Jadrová zbraň- zbrane strategickej povahy, schopné riešiť globálne problémy. Jeho používanie je spojené s hroznými následkami pre celé ľudstvo. To robí z atómovej bomby nielen hrozbu, ale aj odstrašujúci prostriedok.

Objavenie sa zbraní schopných ukončiť vývoj ľudstva znamenalo jeho začiatok Nová éra. Pravdepodobnosť globálny konflikt alebo nová svetová vojna je minimalizovaná kvôli možnosti totálneho zničenia celej civilizácie.

Napriek takýmto hrozbám sú jadrové zbrane naďalej v prevádzke s poprednými svetovými krajinami. Práve to sa do určitej miery stáva určujúcim faktorom medzinárodnej diplomacie a geopolitiky.

História jadrovej bomby

Otázka, kto vynašiel jadrovú bombu, nemá v histórii jednoznačnú odpoveď. Objav rádioaktivity uránu sa považuje za predpoklad práce na atómových zbraniach. V roku 1896 francúzsky chemik A. Becquerel objavil reťazovú reakciu tohto prvku, čím inicioval rozvoj jadrovej fyziky.

V nasledujúcom desaťročí boli objavené lúče alfa, beta a gama, ako aj množstvo rádioaktívnych izotopov niektorých chemických prvkov. Následné objavenie zákona rádioaktívny rozpad atóm bol začiatkom štúdia jadrovej izometrie.

V decembri 1938 dokázali nemeckí fyzici O. Hahn a F. Strassmann ako prví uskutočniť jadrovú štiepnu reakciu v umelých podmienkach. 24. apríla 1939 bolo vedenie Nemecka informované o pravdepodobnosti vytvorenia novej silnej výbušniny.

Nemecký jadrový program bol však odsúdený na neúspech. Napriek úspešnému napredovaniu vedcov mala krajina v dôsledku vojny neustále ťažkosti so zdrojmi, najmä s dodávkami ťažkej vody. V neskorších fázach bol prieskum spomaľovaný neustálymi evakuáciami. 23. apríla 1945 bol vývoj nemeckých vedcov zachytený v Haigerlochu a odvezený do USA.

USA boli prvou krajinou, ktorá prejavila záujem o nový vynález. V roku 1941 boli na jeho rozvoj a vytvorenie vyčlenené značné finančné prostriedky. Prvé testy sa uskutočnili 16. júla 1945. O necelý mesiac neskôr Spojené štáty prvýkrát použili jadrové zbrane a zhodili dve bomby na Hirošimu a Nagasaki.

Od roku 1918 prebieha v ZSSR vlastný výskum v oblasti jadrovej fyziky. Komisia pre atómové jadro bola založená v roku 1938 na Akadémii vied. S vypuknutím vojny však bola jej činnosť v tomto smere pozastavená.

V roku 1943 dostali informácie o vedeckej práci v jadrovej fyzike sovietski spravodajskí dôstojníci z Anglicka. Agenti boli uvedení do niekoľkých výskumných centier v USA. Informácie, ktoré získali, umožnili urýchliť vývoj ich vlastných jadrových zbraní.

Vynález sovietskej atómovej bomby viedli I. Kurčatov a Yu. Khariton, ktorí sú považovaní za tvorcov sovietskej atómovej bomby. Informácie o tom sa stali impulzom pre prípravu Spojených štátov na preventívnu vojnu. V júli 1949 bol vypracovaný trojanský plán, podľa ktorého sa 1. januára 1950 plánovalo začať bojové akcie.

Neskôr sa dátum presunul na začiatok roku 1957, berúc do úvahy, že všetky krajiny NATO sa mohli pripraviť a zapojiť sa do vojny. Podľa západnej rozviedky sa jadrový test v ZSSR mohol uskutočniť až v roku 1954.

Prípravy USA na vojnu však boli známe už vopred, čo prinútilo sovietskych vedcov urýchliť výskum. V krátkom čase vymyslia a vytvoria vlastnú jadrovú bombu. 29. augusta 1949 bola na testovacom mieste v Semipalatinsku testovaná prvá sovietska atómová bomba RDS-1 (špeciálny prúdový motor).

Testy ako tieto prekazili trójsky plán. Odvtedy Spojené štáty prestali mať monopol na jadrové zbrane. Bez ohľadu na silu preventívneho úderu hrozila odveta, ktorá hrozila katastrofou. Od tej chvíle sa najstrašnejšia zbraň stala garantom mieru medzi veľmocami.

Princíp činnosti

Princíp fungovania atómovej bomby je založený na reťazovej reakcii rozpadu ťažkých jadier alebo termonukleárnej fúzii pľúc. Počas týchto procesov sa uvoľňuje obrovské množstvo energie, ktorá mení bombu na zbraň hromadného ničenia.

24. septembra 1951 bol testovaný RDS-2. Mohli byť už doručené na štartovacie body, aby sa dostali do Spojených štátov. 18. októbra bol testovaný RDS-3, dodaný bombardérom.

Ďalšie testy sa presunuli na termonukleárnu fúziu. Prvé testy takejto bomby v USA sa uskutočnili 1. novembra 1952. V ZSSR bola takáto hlavica testovaná po 8 mesiacoch.

TX jadrovej bomby

Jadrové bomby nemajú jasné vlastnosti kvôli rôznorodosti použitia takejto munície. Existuje však množstvo všeobecných aspektov, ktoré treba brať do úvahy pri vytváraní tejto zbrane.

Tie obsahujú:

• osovo symetrická konštrukcia bomby - všetky bloky a systémy sú umiestnené v pároch v kontajneroch valcového, guľového alebo kužeľového tvaru;
• znížiť hmotnosť počas návrhu atómová bomba kombináciou pohonných jednotiek, výberom optimálneho tvaru škrupín a priehradiek, ako aj použitím odolnejších materiálov;
• počet drôtov a konektorov je minimalizovaný a na prenos nárazu sa používa pneumatické potrubie alebo výbušná šnúra;
• blokovanie hlavných uzlov sa vykonáva pomocou priečok zničených pyronábojmi;
• účinné látky sa čerpajú pomocou samostatnej nádoby alebo externého nosiča.

S prihliadnutím na požiadavky na zariadenie sa jadrová bomba skladá z nasledujúcich komponentov:

• puzdro, ktoré poskytuje ochranu munície pred fyzikálnymi a tepelnými vplyvmi - je rozdelené na priehradky, môže byť vybavené silovým rámom;
• jadrová nálož so silovým držiakom;
• systém samodeštrukcie s jeho integráciou do jadrovej nálože;
• zdroj energie určený na dlhodobé skladovanie - aktivuje sa už pri štarte rakety;
• vonkajšie senzory - zbierať informácie;
• naťahovacie, riadiace a detonačné systémy, detonačné systémy sú zabudované v náloži;
• systémy na diagnostiku, vykurovanie a udržiavanie mikroklímy v uzavretých priestoroch.

V závislosti od typu jadrovej bomby sú do nej integrované ďalšie systémy. Medzi nimi môže byť letový senzor, blokovacia konzola, výpočet letových možností, autopilot. Niektoré munície tiež používajú rušičky určené na zníženie odporu voči jadrovej bombe.

Následky použitia takejto bomby

„Ideálne“ dôsledky použitia jadrových zbraní boli zaznamenané už pri bombardovaní Hirošimy. Nálož explodovala vo výške 200 metrov, čo vyvolalo silnú rázovú vlnu. V mnohých domoch boli prevrátené kachle na uhlie, čo spôsobilo požiare aj mimo zasiahnutej oblasti.

Po záblesku svetla nasledoval úpal, ktorý trval niekoľko sekúnd. Jeho sila však stačila na roztavenie kachlíc a kremeňa v okruhu 4 km, ako aj na postrek telegrafných stĺpov.

Po vlne horúčav nasledovala rázová vlna. Rýchlosť vetra dosahovala 800 km/h, jeho náraz zničil takmer všetky budovy v meste. Zo 76 tisíc budov sa čiastočne zachovalo asi 6 tisíc, zvyšok bol úplne zničený.

Vlna horúčav, ako aj stúpajúca para a popol spôsobili silnú kondenzáciu v atmosfére. O pár minút neskôr začalo pršať s kvapkami čiernymi od popola. Ich kontakt s pokožkou spôsobil ťažké neliečiteľné popáleniny.

Ľudia, ktorí sa nachádzali v okruhu 800 metrov od epicentra výbuchu, zhoreli na prach. Zvyšok bol vystavený ožiareniu a chorobe z ožiarenia. Jej príznaky boli slabosť, nevoľnosť, vracanie a horúčka. Došlo k prudkému poklesu počtu bielych krviniek v krvi.

V priebehu niekoľkých sekúnd bolo zabitých asi 70 tisíc ľudí. Rovnaký počet neskôr zomrel na zranenia a popáleniny.

O 3 dni neskôr bola na Nagasaki zhodená ďalšia bomba s podobnými následkami.

Zásoby jadrových zbraní vo svete

Hlavné zásoby jadrových zbraní sú sústredené v Rusku a Spojených štátoch. Okrem nich majú atómové bomby tieto krajiny:

• Veľká Británia - od roku 1952;
• Francúzsko - od roku 1960;
• Čína - od roku 1964;
• India - od roku 1974;
• Pakistan – od roku 1998;
• Severná Kórea - od roku 2008.

Izrael vlastní aj jadrové zbrane, hoci vedenie krajiny to oficiálne nepotvrdilo.

Nakoniec sa hmota napriek tomu rozletí, štiepenie sa zastaví, ale proces sa tým nekončí: energia sa prerozdelí medzi ionizované fragmenty oddelených jadier a ostatné častice emitované počas štiepenia. Ich energia je rádovo v desiatkach a dokonca stovkách MeV, ale iba elektricky neutrálne vysokoenergetické gama kvantá a neutróny majú šancu vyhnúť sa interakcii s hmotou a „uniknúť“. Nabité častice rýchlo strácajú energiu pri zrážkach a ionizáciách. V tomto prípade sa vyžaruje žiarenie – už však nie je tvrdé jadrové, ale mäkšie, s energiou o tri rády nižšou, no stále viac ako postačujúcou na vyrazenie elektrónov z atómov – nielen z vonkajších obalov, ale v všeobecne všetko. Neporiadok holých jadier, elektrónov z nich odstránených a žiarenie s hustotou gramov na centimeter kubický (skúste si predstaviť, ako dobre sa môžete opaľovať pod svetlom, ktoré nadobudlo hustotu hliníka!) - to všetko pred chvíľou bol náboj - dostáva sa do akejsi rovnováhy . Vo veľmi mladej ohnivej guli je stanovená teplota rádovo desiatok miliónov stupňov.

Ohnivá guľa

Mohlo by sa zdať, že aj mäkké, ale pohybujúce sa rýchlosťou svetla by žiarenie malo zanechávať ďaleko za látkou, ktorá ho vyvolala, ale nie je to tak: v studenom vzduchu je rozsah energetických kvánt keV v centimetroch a oni to robia. sa nepohybuje v priamom smere, ale mení smer pohybu, ktorý sa opätovne vyžaruje pri každej interakcii. Quanta ionizuje vzduch, šíri sa v ňom, ako čerešňová šťava naliata do pohára vody. Tento jav sa nazýva radiačná difúzia.

Mladá ohnivá guľa výbuchu o sile 100 kt, pár desiatok nanosekúnd po ukončení štiepenia, má polomer 3 m a teplotu takmer 8 miliónov kelvinov. Ale po 30 mikrosekundách je jeho polomer 18 m, avšak teplota klesne pod milión stupňov. Lopta požiera priestor a ionizovaný vzduch za jej prednou stranou sa takmer nehýbe: žiarenie na ňu počas difúzie nemôže preniesť významnú hybnosť. Ale pumpuje obrovskú energiu do tohto vzduchu, ohrieva ho, a keď energia žiarenia vyschne, guľa začne rásť v dôsledku expanzie horúcej plazmy a praskne zvnútra s tým, čo bývalo nábojom. Plazmová škrupina sa rozpína ​​ako nafúknutá bublina a stáva sa tenšou. Na rozdiel od bubliny ju samozrejme nič nenafukuje: vo vnútri nezostala takmer žiadna látka, zotrvačnosťou to všetko letí zo stredu, ale 30 mikrosekúnd po výbuchu je rýchlosť tohto letu viac ako 100 km/s a hydrodynamický tlak v látke — viac ako 150 000 atm! Škrupina nie je určená na to, aby sa stala príliš tenkou, praskne a vytvorí „pľuzgiere“.

Vo vákuovej neutrónovej trubici, medzi terčom (katódou) nasýteným tríciom 1 a anódovou zostavou 2, sa aplikuje impulzné napätie sto kilovoltov. Keď je napätie maximálne, je potrebné, aby sa medzi anódou a katódou objavili ióny deutéria, ktoré treba urýchliť. Na tento účel sa používa iónový zdroj. Na jej anódu 3 je aplikovaný zapaľovací impulz a výboj prechádzajúci cez povrch keramiky 4 nasýtenej deutériom vytvára ióny deutéria. Pri zrýchlení bombardujú terč nasýtený tríciom, v dôsledku čoho sa uvoľní energia 17,6 MeV a vytvoria sa neutróny a jadrá hélia-4. Zložením častíc a dokonca aj energetickým výťažkom je táto reakcia totožná s fúziou, procesom fúzie ľahkých jadier. V 50-tych rokoch si to mnohí mysleli, ale neskôr sa ukázalo, že v trubici dochádza k „rozpadu“: buď protón, alebo neutrón (ktorého deutériový ión je urýchlený elektrické pole) "uviazne" v cieľovom jadre (trícium). Ak dôjde k uviaznutiu protónu, neutrón sa odlomí a uvoľní sa.

Ktorý z mechanizmov prenosu energie ohnivej gule do prostredia prevládne, závisí od sily výbuchu: ak je veľký, hlavnú úlohu zohráva difúzia žiarenia, ak je malý, expanzia plazmovej bubliny. Je jasné, že je možný aj prechodný prípad, keď sú oba mechanizmy účinné.

Proces zachytáva nové vrstvy vzduchu, už nie je dostatok energie na odstránenie všetkých elektrónov z atómov. Energia ionizovanej vrstvy a úlomkov plazmovej bubliny vysychajú, už nie sú schopné posunúť pred sebou obrovskú hmotu a citeľne spomaliť. Ale to, čo bol vzduch pred výbuchom, sa pohne, odtrhne sa od lopty, pohltí ďalšie a ďalšie vrstvy studeného vzduchu... Začína sa vytváranie rázovej vlny.

Rázová vlna a atómový hríb

Keď sa rázová vlna oddelí od ohnivej gule, zmení sa charakteristika vyžarujúcej vrstvy a prudko sa zvýši sila žiarenia v optickej časti spektra (tzv. prvé maximum). Ďalej si konkurujú procesy luminiscencie a zmeny priehľadnosti okolitého vzduchu, čo vedie k realizácii druhého maxima, ktoré je síce menej výkonné, ale oveľa dlhšie – natoľko, že výstup svetelnej energie je väčší ako v prvé maximum.

V blízkosti výbuchu sa všetko okolo vyparí, preč - topí sa, ale ešte ďalej, kde je tepelný tok už nedostatočný na roztavenie pevné látky, pôda, skaly, domy tečú ako kvapalina, pod monštruóznym tlakom plynu, ktorý ničí všetky pevnostné väzby, rozpálené na neznesiteľnú žiaru pre oči.

Nakoniec rázová vlna postupuje ďaleko od bodu výbuchu, kde zostáva uvoľnený a zoslabnutý, ale mnohonásobne expandovaný oblak kondenzovaných pár, ktorý sa zmenil na najmenší a veľmi rádioaktívny prach toho, čo bolo plazmou nálože a čo. ukázalo sa, že je vo svojej hroznej hodine blízko k miestu, od ktorého by sa človek mal držať čo najďalej. Oblak začína stúpať. Ochladzuje sa, mení svoju farbu, „nasadzuje“ si bielu čiapku skondenzovanej vlhkosti, po ktorej nasleduje prach z povrchu zeme, tvoriaci „nohu“ toho, čo sa bežne nazýva „atómový hríb“.

neutrónová iniciácia

Pozorní čitatelia vedia s ceruzkou v ruke odhadnúť uvoľnenie energie pri výbuchu. Keď je zostava v superkritickom stave rádovo mikrosekúnd, vek neutrónov je rádovo pikosekundy a multiplikačný faktor je menší ako 2, uvoľní sa asi gigajoul energie, čo zodpovedá .. 250 kg TNT. A kde sú tie kilo- a megatony?

Neutróny - pomalé a rýchle

V neštiepnej látke, „odskakujúcej“ jadrá, im neutróny odovzdávajú časť svojej energie, čím väčšie, tým ľahšie (hmotnostne bližšie) jadrá sú. Než v viac zrážky zahŕňali neutróny, tým viac sa spomaľujú a nakoniec dochádzajú tepelná rovnováha s okolitou hmotou - termalizácia (trvá to milisekundy). Rýchlosť tepelných neutrónov je 2200 m/s (energia 0,025 eV). Neutróny môžu z moderátora uniknúť, sú zachytené jeho jadrami, ale so spomalením sa ich schopnosť vstúpiť do jadrových reakcií výrazne zvyšuje, takže neutróny, ktoré sa „nestratí“, viac ako kompenzujú pokles počtu.
Ak je teda guľa štiepnej hmoty obklopená moderátorom, veľa neutrónov opustí moderátora alebo sa v ňom pohltí, no nájdu sa aj také, ktoré sa do gule vrátia („odrazia“) a keď stratia energiu, je oveľa pravdepodobnejšie, že spôsobia štiepne akty. Ak je guľa obklopená vrstvou berýlia s hrúbkou 25 mm, potom je možné ušetriť 20 kg U235 a stále dosiahnuť kritický stav zostavy. Takéto úspory sa však vyplácajú časom: každá nasledujúca generácia neutrónov, skôr než spôsobí štiepenie, sa musí najskôr spomaliť. Toto oneskorenie znižuje počet generácií neutrónov produkovaných za jednotku času, čo znamená, že uvoľňovanie energie je oneskorené. Čím menej štiepneho materiálu je v zostave, tým viac moderátora je potrebných na vývoj reťazovej reakcie a štiepenie prebieha na neutrónoch s čoraz nižšou energiou. V hraničnom prípade, keď sa kritickosť dosiahne iba na tepelných neutrónoch, napríklad v roztoku uránových solí v dobrom moderátore - vode, je hmotnosť zostáv stovky gramov, ale roztok jednoducho pravidelne vrie. Uvoľnené bublinky pary znižujú priemernú hustotu štiepnej látky, reťazová reakcia sa zastaví a keď bubliny opustia kvapalinu, štiepny záblesk sa zopakuje (ak je nádoba upchatá, para ju rozbije - to však bude tepelný výbuch, bez všetkých typických „jadrových“ znakov).

Faktom je, že reťazec štiepení v zostave nezačína jediným neutrónom: v požadovanej mikrosekunde sa ich do superkritickej zostavy vstreknú milióny. V prvých jadrových náložách sa na to používali izotopové zdroje umiestnené v dutine vo vnútri plutóniovej zostavy: polónium-210 sa v momente stlačenia spojilo s berýliom a svojimi alfa časticami spôsobilo emisiu neutrónov. Všetky izotopové zdroje sú však dosť slabé (v prvom americkom produkte sa vygenerovalo menej ako milión neutrónov za mikrosekundu) a polónium už veľmi rýchlo podlieha skaze – len za 138 dní zníži svoju aktivitu na polovicu. Preto boli izotopy nahradené menej nebezpečnými (nevyžarujúce, keď nie sú zapnuté), a čo je najdôležitejšie, intenzívnejšie vyžarujúce neutrónové trubice (pozri bočný panel): stovky miliónov neutrónov sa rodia v priebehu niekoľkých mikrosekúnd (trvanie vytvoreného impulzu pri trubici). Ak to však nefunguje alebo nefunguje v správnom čase, dôjde k takzvanému prasknutiu alebo „zilch“ - tepelnému výbuchu s nízkym výkonom.

Atómová bomba je projektil na vyvolanie výbuchu veľkej sily v dôsledku veľmi rýchleho uvoľnenia jadrovej (atómovej) energie.

Ako fungujú atómové bomby

Jadrový náboj je rozdelený na niekoľko častí na kritickú veľkosť, takže v každej z nich nemohla začať samorozvíjajúca sa nekontrolovaná reťazová reakcia štiepenia atómov štiepnej látky. Takáto reakcia nastane len vtedy, keď sa všetky časti náboja rýchlo spoja do jedného celku. Úplnosť reakcie a v konečnom dôsledku aj sila výbuchu závisí vo veľkej miere od rýchlosti priblíženia jednotlivých častí. Na komunikáciu vysokorýchlostných častí nálože môžete použiť výbuch konvenčných výbušnín. Ak sú časti jadrovej nálože usporiadané v radiálnych smeroch v určitej vzdialenosti od stredu a nálože TNT sú umiestnené zvonka, potom je možné vykonať výbuch konvenčných náloží nasmerovaných do stredu jadrovej nálože. Všetky časti jadrovej nálože sa nielenže s veľkou rýchlosťou spoja do jedného celku, ale budú aj nejaký čas stláčané zo všetkých strán obrovským tlakom produktov výbuchu a nebudú sa môcť okamžite oddeliť, akonáhle dôjde k jadrová reťazová reakcia začína v náboji. V dôsledku toho dôjde k oveľa väčšiemu rozdeleniu ako bez takejto kompresie a následne sa zvýši sila výbuchu. Zvýšenie sily výbuchu pri rovnakom množstve štiepneho materiálu uľahčuje aj neutrónový reflektor (najúčinnejšími reflektormi sú berýliové< Be >, grafit, ťažká voda< H3O >). Na prvé štiepenie, ktoré by spustilo reťazovú reakciu, je potrebný aspoň jeden neutrón. Nie je možné počítať s včasným spustením reťazovej reakcie pôsobením neutrónov, ktoré sa objavujú počas spontánneho (spontánneho) jadrového štiepenia, pretože vyskytuje sa pomerne zriedkavo: pre U-235 - 1 rozpad za hodinu na 1 g. látok. V atmosfére je tiež veľmi málo neutrónov, ktoré existujú vo voľnej forme: cez S = 1 cm/sq. za sekundu preletí okolo 6 neutrónov. Z tohto dôvodu sa v jadrovej náloži používa umelý zdroj neutrónov – akýsi uzáver jadrovej rozbušky. Poskytuje tiež veľa štiepení začínajúcich súčasne, takže reakcia prebieha vo forme jadrového výbuchu.

Možnosti detonácie (kanónové a implozívne schémy)

Existujú dve hlavné schémy na odpálenie štiepnej nálože: delo, inak nazývané balistické, a implozívne.

"Schéma kanónu" bola použitá v niektorých modeloch jadrových zbraní prvej generácie. Podstatou kanónovej schémy je vystreliť náložou pušného prachu jeden blok štiepneho materiálu podkritickej hmotnosti („guľka“) na druhý – nehybný („terč“). Bloky sú navrhnuté tak, že po spojení sa ich celková hmotnosť stane nadkritickou.

Tento spôsob detonácie je možný len pri uránovej munícii, keďže plutónium má o dva rády vyššie neutrónové pozadie, čo dramaticky zvyšuje pravdepodobnosť predčasného vývoja reťazovej reakcie pred spojením blokov. To vedie k neúplnému uvoľneniu energie (tzv. „fizz“, angl. Pre implementáciu kanónovej schémy do plutóniovej munície je potrebné zvýšiť rýchlosť spájania častí náboja na technicky nedosiahnuteľnú úroveň. urán je lepší ako plutónium, odoláva mechanickému preťaženiu.

implozívna schéma. Táto detonačná schéma zahŕňa získanie superkritického stavu stlačením štiepneho materiálu sústredenou rázovou vlnou vytvorenou výbuchom chemických výbušnín. Na zaostrenie rázovej vlny sa používajú takzvané výbušné šošovky a explózia sa vykonáva súčasne v mnohých bodoch s presnosťou. Vytvorenie takéhoto systému na lokalizáciu výbušnín a detonácie bolo svojho času jednou z najťažších úloh. Vytvorenie zbiehajúcej sa rázovej vlny bolo zabezpečené použitím výbušných šošoviek z „rýchlych“ a „pomalých“ trhavín – TATV (Triaminotrinitrobenzén) a baratol (zmes trinitrotoluénu s dusičnanom bárnatým), a niektorých aditív)

V oblasti jadrového výbuchu sa rozlišujú dve kľúčové oblasti: stred a epicentrum. V centre výbuchu prebieha priamo proces uvoľňovania energie. Epicentrum je projekcia tohto procesu na zemský alebo vodný povrch. Energia jadrového výbuchu premietnutá na zem môže viesť k seizmickým otrasom, ktoré sa šíria na značnú vzdialenosť. Tieto otrasy poškodzujú životné prostredie len v okruhu niekoľkých stoviek metrov od miesta výbuchu.

Ovplyvňujúce faktory

atómových zbraní má nasledujúce faktory:

1. rádioaktívnej kontaminácii.
2. Vyžarovanie svetla.
3. rázová vlna.
4. elektromagnetického impulzu.
5. prenikajúce žiarenie.

Následky výbuchu atómovej bomby sú škodlivé pre všetko živé. V dôsledku uvoľnenia obrovského množstva svetelnej a tepelnej energie je výbuch jadrového projektilu sprevádzaný jasným zábleskom. Výkonovo je tento záblesk niekoľkonásobne silnejší ako slnečné lúče, takže v okruhu niekoľkých kilometrov od miesta výbuchu hrozí nebezpečenstvo zasiahnutia svetelným a tepelným žiarením.

Ďalším najnebezpečnejším škodlivým faktorom atómových zbraní je žiarenie vznikajúce pri výbuchu. Pôsobí len minútu po výbuchu, no má maximálnu penetračnú silu.

Rázová vlna má najsilnejší deštruktívny účinok. Doslova vymaže z povrchu zemského všetko, čo jej stojí v ceste. Prenikajúce žiarenie predstavuje nebezpečenstvo pre všetky živé bytosti. U ľudí spôsobuje rozvoj choroby z ožiarenia. No, elektromagnetický impulz poškodzuje iba technológiu. Súhrnne poškodzujúce faktory atómový výbuch je obrovské nebezpečenstvo.

Prvé testy

Počas celej histórie atómovej bomby prejavila o jej vytvorenie najväčší záujem Amerika. Koncom roku 1941 vedenie krajiny vyčlenilo na tento smer obrovské množstvo peňazí a prostriedkov. Projektovým manažérom bol Robert Oppenheimer, ktorého mnohí považujú za tvorcu atómovej bomby. V skutočnosti bol prvým, kto dokázal oživiť myšlienku vedcov. V dôsledku toho sa 16. júla 1945 v púšti Nového Mexika uskutočnil prvý test atómovej bomby. Potom sa Amerika rozhodla, že na úplné ukončenie vojny potrebuje poraziť Japonsko – spojenca nacistické Nemecko. Pentagon si rýchlo vybral ciele pre prvé jadrové útoky, ktoré mali byť názornou ilustráciou sily amerických zbraní.

6. augusta 1945 bola na mesto Hirošima zhodená americká atómová bomba, cynicky nazývaná „Baby“. Záber sa ukázal ako dokonalý - bomba vybuchla vo výške 200 metrov od zeme, vďaka čomu jej nárazová vlna spôsobila mestu desivé škody. V oblastiach ďaleko od centra boli prevrátené kachle na drevené uhlie, čo spôsobilo vážne požiare.

Po jasnom záblesku nasledovala vlna horúčav, ktorá za 4 sekundy pôsobenia stihla roztopiť dlaždice na strechách domov a spáliť telegrafné stĺpy. Po vlne horúčav nasledovala rázová vlna. Vietor, ktorý sa prehnal mestom rýchlosťou asi 800 km/h, zdemoloval všetko, čo mu stálo v ceste. Zo 76 000 budov nachádzajúcich sa v meste pred výbuchom bolo úplne zničených asi 70 000. Niekoľko minút po výbuchu začalo z neba pršať, ktorého veľké kvapky boli čierne. Dážď padal v dôsledku tvorby obrovského množstva kondenzátu, pozostávajúceho z pary a popola, v studených vrstvách atmosféry.

Ľudia, ktorých zasiahla ohnivá guľa v okruhu 800 metrov od miesta výbuchu, sa zmenili na prach. Tí, ktorí boli od výbuchu trochu ďalej, mali spálenú kožu, ktorej zvyšky odtrhla rázová vlna. Čierny rádioaktívny dážď zanechal na koži tých, ktorí prežili, nevyliečiteľné popáleniny. U tých, ktorým sa nejakým zázrakom podarilo utiecť, sa čoskoro začali prejavovať príznaky choroby z ožiarenia: nevoľnosť, horúčka a záchvaty slabosti.

Tri dni po bombardovaní Hirošimy Amerika zaútočila na ďalšie japonské mesto – Nagasaki. Druhý výbuch mal rovnako katastrofálne následky ako prvý.

Dve atómové bomby zabili v priebehu niekoľkých sekúnd státisíce ľudí. Rázová vlna prakticky zmietla Hirošimu z povrchu zeme. Viac ako polovica miestnych obyvateľov (asi 240 tisíc ľudí) na následky zranení okamžite zomrela. V meste Nagasaki zomrelo pri výbuchu asi 73 tisíc ľudí. Mnohí z tých, ktorí prežili, boli vystavení silnému ožiareniu, ktoré spôsobilo neplodnosť, chorobu z ožiarenia a rakovinu. V dôsledku toho niektorí z preživších zomreli v hroznej agónii. Použitie atómovej bomby v Hirošime a Nagasaki ilustrovalo strašnú silu týchto zbraní.

Vy a ja už vieme, kto vynašiel atómovú bombu, ako funguje a aké následky môže mať. Teraz zistíme, ako to bolo s jadrovými zbraňami v ZSSR.

Po bombardovaní japonských miest si I. V. Stalin uvedomil, že vytvorenie sovietskej atómovej bomby je otázkou národnej bezpečnosti. 20. augusta 1945 bol v ZSSR vytvorený výbor pre jadrovú energetiku na čele s L. Beriom.

Stojí za zmienku, že práca v tomto smere sa vykonáva v Sovietskom zväze od roku 1918 a v roku 1938 bola na Akadémii vied vytvorená špeciálna komisia pre atómové jadro. S vypuknutím druhej svetovej vojny bola všetka práca v tomto smere zmrazená.

V roku 1943 odovzdali sovietski spravodajskí dôstojníci z Anglicka uzavreté materiály vedeckých prác v oblasti jadrovej energetiky. Tieto materiály ilustrovali, že práca zahraničných vedcov na vytvorení atómovej bomby vážne pokročila. Americkí obyvatelia zároveň umožnili zavedenie spoľahlivých sovietskych agentov do hlavných centier amerického jadrového výskumu. Agenti odovzdávali informácie o novom vývoji sovietskym vedcom a inžinierom.

Technická úloha

Keď sa v roku 1945 otázka vytvorenia sovietskej jadrovej bomby stala takmer prioritou, jeden z vedúcich projektu, Yu.Khariton, vypracoval plán vývoja dvoch verzií projektilu. 1. júna 1946 plán podpísalo najvyššie vedenie.

Podľa zadania museli konštruktéri postaviť RDS (Special Jet Engine) dvoch modelov:

1. RDS-1. Bomba s plutóniovou náplňou, ktorá je odpálená sférickým stlačením. Zariadenie bolo požičané od Američanov.
2. RDS-2. Kanónová bomba s dvoma uránovými nábojmi, ktoré sa zbiehajú v hlavni dela pred dosiahnutím kritickej hmotnosti.

V histórii notoricky známej RDS bola najčastejšou, aj keď vtipnou formuláciou veta „Rusko si to robí samo“. Vynašiel ho zástupca Yu.Khariton, K. Shchelkin. Táto fráza veľmi presne vyjadruje podstatu práce, aspoň pre RDS-2.

Keď Amerika zistila, že Sovietsky zväz vlastní tajomstvá výroby jadrových zbraní, začala sa dočkať eskalácie preventívnej vojny čo najskôr. V lete 1949 sa objavil trójsky plán, podľa ktorého sa 1. januára 1950 plánovalo začať bojovanie proti ZSSR. Potom sa dátum útoku posunul na začiatok roku 1957, ale pod podmienkou, že sa k nemu pripoja všetky krajiny NATO.

Testy

Keď sa informácie o plánoch Ameriky dostali do ZSSR prostredníctvom spravodajských kanálov, práca sovietskych vedcov sa výrazne zrýchlila. Západní experti verili, že v ZSSR budú atómové zbrane vytvorené najskôr v rokoch 1954-1955. V skutočnosti sa testy prvej atómovej bomby v ZSSR uskutočnili už v auguste 1949. 29. augusta bolo zariadenie RDS-1 vyhodené do vzduchu na cvičisku v Semipalatinsku. Na jeho vytvorení sa podieľal veľký tím vedcov na čele s Kurčatovom Igorom Vasilievičom. Dizajn náboja patril Američanom a elektronické vybavenie bolo vytvorené od nuly. Prvá atómová bomba v ZSSR vybuchla silou 22 kt.

Kvôli pravdepodobnosti odvetného úderu bol zmarený trojanský plán, ktorý zahŕňal jadrový útok na 70 sovietskych miest. Testy v Semipalatinsku znamenali koniec amerického monopolu na držbu atómových zbraní. Vynález Igora Vasiljeviča Kurčatova úplne zničil vojenské plány Ameriky a NATO a zabránil rozvoju ďalšej svetovej vojny. Tak sa začala éra mieru na Zemi, ktorá existuje pod hrozbou absolútneho zničenia.

"Jadrový klub" sveta

K dnešnému dňu má jadrové zbrane nielen Amerika a Rusko, ale aj množstvo ďalších štátov. Súbor krajín, ktoré vlastnia takéto zbrane, sa podmienečne nazýva „jadrový klub“.

Obsahuje:

1. Amerika (od roku 1945).
2. ZSSR a teraz Rusko (od roku 1949).
3. Anglicko (od roku 1952).
4. Francúzsko (od roku 1960).
5. Čína (od roku 1964).
6. India (od roku 1974).
7. Pakistan (od roku 1998).
8. Kórea (od roku 2006).

Izrael má tiež jadrové zbrane, hoci vedenie krajiny ich prítomnosť odmieta komentovať. Okrem toho na území krajín NATO (Taliansko, Nemecko, Turecko, Belgicko, Holandsko, Kanada) a spojencov (Japonsko, Južná Kórea, napriek oficiálnemu odmietnutiu), je americkou jadrovou zbraňou.

Ukrajina, Bielorusko a Kazachstan, ktoré vlastnili časť jadrových zbraní ZSSR, preniesli svoje bomby do Ruska po rozpade Únie. Stala sa jediným dedičom jadrového arzenálu ZSSR.

Záver

Dnes sme sa dozvedeli, kto vynašiel atómovú bombu a čo to je. Ak zhrnieme vyššie uvedené, môžeme konštatovať, že jadrové zbrane sú dnes najsilnejším nástrojom globálnej politiky, pevne zakotveným vo vzťahoch medzi krajinami. Na jednej strane je to účinný odstrašujúci prostriedok a na druhej strane je to presvedčivý argument na zabránenie vojenskej konfrontácii a posilnenie mierové vzťahy medzi štátmi. Jadrové zbrane sú symbolom celej éry, ktorá si vyžaduje obzvlášť opatrné zaobchádzanie.

Svet atómu je taký fantastický, že jeho pochopenie si vyžaduje radikálny zlom v zaužívaných konceptoch priestoru a času. Atómy sú také malé, že ak by sa kvapka vody mohla zväčšiť na veľkosť Zeme, každý atóm v tejto kvapke by bol menší ako pomaranč. V skutočnosti jedna kvapka vody pozostáva zo 6000 miliárd (60000000000000000000000) atómov vodíka a kyslíka. A predsa, napriek svojej mikroskopickej veľkosti, má atóm štruktúru do určitej miery podobnú štruktúre našej slnečná sústava. V jeho nepochopiteľne malom strede, ktorého polomer je menší ako jedna biliónina centimetra, sa nachádza pomerne obrovské „slnko“ – jadro atómu.

Okolo tohto atómového „slnka“ sa točia drobné „planéty“ – elektróny. Jadro sa skladá z dvoch hlavných stavebných kameňov Vesmíru – protónov a neutrónov (majú jednotiaci názov – nukleóny). Elektrón a protón sú nabité častice a množstvo náboja v každej z nich je úplne rovnaké, ale náboje sa líšia znamienkom: protón je vždy kladne nabitý a elektrón je vždy záporný. Neutrón neprenáša nabíjačka a preto má veľmi vysokú priepustnosť.

V stupnici atómového merania sa hmotnosť protónu a neutrónu považuje za jednotu. Atómová hmotnosť akéhokoľvek chemického prvku teda závisí od počtu protónov a neutrónov obsiahnutých v jeho jadre. Napríklad atóm vodíka, ktorého jadro pozostáva len z jedného protónu, má atómová hmotnosť rovná 1. Atóm hélia s jadrom dvoch protónov a dvoch neutrónov má atómovú hmotnosť rovnajúcu sa 4.

Jadrá atómov toho istého prvku obsahujú vždy rovnaký počet protónov, ale počet neutrónov môže byť rôzny. Atómy, ktoré majú jadrá s rovnakým počtom protónov, ale líšia sa počtom neutrónov a súvisia s odrodami toho istého prvku, sa nazývajú izotopy. Na odlíšenie od seba je symbolu prvku priradené číslo, rovná súčtu všetkých častíc v jadre daného izotopu.

Môže vzniknúť otázka: prečo sa jadro atómu nerozpadne? Koniec koncov, protóny v ňom obsiahnuté sú elektricky nabité častice s rovnakým nábojom, ktoré sa musia navzájom odpudzovať veľkou silou. Vysvetľuje to skutočnosť, že vo vnútri jadra existujú aj takzvané intranukleárne sily, ktoré priťahujú častice jadra k sebe. Tieto sily kompenzujú odpudivé sily protónov a nedovoľujú, aby sa jadro samovoľne rozletelo.

Vnútrojadrové sily sú veľmi silné, ale pôsobia len veľmi blízko. Preto sa jadrá ťažkých prvkov, pozostávajúce zo stoviek nukleónov, ukazujú ako nestabilné. Častice jadra sú tu v neustálom pohybe (v rámci objemu jadra) a ak k nim pridáte ešte nejaké množstvo energie navyše, dokážu prekonať vnútorné sily – jadro sa rozdelí na časti. Množstvo tejto prebytočnej energie sa nazýva excitačná energia. Medzi izotopmi ťažkých prvkov sú také, ktoré sa zdajú byť na samom pokraji samorozpadu. Stačí len malé „zatlačenie“, napríklad obyčajný zásah do jadra neutrónu (a to ani nemusí byť urýchlené na vysokú rýchlosť), aby sa jadrová štiepna reakcia rozbehla. Niektoré z týchto „štiepnych“ izotopov boli neskôr vyrobené umelo. V prírode existuje iba jeden takýto izotop - je to urán-235.

Urán objavil v roku 1783 Klaproth, ktorý ho izoloval z uránovej smoly a pomenoval ho po nedávno objavenej planéte Urán. Ako sa neskôr ukázalo, v skutočnosti nešlo o samotný urán, ale o jeho oxid. Získal sa čistý urán, striebristo biely kov
až v roku 1842 Peligot. Nový prvok nemal žiadne pozoruhodné vlastnosti a pozornosť vzbudil až v roku 1896, keď Becquerel objavil fenomén rádioaktivity uránových solí. Potom sa urán stal predmetom vedecký výskum a experimenty, ale praktické uplatnenie stále nemal.

Keď sa v prvej tretine 20. storočia fyzikom viac-menej objasnila štruktúra atómového jadra, pokúsili sa v prvom rade splniť dávny sen alchymistov – pokúsili sa premeniť jeden chemický prvok na druhý. V roku 1934 francúzski výskumníci, manželia Frederic a Irene Joliot-Curieovci, informovali Francúzskej akadémii vied o nasledujúcom experimente: keď boli hliníkové platne bombardované časticami alfa (jadrá atómu hélia), atómy hliníka sa zmenili na atómy fosforu. , ale nie obyčajný, ale rádioaktívny, ktorý naopak prešiel do stabilného izotopu kremíka. Atóm hliníka sa teda po pridaní jedného protónu a dvoch neutrónov zmenil na ťažší atóm kremíka.

Táto skúsenosť viedla k myšlienke, že ak sú jadrá najťažšieho prvku v prírode, uránu, „obalené“ neutrónmi, potom je možné získať prvok, ktorý v prírodných podmienkach neexistuje. V roku 1938 nemeckí chemici Otto Hahn a Fritz Strassmann vo všeobecnosti zopakovali skúsenosť manželov Joliot-Curieových, ktorí namiesto hliníka používali urán. Výsledky experimentu vôbec neboli také, aké očakávali - namiesto nového superťažkého prvku s hmotnostným číslom väčším ako má urán dostali Hahn a Strassmann ľahké prvky zo strednej časti. periodický systém: bárium, kryptón, bróm a niektoré ďalšie. Samotní experimentátori nedokázali pozorovaný jav vysvetliť. Až v nasledujúcom roku našla fyzika Lisa Meitner, ktorej Hahn oznámil svoje ťažkosti, správne vysvetlenie pozorovaného javu, podľa ktorého pri bombardovaní uránu neutrónmi sa jeho jadro rozštiepilo (rozštiepilo). V tomto prípade mali vzniknúť jadrá ľahších prvkov (odtiaľ pochádza bárium, kryptón a ďalšie látky) a mali sa uvoľniť 2-3 voľné neutróny. Ďalší výskum umožnil podrobne objasniť obraz toho, čo sa deje.

Prírodný urán pozostáva zo zmesi troch izotopov s hmotnosťou 238, 234 a 235. Hlavné množstvo uránu pripadá na izotop-238, ktorého jadro obsahuje 92 protónov a 146 neutrónov. Urán-235 je len 1/140 prírodného uránu (0,7 % (v jadre má 92 protónov a 143 neutrónov) a urán-234 (92 protónov, 142 neutrónov) je iba 1/17 500 celkovej hmotnosti uránu ( 0 006% Najmenej stabilným z týchto izotopov je urán-235.

Z času na čas sa jadrá jeho atómov spontánne rozdelia na časti, v dôsledku čoho vznikajú ľahšie prvky periodického systému. Proces je sprevádzaný uvoľnením dvoch alebo troch voľných neutrónov, ktoré sa rútia obrovskou rýchlosťou - asi 10 000 km / s (nazývajú sa rýchle neutróny). Tieto neutróny môžu zasiahnuť iné jadrá uránu a spôsobiť jadrové reakcie. Každý izotop sa v tomto prípade správa inak. Jadrá uránu-238 vo väčšine prípadov jednoducho zachytávajú tieto neutróny bez akýchkoľvek ďalších transformácií. Ale asi v jednom z piatich prípadov, keď sa rýchly neutrón zrazí s jadrom izotopu 238, dôjde k zvláštnej jadrovej reakcii: jeden z neutrónov uránu-238 vyžaruje elektrón, ktorý sa zmení na protón, teda izotop uránu. zmení na viac
ťažkým prvkom je neptúnium-239 (93 protónov + 146 neutrónov). Neptúnium je však nestabilné - po niekoľkých minútach jeden z jeho neutrónov vyžaruje elektrón, ktorý sa zmení na protón, po ktorom sa izotop neptúnia zmení na ďalší prvok periodického systému - plutónium-239 (94 protónov + 145 neutrónov). Ak neutrón vstúpi do jadra nestabilného uránu-235, okamžite dôjde k štiepeniu - atómy sa rozpadajú s emisiou dvoch alebo troch neutrónov. Je jasné, že v prírodnom uráne, ktorého väčšina atómov patrí izotopu 238, nemá táto reakcia žiadne viditeľné následky – všetky voľné neutróny budú časom absorbované týmto izotopom.

Ale čo keď si predstavíme pomerne masívny kus uránu, ktorý pozostáva výlučne z izotopu 235?

Tu bude proces prebiehať inak: neutróny uvoľnené počas štiepenia niekoľkých jadier, ktoré zase padajú do susedných jadier, spôsobujú ich štiepenie. V dôsledku toho sa uvoľní nová časť neutrónov, ktorá rozdelí nasledujúce jadrá. Za priaznivých podmienok táto reakcia prebieha ako lavína a nazýva sa reťazová reakcia. Na spustenie môže stačiť niekoľko bombardujúcich častíc.

Vskutku, nech len 100 neutrónov bombarduje urán-235. Rozdelia 100 jadier uránu. V tomto prípade sa uvoľní 250 nových neutrónov druhej generácie (v priemere 2,5 na štiepenie). Neutróny druhej generácie už vytvoria 250 štiepení, pri ktorých sa uvoľní 625 neutrónov. V ďalšej generácii to bude 1562, potom 3906, potom 9670 a tak ďalej. Počet divízií sa bez obmedzenia zvýši, ak sa proces nezastaví.

V skutočnosti sa však do jadier atómov dostane len nepatrná časť neutrónov. Zvyšok, ktorý sa medzi nimi rýchlo rúti, je unášaný do okolitého priestoru. Samostatná reťazová reakcia môže nastať iba v dostatočne veľkom poli uránu-235, o ktorom sa hovorí, že má kritickú hmotnosť. (Táto hmotnosť je za normálnych podmienok 50 kg.) Je dôležité poznamenať, že štiepenie každého jadra je sprevádzané uvoľnením obrovského množstva energie, čo je asi 300 miliónov krát viac ako energia vynaložená na štiepenie. ! (Bolo vypočítané, že pri úplnom štiepení 1 kg uránu-235 sa uvoľní rovnaké množstvo tepla ako pri spaľovaní 3 tisíc ton uhlia.)

Tento kolosálny príval energie, uvoľnený v priebehu niekoľkých okamihov, sa prejavuje ako výbuch obrovskej sily a je základom operácie jadrových zbraní. Aby sa však táto zbraň stala realitou, je potrebné, aby náboj netvoril prírodný urán, ale vzácny izotop – 235 (takýto urán sa nazýva obohatený). Neskôr sa zistilo, že čisté plutónium je tiež štiepnym materiálom a môže sa použiť v atómovom náboji namiesto uránu-235.

Všetky tieto dôležité objavy boli urobené v predvečer druhej svetovej vojny. Čoskoro sa v Nemecku a ďalších krajinách začali tajné práce na vytvorení atómovej bomby. V Spojených štátoch sa tento problém začal riešiť v roku 1941. Celý komplex prác dostal názov „Projekt Manhattan“.

Administratívne vedenie projektu vykonával generál Groves a vedecké smerovanie vykonával profesor Robert Oppenheimer z Kalifornskej univerzity. Obaja si boli dobre vedomí obrovskej zložitosti úlohy, ktorá pred nimi stála. Preto prvou Oppenheimerovou starosťou bolo získanie vysoko inteligentného vedeckého tímu. V Spojených štátoch bolo v tom čase veľa fyzikov, ktorí emigrovali nacistické Nemecko. Zapojiť ich do tvorby zbraní namierených proti ich bývalej vlasti nebolo jednoduché. Oppenheimer sa s každým rozprával osobne, pričom využil celú silu svojho šarmu. Čoskoro sa mu podarilo zhromaždiť malú skupinu teoretikov, ktorých žartom nazval „svetielkami“. A vlastne v nej boli najväčší odborníci tej doby v oblasti fyziky a chémie. (Medzi nimi 13 laureátov nobelová cena, vrátane Bohra, Fermiho, Franka, Chadwicka, Lawrencea.) Okrem nich tam bolo mnoho ďalších špecialistov rôznych profilov.

Americká vláda na výdavkoch nešetrila a práca nadobudla od samého začiatku grandiózny rozsah. V roku 1942 bolo v Los Alamos založené najväčšie výskumné laboratórium na svete. Počet obyvateľov tohto vedeckého mesta čoskoro dosiahol 9 tisíc ľudí. Podľa zloženia vedcov rozsah vedeckých experimentov, počet špecialistov a pracovníkov zapojených do práce laboratória v Los Alamos nemal vo svetových dejinách obdobu. Projekt Manhattan mal vlastnú políciu, kontrarozviedku, komunikačný systém, sklady, osady, továrne, laboratóriá a svoj vlastný kolosálny rozpočet.

Hlavným cieľom projektu bolo získať dostatok štiepneho materiálu, z ktorého by bolo možné vytvoriť niekoľko atómových bômb. Okrem uránu-235, ako už bolo spomenuté, môže ako náplň bomby slúžiť umelý prvok plutónium-239, to znamená, že bombou môže byť urán alebo plutónium.

Háje a Oppenheimer súhlasili, že práce by sa mali vykonávať súčasne v dvoch smeroch, pretože nie je možné vopred rozhodnúť, ktorý z nich bude sľubnejší. Obe metódy sa od seba zásadne líšili: akumulácia uránu-235 sa musela uskutočniť jeho oddelením od väčšiny prírodného uránu a plutónium bolo možné získať len ako výsledok riadenej jadrovej reakcie ožiarením uránu-238 neutróny. Obe cesty sa zdali nezvyčajne ťažké a nesľubovali ľahké riešenia.

Ako sa totiž dajú od seba oddeliť dva izotopy, ktoré sa len nepatrne líšia svojou hmotnosťou a chemicky sa správajú úplne rovnako? Veda ani technika nikdy nečelili takémuto problému. Produkcia plutónia sa tiež zdala spočiatku veľmi problematická. Predtým sa celá skúsenosť s jadrovými transformáciami zredukovala na niekoľko laboratórnych experimentov. Teraz bolo potrebné zvládnuť výrobu kilogramov plutónia v priemyselnom meradle, vyvinúť a vytvoriť na to špeciálne zariadenie - jadrový reaktor a naučiť sa riadiť priebeh jadrovej reakcie.

A tu a tam bolo treba vyriešiť celý komplex zložitých problémov. Preto „Projekt Manhattan“ pozostával z niekoľkých podprojektov, na čele ktorých stáli významní vedci. Samotný Oppenheimer bol vedúcim vedeckého laboratória v Los Alamos. Lawrence mal na starosti Radiačné laboratórium na Kalifornskej univerzite. Fermi viedol výskum na Chicagskej univerzite o vytvorení jadrového reaktora.

Spočiatku bolo najdôležitejším problémom získavanie uránu. Pred vojnou tento kov vlastne nemal žiadne využitie. Teraz, keď sa to vyžadovalo okamžite vo veľkých množstvách, sa ukázalo, že neexistuje priemyselným spôsobom jeho výroby.

Spoločnosť Westinghouse sa pustila do jeho vývoja a rýchlo dosiahla úspech. Po vyčistení uránovej živice (v tejto forme sa urán vyskytuje v prírode) a získaní oxidu uránu sa táto premenila na tetrafluorid (UF4), z ktorého sa elektrolýzou izoloval kovový urán. Ak na konci roku 1941 mali americkí vedci k dispozícii len niekoľko gramov kovového uránu, tak v novembri 1942 dosiahla jeho priemyselná produkcia v závodoch Westinghouse 6000 libier mesačne.

Zároveň prebiehali práce na vytvorení jadrového reaktora. Proces výroby plutónia sa v skutočnosti scvrkol do ožarovania uránových tyčí neutrónmi, v dôsledku čoho sa časť uránu-238 musela zmeniť na plutónium. Zdrojom neutrónov by v tomto prípade mohli byť štiepne atómy uránu-235 rozptýlené v dostatočnom množstve medzi atómami uránu-238. Aby sa však udržala neustála reprodukcia neutrónov, musela sa začať reťazová reakcia štiepenia atómov uránu-235. Medzitým, ako už bolo spomenuté, na každý atóm uránu-235 pripadalo 140 atómov uránu-238. Je zrejmé, že neutróny letiace všetkými smermi mali oveľa väčšiu pravdepodobnosť, že sa s nimi na svojej ceste stretnú. To znamená, že obrovské množstvo uvoľnených neutrónov sa ukázalo byť bezvýsledne absorbované hlavným izotopom. Je zrejmé, že za takýchto podmienok by reťazová reakcia nemohla prebehnúť. Ako byť?

Spočiatku sa zdalo, že bez oddelenia dvoch izotopov je prevádzka reaktora vo všeobecnosti nemožná, ale čoskoro sa zistila jedna dôležitá okolnosť: ukázalo sa, že urán-235 a urán-238 sú citlivé na neutróny rôznych energií. Jadro atómu uránu-235 je možné rozdeliť neutrónom s relatívne nízkou energiou, ktorý má rýchlosť asi 22 m/s. Takéto pomalé neutróny nie sú zachytené jadrami uránu-238 - na to musia mať rýchlosť rádovo stoviek tisíc metrov za sekundu. Inými slovami, urán-238 je bezmocný, aby zabránil spusteniu a postupu reťazovej reakcie v uráne-235 spôsobenej neutrónmi spomalenými na extrémne nízke rýchlosti – nie viac ako 22 m/s. Tento jav objavil taliansky fyzik Fermi, ktorý od roku 1938 žil v USA a dohliadal na práce na vytvorení prvého reaktora tu. Fermi sa rozhodol použiť grafit ako moderátor neutrónov. Podľa jeho výpočtov mali neutróny emitované z uránu-235, ktoré prešli vrstvou grafitu 40 cm, znížiť svoju rýchlosť na 22 m/s a spustiť samoudržiavajúcu reťazovú reakciu v uráne-235.

Ako ďalší moderátor by mohla poslúžiť takzvaná „ťažká“ voda. Keďže atómy vodíka, ktoré ho tvoria, sú veľkosťou a hmotnosťou veľmi blízko neutrónov, mohli by ich najlepšie spomaliť. (S rýchlymi neutrónmi sa deje približne to isté ako s loptičkami: ak malá guľa narazí na veľkú, odkotúľa sa späť, takmer bez straty rýchlosti, ale keď sa stretne s malou loptičkou, odovzdá jej značnú časť svojej energie - rovnako ako neutrón pri pružnej zrážke sa odrazí od ťažkého jadra len mierne spomaľuje a pri zrážke s jadrami vodíkových atómov veľmi rýchlo stratí všetku energiu.) obyčajná voda nie je vhodný na moderovanie, pretože jeho vodík má tendenciu pohlcovať neutróny. Práve preto by sa na tento účel malo používať deutérium, ktoré je súčasťou „ťažkej“ vody.

Začiatkom roku 1942 sa pod vedením Fermiho začala výstavba vôbec prvého jadrového reaktora na tenisovom kurte pod západnou tribúnou štadióna v Chicagu. Všetky práce vykonali samotní vedci. Reakciu je možné riadiť jediným spôsobom – úpravou počtu neutrónov zapojených do reťazovej reakcie. Fermi si to predstavoval pomocou tyčí vyrobených z materiálov, ako je bór a kadmium, ktoré silne absorbujú neutróny. Ako moderátor slúžili grafitové tehly, z ktorých fyzici postavili stĺpy vysoké 3 m a široké 1,2 m. Medzi ne boli osadené pravouhlé bloky s oxidom uránu. Do celej konštrukcie išlo asi 46 ton oxidu uránu a 385 ton grafitu. Na spomalenie reakcie slúžili kadmiové a bórové tyče zavedené do reaktora.

Ak by to nestačilo, tak pre istotu na plošine umiestnenej nad reaktorom stáli dvaja vedci s vedrami naplnenými roztokom kadmiových solí – mali ich vyliať na reaktor, ak by sa reakcia vymkla kontrole. Našťastie to nebolo potrebné. 2. decembra 1942 Fermi nariadil vysunúť všetky riadiace tyče a experiment sa začal. O štyri minúty neskôr začali počítadlá neutrónov cvakať čoraz hlasnejšie. S každou minútou sa intenzita toku neutrónov zvyšovala. To naznačovalo, že v reaktore prebieha reťazová reakcia. Trvalo to 28 minút. Potom Fermi signalizoval a spustené tyče zastavili proces. Človek tak po prvý raz uvoľnil energiu atómového jadra a dokázal, že ho dokáže ovládať podľa ľubovôle. Teraz už nebolo pochýb o tom, že jadrové zbrane sú realitou.

V roku 1943 bol Fermiho reaktor demontovaný a prevezený do Aragónskeho národného laboratória (50 km od Chicaga). Čoskoro tu bol vybudovaný ďalší jadrový reaktor, v ktorom bola ako moderátor použitá ťažká voda. Pozostávala z valcovej hliníkovej nádrže s obsahom 6,5 tony ťažkej vody, do ktorej bolo vertikálne naložených 120 tyčí kovového uránu, uzavretých v hliníkovom plášti. Sedem riadiacich tyčí bolo vyrobených z kadmia. Okolo nádrže bol grafitový reflektor, potom clona zo zliatin olova a kadmia. Celá konštrukcia bola uzavretá v betónovom plášti s hrúbkou steny cca 2,5 m.

Experimenty na týchto experimentálnych reaktoroch túto možnosť potvrdili priemyselná produkcia plutónium.

Hlavným centrom „Projektu Manhattan“ sa čoskoro stalo mestečko Oak Ridge v údolí rieky Tennessee, ktorého populácia sa za pár mesiacov rozrástla na 79 tisíc ľudí. Tu bol v krátkom čase vybudovaný prvý závod na výrobu obohateného uránu. Hneď v roku 1943 bol spustený priemyselný reaktor, ktorý produkoval plutónium. Vo februári 1944 sa z neho denne vyťažilo asi 300 kg uránu, z ktorého povrchu sa chemickou separáciou získavalo plutónium. (Na tento účel sa plutónium najskôr rozpustilo a potom sa vyzrážalo.) Vyčistený urán sa potom opäť vrátil do reaktora. V tom istom roku sa v neúrodnej, pustej púšti na južnom brehu rieky Columbia začala stavať obrovský závod Hanford. Boli tu umiestnené tri výkonné jadrové reaktory, ktoré denne dávali niekoľko stoviek gramov plutónia.

Súbežne s tým bol v plnom prúde výskum zameraný na vývoj priemyselného procesu obohacovania uránu.

Po zvážení rôzne varianty, Groves a Oppenheimer sa rozhodli zamerať na dve metódy: difúziu plynu a elektromagnetickú.

Metóda plynnej difúzie bola založená na princípe známom ako Grahamov zákon (prvýkrát ho sformuloval v roku 1829 škótsky chemik Thomas Graham a vyvinul ho v roku 1896 anglický fyzik Reilly). V súlade s týmto zákonom, ak dva plyny, z ktorých jeden je ľahší ako druhý, prejdú cez filter so zanedbateľnými otvormi, potom ním prejde o niečo viac ľahkého plynu ako ťažkého plynu. V novembri 1942 Urey a Dunning na Kolumbijskej univerzite vytvorili metódu plynovej difúzie na separáciu izotopov uránu založenú na Reillyho metóde.

Keďže prírodný urán je pevná látka, najprv sa premenil na fluorid uránu (UF6). Tento plyn potom prešiel mikroskopickými otvormi v prepážke filtra, ktoré dosahujú rádovo tisíciny milimetra.

Keďže rozdiel v molárnych hmotnostiach plynov bol veľmi malý, za prepážkou sa obsah uránu-235 zvýšil iba 1,0002-násobne.

Aby sa množstvo uránu-235 ešte viac zvýšilo, výsledná zmes sa opäť nechá prejsť prepážkou a množstvo uránu sa opäť zvýši 1,0002-krát. Aby sa teda obsah uránu-235 zvýšil na 99 %, bolo potrebné prejsť plyn cez 4000 filtrov. Stalo sa to v obrovskom zariadení na difúziu plynov v Oak Ridge.

V roku 1940 sa pod vedením Ernsta Lawrencea na Kalifornskej univerzite začal výskum separácie izotopov uránu elektromagnetickou metódou. Bolo potrebné nájsť také fyzikálne procesy, ktoré by umožnili separáciu izotopov pomocou rozdielu v ich hmotnostiach. Lawrence sa pokúsil oddeliť izotopy pomocou princípu hmotnostného spektrografu - prístroja, ktorý určuje hmotnosti atómov.

Princíp jeho fungovania bol nasledovný: predionizované atómy boli urýchlené elektrickým poľom a následne prešli magnetickým poľom, v ktorom opísali kruhy umiestnené v rovine kolmej na smer poľa. Keďže polomery týchto trajektórií boli úmerné hmotnosti, ľahké ióny skončili na kruhoch s menším polomerom ako ťažké. Ak boli do dráhy atómov umiestnené pasce, potom bolo možné týmto spôsobom oddelene zbierať rôzne izotopy.

Taká bola metóda. V laboratórnych podmienkach dával dobré výsledky. Ale výstavba závodu, v ktorom by sa separácia izotopov mohla vykonávať v priemyselnom meradle, sa ukázala ako mimoriadne náročná. Lawrence však nakoniec dokázal prekonať všetky ťažkosti. Výsledkom jeho úsilia bol vzhľad calutronu, ktorý bol inštalovaný v obrovskom závode v Oak Ridge.

Táto elektromagnetická továreň bola postavená v roku 1943 a ukázalo sa, že je možno najdrahším nápadom projektu Manhattan. Lawrencova metóda vyžadovala veľké množstvo zložitých, ešte nevyvinutých zariadení spojených s vysokým napätím, vysokým vákuom a silnými magnetické polia. Náklady boli obrovské. Calutron mal obrovský elektromagnet, ktorého dĺžka dosahovala 75 m a vážila asi 4000 ton.

Niekoľko tisíc ton strieborného drôtu išlo do vinutia tohto elektromagnetu.

Celé dielo (okrem nákladov na striebro v hodnote 300 miliónov dolárov, ktoré Štátna pokladnica poskytla len dočasne) stálo 400 miliónov dolárov. Len za elektrinu spotrebovanú kalutrónom zaplatilo ministerstvo obrany 10 miliónov. Väčšina zariadení v továrni Oak Ridge bola v rozsahu a presnosti lepšia ako čokoľvek, čo sa kedy v tejto oblasti vyvinulo.

Ale všetky tieto výdavky neboli márne. Americkí vedci, ktorí minuli celkovo asi 2 miliardy dolárov, vytvorili do roku 1944 jedinečnú technológiu na obohacovanie uránu a výrobu plutónia. Medzitým v laboratóriu v Los Alamos pracovali na návrhu samotnej bomby. Princíp jeho fungovania bol vo všeobecnosti dlho jasný: štiepna látka (plutónium alebo urán-235) mala byť v čase výbuchu prevedená do kritického stavu (aby došlo k reťazovej reakcii, hmotnosť náboj musí byť dokonca výrazne väčší ako kritický) a ožiarený neutrónovým lúčom, čo znamená spustenie reťazovej reakcie.

Podľa výpočtov kritická hmotnosť nálože presiahla 50 kilogramov, ale mohla byť výrazne znížená. Vo všeobecnosti je veľkosť kritického množstva silne ovplyvnená niekoľkými faktormi. Čím väčší je povrch náboja, tým viac neutrónov je zbytočne emitovaných do okolitého priestoru. najmenšia plocha povrch má guľu. V dôsledku toho majú sférické náboje, ak sú ostatné veci rovnaké, najmenšiu kritickú hmotnosť. Okrem toho hodnota kritickej hmotnosti závisí od čistoty a typu štiepnych materiálov. Je nepriamo úmerná druhej mocnine hustoty tohto materiálu, čo umožňuje napríklad zdvojnásobením hustoty znížiť kritickú hmotnosť štvornásobne. Požadovaný stupeň podkritickosti možno dosiahnuť napríklad zhutnením štiepneho materiálu v dôsledku výbuchu bežnej výbušnej nálože vytvorenej vo forme guľového obalu obklopujúceho jadrovú nálož. Kritická hmotnosť môže byť tiež znížená obklopením náboja clonou, ktorá dobre odráža neutróny. Ako takéto sito možno použiť olovo, berýlium, volfrám, prírodný urán, železo a mnohé ďalšie.

Jedna z možných konštrukcií atómovej bomby pozostáva z dvoch kusov uránu, ktoré po spojení vytvoria hmotnosť väčšiu ako je kritická. Aby ste spôsobili výbuch bomby, musíte ich čo najrýchlejšie spojiť. Druhá metóda je založená na použití smerom dovnútra konvergujúcej explózie. V tomto prípade prúd plynov z bežnej výbušniny smeroval na štiepny materiál nachádzajúci sa vo vnútri a stláčal ho, kým nedosiahol kritickú hmotnosť. Spojenie nálože a jej intenzívne ožarovanie neutrónmi, ako už bolo spomenuté, spôsobuje reťazovú reakciu, v dôsledku ktorej v prvej sekunde stúpne teplota na 1 milión stupňov. Počas tejto doby sa podarilo oddeliť len asi 5 % kritického množstva. Zvyšok nálože v skorých návrhoch bômb sa vyparil bez
akékoľvek dobré.

Prvá atómová bomba v histórii (dostala meno „Trinity“) bola zostavená v lete 1945. A 16. júna 1945 na jadrovom testovacom mieste v púšti Alamogordo (Nové Mexiko) bol vyrobený prvý na Zemi nukleárny výbuch. Bomba bola umiestnená v strede testovacieho miesta na vrchole 30-metrovej oceľovej veže. Okolo neho bolo vo veľkej vzdialenosti umiestnené nahrávacie zariadenie. Na 9 km bolo pozorovacie stanovište a na 16 km - veliteľské stanovište. Atómový výbuch urobil obrovský dojem na všetkých svedkov tejto udalosti. Podľa opisu očitých svedkov bol pocit, že veľa sĺnk sa spojilo do jedného a rozsvietilo polygón naraz. Potom sa nad planinou objavila obrovská ohnivá guľa a k nej sa začal pomaly a zlovestne dvíhať okrúhly oblak prachu a svetla.

Po vzlietnutí zo zeme vyletela táto ohnivá guľa za pár sekúnd do výšky viac ako tri kilometre. S každým okamihom sa zväčšoval, čoskoro jeho priemer dosiahol 1,5 km a pomaly stúpal do stratosféry. Ohnivá guľa potom ustúpila stĺpu víriaceho dymu, ktorý sa tiahol do výšky 12 km a mal podobu obrovskej huby. To všetko sprevádzal strašný rev, z ktorého sa triasla zem. Sila vybuchnutej bomby prekonala všetky očakávania.

Len čo to radiačná situácia dovolila, do priestoru výbuchu sa vrútilo niekoľko tankov Sherman, zvnútra obložených olovenými platňami. Na jednom z nich bol Fermi, ktorý dychtil vidieť výsledky svojej práce. Pred jeho očami sa objavila mŕtva spálená zem, na ktorej bol v okruhu 1,5 km zničený všetok život. Piesok sa spekal do sklovitej zelenkavej kôry, ktorá pokrývala zem. V obrovskom kráteri ležali zohavené zvyšky oceľovej podpornej veže. Sila výbuchu bola odhadnutá na 20 000 ton TNT.

Ďalším krokom malo byť bojové použitie atómovej bomby proti Japonsku, ktoré po kapitulácii fašistického Nemecka samo pokračovalo vo vojne s USA a ich spojencami. Vtedy neexistovali žiadne nosné rakety, takže bombardovanie sa muselo vykonávať z lietadla. Komponenty dvoch bômb prepravila s veľkou starostlivosťou USS Indianapolis na ostrov Tinian, kde sídlila 509. zložená skupina amerického letectva. Podľa typu náboja a konštrukcie sa tieto bomby od seba trochu líšili.

Prvá atómová bomba – „Baby“ – bola veľkorozmerná letecká bomba s atómovou náplňou vysoko obohateného uránu-235. Jeho dĺžka bola asi 3 m, priemer - 62 cm, hmotnosť - 4,1 tony.

Druhá atómová bomba - "Fat Man" - s náplňou plutónia-239 mala vajcovitý tvar s veľkorozmerným stabilizátorom. Jeho dĺžka
bola 3,2 m, priemer 1,5 m, hmotnosť - 4,5 tony.

6. augusta bombardér B-29 Enola Gay plukovníka Tibbetsa zhodil „Kid“ na veľké japonské mesto Hirošima. Bomba bola zhodená na padáku a explodovala, ako bolo plánované, vo výške 600 m od zeme.

Následky výbuchu boli strašné. Aj na samotných pilotov pôsobil pohľad na nimi v okamihu zničené pokojné mesto skľučujúcim dojmom. Neskôr jeden z nich priznal, že v tej chvíli videli to najhoršie, čo človek môže vidieť.

Pre tých, ktorí boli na zemi, to, čo sa dialo, vyzeralo ako skutočné peklo. V prvom rade nad Hirošimou prešla vlna horúčav. Jeho pôsobenie trvalo len niekoľko okamihov, ale bolo také silné, že roztavilo aj dlaždice a kryštály kremeňa v žulových doskách, premenilo telefónne stĺpy na uhlie na vzdialenosť 4 km a napokon tak spálilo ľudské telá, že z nich zostali len tiene. na asfalte chodníkov alebo na stenách domov. Potom spod ohnivej gule unikol príšerný poryv vetra a prehnal sa nad mesto rýchlosťou 800 km/h a zmietol všetko, čo mu stálo v ceste. Domy, ktoré nevydržali jeho zúrivý nápor, sa zrútili ako vyrúbané. V obrovskom kruhu s priemerom 4 km nezostala neporušená ani jedna budova. Pár minút po výbuchu sa nad mestom spustil čierny rádioaktívny dážď – táto vlhkosť sa zmenila na paru skondenzovanú vo vysokých vrstvách atmosféry a padala na zem v podobe veľkých kvapiek zmiešaných s rádioaktívnym prachom.

Po daždi zasiahol mesto nový nárazový vietor, ktorý tentoraz fúkal v smere epicentra. Bol slabší ako prvý, ale stále dosť silný na to, aby vyvracal stromy. Vietor rozdúchal gigantický oheň, v ktorom horelo všetko, čo mohlo horieť. Zo 76 000 budov bolo 55 000 úplne zničených a vyhorených. Svedkovia tejto hroznej katastrofy si spomínali na ľudové pochodne, z ktorých padali na zem obhorené šaty s kúskami kože, a na davy rozrušených ľudí, pokrytých strašnými popáleninami, ktorí sa s krikom hnali ulicami. Vo vzduchu bol cítiť dusivý zápach spáleného ľudského mäsa. Ľudia ležali všade, mŕtvi a umierali. Bolo veľa takých, ktorí boli slepí a hluchí a štuchajúc na všetky strany nedokázali v chaose, ktorý okolo vládol, nič rozoznať.

Nešťastníci, ktorí boli od epicentra vo vzdialenosti až 800 m, vyhoreli v zlomku sekundy v doslovnom zmysle slova - ich vnútro sa vyparilo a ich telá sa zmenili na hrudky dymiaceho uhlíka. Nachádzali sa vo vzdialenosti 1 km od epicentra a postihla ich choroba z ožiarenia v mimoriadne ťažkej forme. V priebehu pár hodín začali silno vracať, teplota vyskočila na 39-40 stupňov, objavila sa dýchavičnosť a krvácanie. Potom sa na koži objavili nehojace sa vredy, zloženie krvi sa dramaticky zmenilo a vlasy vypadli. Po hroznom utrpení, zvyčajne na druhý alebo tretí deň, nastala smrť.

Celkovo zomrelo na výbuch a choroby z ožiarenia asi 240 tisíc ľudí. Asi 160 tisíc dostalo chorobu z ožiarenia v ľahšej forme – ich bolestivá smrť sa oddialila o niekoľko mesiacov či rokov. Keď sa správa o katastrofe rozšírila po celej krajine, celé Japonsko bolo paralyzované strachom. Ešte viac sa zvýšil po tom, čo lietadlo Box Car majora Sweeneyho zhodilo 9. augusta druhú bombu na Nagasaki. Zahynulo a zranilo sa tu aj niekoľko stotisíc obyvateľov. Japonská vláda nedokázala odolať novým zbraniam a kapitulovala – atómová bomba ukončila druhú svetovú vojnu.

Vojna skončila. Trvalo to len šesť rokov, no dokázalo zmeniť svet a ľudí takmer na nepoznanie.

Ľudská civilizácia pred rokom 1939 a ľudská civilizácia po roku 1945 sa od seba nápadne líšia. Existuje na to veľa dôvodov, ale jedným z najdôležitejších je objavenie sa jadrových zbraní. Bez preháňania možno povedať, že tieň Hirošimy leží nad celou druhou polovicou 20. storočia. Stala sa hlbokou morálnou popáleninou pre mnoho miliónov ľudí, tak pre tých, ktorí boli súčasníkmi tejto katastrofy, ako aj pre tých, ktorí sa narodili desaťročia po nej. Moderný človek už nemôže o svete rozmýšľať tak, ako o ňom uvažoval pred 6. augustom 1945 – až príliš jasne chápe, že tento svet sa môže za pár okamihov zmeniť na nič.

Moderný človek sa nemôže pozerať na vojnu, ako to sledovali jeho starí otcovia a pradedovia – s istotou vie, že táto vojna bude posledná a nebudú v nej ani víťazi, ani porazení. Jadrové zbrane zanechali stopy vo všetkých sférach verejný život a moderná civilizácia nemôže žiť podľa rovnakých zákonov ako pred šesťdesiatimi či osemdesiatimi rokmi. Nikto tomu nerozumel lepšie ako samotní tvorcovia atómovej bomby.

„Ľudia našej planéty Robert Oppenheimer napísal, by sa mal zjednotiť. Zasiata hrôza a skaza posledná vojna, nadiktujte nám túto myšlienku. Výbuchy atómových bômb to dokazovali so všetkou krutosťou. Iní ľudia inokedy povedali podobné slová - len o iných zbraniach a iných vojnách. Neuspeli. Kto však dnes hovorí, že tieto slová sú zbytočné, je oklamaný peripetiami dejín. Nemôžeme sa o tom presvedčiť. Výsledky našej práce neponechávajú ľudstvu inú možnosť, ako vytvoriť jednotný svet. Svet založený na práve a humanizme.“