul este dopat cu o cantitate mică de galiu.

O carcasă (de obicei făcută din uraniu) care servește drept reflector de neutroni.

Manta de compresie din aluminiu. Oferă o uniformitate mai mare a compresiei printr-o undă de șoc, protejând în același timp părțile interne ale încărcăturii de contactul direct cu explozivi și produșii fierbinți ai descompunerii acesteia.

Un exploziv cu un sistem complex de detonare care asigură detonarea întregului exploziv este sincronizată. Sincronitatea este necesară pentru a crea o undă de șoc compresivă strict sferică (direcționată în interiorul mingii). O undă nesferică duce la ejectarea materialului mingii prin neomogenitate și imposibilitatea creării unei mase critice. Crearea unui astfel de sistem pentru localizarea explozibililor și a detonației a fost la un moment dat una dintre cele mai dificile sarcini. Se folosește o schemă combinată (sistem de lentile) de explozivi „rapidi” și „lenti”.

Corp din elemente ștanțate duraluminiu - două capace sferice și o curea conectată prin șuruburi.

Figura 2 - Principiul de funcționare al bombei cu plutoniu

Centrul unei explozii nucleare este punctul în care are loc o fulgerare sau se află centrul mingii de foc, iar epicentrul este proiecția centrului de explozie pe suprafața pământului sau a apei.

Armele nucleare sunt cel mai puternic și mai periculos tip de arme de distrugere în masă, amenințând întreaga omenire cu distrugerea și distrugerea fără precedent a milioane de oameni.

Dacă o explozie are loc pe sol sau destul de aproape de suprafața sa, atunci o parte din energia exploziei este transferată la suprafața Pământului sub formă de vibrații seismice. Are loc un fenomen care, prin trăsăturile sale, seamănă cu un cutremur. În urma unei astfel de explozii, se formează unde seismice, care se propagă prin grosimea pământului pe distanțe foarte mari. Efectul distructiv al valului este limitat la o rază de câteva sute de metri.

Ca urmare a temperaturii extrem de ridicate a exploziei, apare un fulger strălucitor de lumină, a cărui intensitate este de sute de ori mai mare decât intensitatea razelor solare care cad pe Pământ. Un bliț eliberează o cantitate imensă de căldură și lumină. Radiația luminoasă provoacă arderea spontană a materialelor inflamabile și arde pielea oamenilor pe o rază de mulți kilometri.

La explozie nucleara apar radiatii. Durează aproximativ un minut și are o putere de penetrare atât de mare încât sunt necesare adăposturi puternice și fiabile pentru a proteja împotriva ei la distanțe apropiate.

O explozie nucleară este capabilă să distrugă sau să invalideze instantaneu oamenii neprotejați, echipamentele, structurile și diversele materiale aflate în picioare în mod deschis. Principalii factori dăunători ai unei explozii nucleare (PFYAV) sunt:

undă de șoc;

radiații luminoase;

radiații penetrante;

contaminarea radioactivă a zonei;

impuls electromagnetic (EMP).

În timpul unei explozii nucleare în atmosferă, distribuția energiei eliberate între PNF-uri este aproximativ următoarea: aproximativ 50% pentru unda de șoc, 35% pentru ponderea radiației luminoase, 10% pentru contaminarea radioactivă și 5% pentru penetrare. radiații și EMP.

Contaminarea radioactivă a oamenilor, echipamentelor militare, terenului și diferitelor obiecte în timpul unei explozii nucleare este cauzată de fragmentele de fisiune ale substanței de încărcare (Pu-239, U-235) și de partea nereacționată a încărcăturii care cade din norul de explozie, precum și ca izotopi radioactivi formați în sol și alte materiale sub influența neutronilor – activitate indusă. În timp, activitatea fragmentelor de fisiune scade rapid, mai ales în primele ore după explozie. Deci, de exemplu, activitatea totală a fragmentelor de fisiune în explozia unei arme nucleare cu o putere de 20 kT într-o zi va fi de câteva mii de ori mai mică de un minut după explozie.

Analiza eficacității aplicării integrate a măsurilor anti-jamming pentru îmbunătățirea stabilității funcționării facilităților de comunicații în condițiile contramăsurilor radio inamice

Avand in vedere nivelul dotarii tehnice, se va efectua o analiza a fortelor si mijloacelor de razboi electronic pentru batalionul de recunoastere si razboi electronic (R si EW) al diviziei mecanizate (MD) a SV. batalionul de recunoaștere și război electronic al Ministerului Afacerilor Externe al SUA include)