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 jednoduchý 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 neupútal pozornosť až do roku 1896, keď Becquerel objavil fenomén rádioaktivity uránových solí. Potom sa urán stal predmetom vedecký výskum a experimenty, ale stále nemali praktické uplatnenie.

Keď v prvej tretine 20. storočia fyzici viac-menej pochopili štruktúru atómového jadra, v prvom rade sa pokúsili splniť si dávny sen alchymistov - pokúsili sa ho premeniť chemický prvok v inom. 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 na stabilný izotop 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 (tu sa zobralo bárium, kryptón a iné látky), ako aj uvoľnené 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. Pokiaľ ide o zloženie vedcov, rozsah vedeckých experimentov, počet odborníkov a pracovníkov zapojených do práce, laboratórium v ​​Los Alamos nemalo 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 to isté ako s loptičkami: ak malá guľa narazí na veľkú, odkotúľa sa späť, takmer bez straty rýchlosti, ale keď sa stretne s malou guľôčkou, odovzdá jej značnú časť svojej energie - rovnako ako neutrón pri pružnej zrážke sa odrazí od ťažkého jadra len mierne spomaľuje a keď sa zrazí s jadrami atómov vodíka, 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 pevný, potom sa najskôr 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 len 1,0002-násobne.

Aby sa množstvo uránu-235 ešte zvýšilo, výsledná zmes sa opäť prevedie cez prepážku 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 potom 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. Lawrenceova metóda si vyžadovala veľké množstvo zložitých, zatiaľ nevyvinutých zariadení súvisiacich s vysoké napätie, vysoké vákuum a silné 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 ožiarenie 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
nejaké dobré.

Prvý v histórii atómová bomba(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 nacistického Nemecka ako jediné 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 chvíľ, 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 nič rozoznať v chaose, ktorý okolo vládol.

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 tých, ktorí boli súčasníkmi tejto katastrofy, ako aj tých, ktorí sa narodili desaťročia po nej. Moderný človek už nemôže o svete rozmýšľať tak, ako o ňom premýšľal 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.“

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 stláčaním štiepneho materiálu sústredenou rázovou vlnou vytvorenou výbuchom chemických výbušnín. Na zaostrenie rázovej vlny sa používajú takzvané výbušné šošovky a výbuch sa vykonáva súčasne na mnohých miestach s presnosťou. Vytvorenie takéhoto systému na lokalizáciu výbušnín a detonácie bolo svojho času jednou z najťažších úloh. Vytvorenie konvergujúcej rázovej vlny bolo zabezpečené použitím výbušných šošoviek z „rýchlych“ a „pomalých“ trhavín – TATV (Triaminotrinitrobenzén) a baratol (zmes trinitrotoluénu s dusičnanom bárnatým), a niektorých aditív)

Štrukturálne pozostávala prvá atómová bomba z nasledujúcich základných komponentov:

1. jadrová nálož;
2. výbušné zariadenie a automatický systém detonácie nálože s bezpečnostnými systémami;
3. balistické puzdro leteckej bomby, v ktorom sa nachádzala jadrová nálož a ​​automatická detonácia.

Základné podmienky, ktoré určili konštrukciu bomby RDS-1, súviseli s:

1. s rozhodnutím ponechať čo najviac na starosti schematický diagram americkej atómovej bomby testovanej v roku 1945;
2. s potrebou, v záujme bezpečnosti, by sa konečná montáž nálože inštalovanej v balistickom tele bomby mala vykonať v podmienkach testovacieho miesta bezprostredne pred detonáciou;
3. s možnosťou bombardovania RDS-1 z ťažkého bombardéra TU-4.

Atómová nálož bomby RDS-1 bola viacvrstvová štruktúra, v ktorej sa prechod účinnej látky - plutónia do superkritického stavu uskutočňoval jej stlačením pomocou zbiehajúcej sa sférickej detonačnej vlny vo výbušnine.

V strede jadrovej nálože bolo umiestnené plutónium, štrukturálne pozostávajúce z dvoch pologuľovitých častí. Hmotnosť plutónia bola stanovená v júli 1949, po dokončení experimentov na meranie jadrových konštánt.

Veľký úspech dosiahli nielen technológovia, ale aj hutníci a rádiochemici. Vďaka ich úsiliu už prvé časti plutónia obsahovali malé množstvo nečistôt a vysoko aktívnych izotopov. Posledný bod bol obzvlášť významný, pretože izotopy s krátkou životnosťou, ktoré sú hlavným zdrojom neutrónov, by mohli mať negatívny vplyv na pravdepodobnosť predčasného výbuchu.

Neutrónová poistka (NC) bola inštalovaná v dutine plutóniového jadra v kompozitnom obale z prírodného uránu. Počas rokov 1947-1948 sa zvažovalo asi 20 rôznych návrhov týkajúcich sa princípov fungovania, dizajnu a vylepšenia NZ.

Jednou z najzložitejších súčastí prvej atómovej bomby RDS-1 bola výbušná nálož vyrobená zo zliatiny TNT a RDX.

Voľba vonkajšieho polomeru trhaviny bola daná jednak potrebou dosiahnuť uspokojivé uvoľnenie energie a jednak prípustnými vonkajšími rozmermi výrobku a technologickými možnosťami výroby.

Prvá atómová bomba bola vyvinutá v súvislosti s jej zavesením v lietadle TU-4, ktorého bombovnica poskytovala možnosť umiestniť výrobok s priemerom až 1500 mm. Na základe tohto rozmeru bola určená stredová časť balistického tela bomby RDS-1. Nálož trhaviny bola konštrukčne dutá guľa a pozostávala z dvoch vrstiev.

Vnútorná vrstva bola vytvorená z dvoch polguľových základov vyrobených z domácej zliatiny TNT a RDX.

Vonkajšia vrstva výbušnej nálože RDS-1 bola zostavená zo samostatných prvkov. Táto vrstva, navrhnutá tak, aby vytvorila sférickú zbiehajúcu sa detonačnú vlnu na základni výbušniny a nazývaná zaostrovací systém, bola jednou z hlavných funkčných jednotiek nálože, ktorá do značnej miery určovala jej výkonové charakteristiky.

Hlavným účelom systému automatizácie bômb bolo vykonať jadrový výbuch v daný bod trajektórie. Časť elektrického vybavenia bomby bola umiestnená na nosnom lietadle a jej jednotlivé prvky boli umiestnené na jadrovom náboji.
Na zlepšenie spoľahlivosti prevádzky produktu boli jednotlivé prvky automatickej detonácie vyrobené podľa dvojkanálovej (duplicitnej) schémy. V prípade zlyhania vysokohorských poistkových systémov bolo v konštrukcii bomby poskytnuté špeciálne zariadenie (nárazový snímač) na vykonanie jadrového výbuchu, keď bomba dopadne na zem.

Už v počiatočnom štádiu vývoja jadrových zbraní sa ukázalo, že štúdium procesov prebiehajúcich v náboji by malo nasledovať výpočtovú a experimentálnu cestu, čo umožnilo opraviť teoretickú analýzu založenú na experimentálnych výsledkoch experimentov. údaje o plynno-dynamických charakteristikách jadrových náplní.

Vo všeobecnom aspekte plynodynamické testovanie jadrovej nálože zahŕňalo množstvo štúdií súvisiacich s prípravou experimentov a zaznamenávaním rýchlych procesov vrátane šírenia detonačných a rázových vĺn v heterogénnych médiách.

Štúdium vlastností látok v plynodynamickom štádiu prevádzky jadrových náloží, kedy rozsah tlakov dosahuje stovky miliónov atmosfér, si vyžiadalo vývoj zásadne nových výskumných metód, ktorých kinetika si vyžadovala vysokú presnosť – až stotiny mikrosekundy. Takéto požiadavky viedli k vývoju nových metód na zaznamenávanie vysokorýchlostných procesov. Práve vo výskumnom sektore KB-11 boli položené základy domácej vysokorýchlostnej fotochronografie s rýchlosťou záberu až 10 km/s a rýchlosťou snímania okolo milióna snímok za sekundu. Vysokorýchlostný rekordér vyvinutý A.D. Zacharenkovom, G.D. Sokolovom a V.K. Chemická fyzika v roku 1950.

Všimnite si, že tento fotochronograf poháňaný vzduchovou turbínou už vtedy poskytoval rýchlosť snímania obrazu 7 km/s. Parametre sériového zariadenia SFR (1950) vytvoreného na jeho základe s pohonom z elektromotora sú skromnejšie - do 3,5 km / s.

E.K.Zavoisky

Pre výpočtovo-teoretické zdôvodnenie použiteľnosti prvého výrobku bolo zásadne dôležité poznať parametre stavu PW za čelom detonačnej vlny, ako aj dynamiku sféricky symetrickej kompresie centrálnej časti detonačnej vlny. produkt. Za týmto účelom v roku 1948 E.K. Zavoisky navrhol a vyvinul elektromagnetickú metódu na zaznamenávanie hmotnostných rýchlostí produktov výbuchu za čelom detonačných vĺn, a to ako pri plochom, tak aj pri sférickom výbuchu.

Distribúcia rýchlosti produktov výbuchu bola vykonaná paralelne a metódou pulznej rádiografie V.A. Tsukermanom a spolupracovníkmi.

Na registráciu rýchlych procesov boli vytvorené unikátne viackanálové rekordéry ETAR-1 a ETAR-2, vyvinuté E.A. Etingofom a M.S. Tarasovom, s časovým rozlíšením blízkym nanosekundám. Následne boli tieto rekordéry nahradené sériovým zariadením OK-4 vyvinutým A.I. Sokolik (IKhP AN).

Použitie nových metód a nových zapisovačov v štúdiách KB-11 umožnilo získať potrebné údaje o dynamickej stlačiteľnosti konštrukčných materiálov už pri začatí prác na vytvorení atómových zbraní.

Experimentálne štúdie konštánt pracovných látok, ktoré tvoria fyzikálnu schému náboja, vytvorili základ pre overenie fyzikálnych konceptov procesov prebiehajúcich v náboji v plynodynamickom štádiu jeho činnosti.

Všeobecná štruktúra atómovej bomby

Hlavné prvky jadrových zbraní sú:

• rám
• automatizačný systém

Puzdro je určené na uloženie jadrovej nálože a automatizačného systému a zároveň ich chráni pred mechanickými a v niektorých prípadoch aj pred tepelnými vplyvmi. Automatizačný systém zabezpečuje výbuch jadrovej nálože v danom časovom okamihu a vylučuje jej náhodnú alebo predčasnú prevádzku. Obsahuje:

• bezpečnostný a zabezpečovací systém
• núdzový detonačný systém
• detonačný systém náboja
• zdroj energie
• podkopový senzorový systém

Dodacie prostriedky jadrové zbrane môžu to byť balistické rakety, okrídlené a protilietadlové rakety, letectvo. Jadrová munícia sa používa na vybavenie leteckých bômb, pozemných mín, torpéd, delostreleckých granátov (203,2 mm SG a 155 mm SG-USA).

Na odpálenie atómovej bomby boli vynájdené rôzne systémy. Najjednoduchším systémom je zbraň injekčného typu, v ktorej projektil vyrobený zo štiepneho materiálu narazí na cieľ a vytvorí nadkritickú hmotu. Atómová bomba, ktorú Spojené štáty zhodili na Hirošimu 6. augusta 1945, mala rozbušku injekčného typu. A malo energetický ekvivalent približne 20 kiloton TNT.

Múzeum jadrových zbraní

V Sarove bolo 13. novembra 1992 otvorené Historické a pamätné múzeum jadrových zbraní RFNC-VNIIEF (Ruské federálne jadrové centrum – Všeruský výskumný ústav experimentálnej fyziky). Toto je prvé múzeum v krajine, ktoré hovorí o hlavných etapách vytvárania domáceho jadrového štítu. Prvé exponáty múzea sa v tento deň objavili pred jeho návštevníkmi v budove bývalej priemyselnej školy, kde dnes múzeum sídli.

Jeho exponáty sú ukážkami produktov, ktoré sa stali legendami v histórii jadrového priemyslu krajiny. To, na čom pracovali najväčší odborníci, bolo donedávna obrovským štátnym tajomstvom nielen pre obyčajných smrteľníkov, ale aj pre samotných vývojárov jadrových zbraní.

Expozícia múzea obsahuje exponáty od úplne prvej skúšobnej vzorky z roku 1949 až po súčasnosť.

1. ATÓMOVÁ BOMBA: ZLOŽENIE, BOJOVÉ CHARAKTERISTIKY A ÚČEL TVORBY

Pred začatím štúdia štruktúry atómovej bomby je potrebné porozumieť terminológii o tejto problematike. Takže vo vedeckých kruhoch existujú špeciálne pojmy, ktoré odrážajú vlastnosti atómových zbraní. Spomedzi nich vyzdvihujeme nasledovné:

Atómová bomba – pôvodný názov leteckej jadrovej bomby, ktorej pôsobenie je založené na výbušnej reťazovej reakcii jadrového štiepenia. S príchodom takzvanej vodíkovej bomby, založenej na termonukleárnej fúznej reakcii, sa pre ne ustálil spoločný termín – jadrová bomba.

Jadrová bomba je letecká bomba s jadrovou náložou, ktorá má veľkú ničivú silu. Prvé dve jadrové bomby s ekvivalentom TNT asi 20 kt každá zhodili americké lietadlá na japonské mestá Hirošima a Nagasaki 6. a 9. augusta 1945 a spôsobili obrovské straty na životoch a zničenie. Moderné jadrové bomby majú ekvivalent TNT v desiatkach až miliónoch ton.

Jadrové resp atómová zbraň- výbušná zbraň založená na využití jadrovej energie uvoľnenej pri reťazovej jadrovej štiepnej reakcii ťažkých jadier alebo termonukleárnej fúznej reakcii ľahkých jadier.

Vzťahuje sa na zbrane hromadného ničenia (ZHN) spolu s biologickými a chemickými zbraňami.

Jadrové zbrane - súbor jadrových zbraní, prostriedky ich dodania na cieľ a ovládacie prvky. Týka sa zbraní hromadného ničenia; má obrovskú ničivú silu. Z vyššie uvedeného dôvodu USA a ZSSR výrazne investovali do vývoja jadrových zbraní. Podľa sily náloží a dosahu pôsobenia sa jadrové zbrane delia na taktické, operačno-taktické a strategické. Použitie jadrových zbraní vo vojne je katastrofou pre celé ľudstvo.

Jadrový výbuch je proces okamžitého uvoľnenia veľkého množstva vnútrojadrovej energie v obmedzenom objeme.

Pôsobenie atómových zbraní je založené na štiepnej reakcii ťažkých jadier (urán-235, plutónium-239 a v niektorých prípadoch aj urán-233).

Urán-235 sa používa v jadrových zbraniach, pretože na rozdiel od bežnejšieho izotopu uránu-238 dokáže uskutočniť samoudržiavaciu jadrovú reťazovú reakciu.

Plutónium-239 sa tiež označuje ako „plutónium zbraňovej kvality“, pretože je určený na vytvorenie jadrových zbraní a obsah izotopu 239Pu musí byť aspoň 93,5 %.

Na vyjadrenie štruktúry a zloženia atómovej bomby ako prototypu analyzujeme plutóniovú bombu „Fat Man“ (obr. 1) zhodenú 9. augusta 1945 na japonské mesto Nagasaki.

výbuch atómovej jadrovej bomby

Obrázok 1 - Atómová bomba "Fat Man"

Usporiadanie tejto bomby (typické pre plutóniovú jednofázovú muníciu) je približne nasledovné:

Neutrónový iniciátor - berýliová guľa s priemerom asi 2 cm, pokrytá tenkou vrstvou zliatiny ytria-polónia alebo kovu polónia-210 - primárny zdroj neutrónov pre prudký pokles kritickej hmotnosti a zrýchlenie nástupu reakciu. Vystrelí v momente prechodu bojového jadra do superkritického stavu (pri kompresii dochádza k zmesi polónia a berýlia s uvoľnením veľkého množstva neutrónov). V súčasnosti je okrem tohto typu iniciácie bežnejšia termonukleárna iniciácia (TI). Termonukleárny iniciátor (TI). Nachádza sa v strede nálože (podobne ako NI), kde sa nachádza malé množstvo termonukleárneho materiálu, ktorého stred je ohrievaný konvergujúcou rázovou vlnou a v procese termonukleárnej reakcie na pozadí teplôt ktoré vznikli, vzniká značné množstvo neutrónov, dostatočné na neutrónovú iniciáciu reťazovej reakcie (obr. 2).

Plutónium. Použite najčistejší izotop plutónia-239, aj keď na zvýšenie stability fyzikálne vlastnosti(hustota) a zlepšujú stlačiteľnosť náboja plutónium je dopované malým množstvom gália.

Plášť (zvyčajne vyrobený z uránu), ktorý slúži ako reflektor neutrónov.

Kompresný plášť vyrobený z hliníka. Poskytuje väčšiu rovnomernosť stlačenia rázovou vlnou a zároveň chráni vnútorné časti nálože pred priamym kontaktom s výbušninami a horúcimi produktmi jej rozkladu.

Synchronizovaná je výbušnina so zložitým detonačným systémom, ktorý zabezpečuje detonáciu celej výbušniny. Synchronicita je nevyhnutná na vytvorenie striktne sférickej kompresnej (nasmerovanej vo vnútri lopty) rázovej vlny. Nesférická vlna vedie k vymršteniu materiálu loptičky v dôsledku nehomogenity a nemožnosti vytvorenia kritickej hmoty. Vytvorenie takéhoto systému na lokalizáciu výbušnín a detonácie bolo svojho času jednou z najťažších úloh. Používa sa kombinovaná schéma (systém šošoviek) „rýchlych“ a „pomalých“ výbušnín.

Telo vyrobené z duralových lisovaných prvkov - dva guľové kryty a remeň spojený skrutkami.

Obrázok 2 - Princíp činnosti plutóniovej bomby

Stred jadrového výbuchu je bod, v ktorom dôjde k záblesku alebo sa nachádza stred ohnivej gule, a epicentrum je projekcia centra výbuchu na zem alebo vodnú hladinu.

Jadrové zbrane sú najsilnejším a najnebezpečnejším typom zbraní hromadného ničenia, ktoré ohrozujú celé ľudstvo bezprecedentným zničením a zničením miliónov ľudí.

Ak dôjde k výbuchu na zemi alebo pomerne blízko jej povrchu, časť energie výbuchu sa prenesie na povrch Zeme vo forme seizmických vibrácií. Dochádza k javu, ktorý svojimi znakmi pripomína zemetrasenie. V dôsledku takéhoto výbuchu vznikajú seizmické vlny, ktoré sa šíria hrúbkou zeme na veľmi veľké vzdialenosti. Deštruktívny účinok vlny je obmedzený na polomer niekoľkých stoviek metrov.

V dôsledku extrémne vysokej teploty výbuchu dochádza k jasnému záblesku svetla, ktorého intenzita je stokrát väčšia ako intenzita slnečných lúčov dopadajúcich na Zem. Blesk uvoľňuje obrovské množstvo tepla a svetla. Svetelné žiarenie spôsobuje samovznietenie horľavých materiálov a spáli pokožku ľudí v okruhu mnohých kilometrov.

O nukleárny výbuch dochádza k ožiareniu. Trvá asi minútu a má takú vysokú penetračnú silu, že sú potrebné výkonné a spoľahlivé úkryty na ochranu pred ním na blízku vzdialenosť.

Jadrový výbuch je schopný okamžite zničiť alebo zneškodniť nechránené osoby, otvorene stojace zariadenia, konštrukcie a rôzny materiál. Hlavné škodlivé faktory jadrového výbuchu (PFYAV) sú:

rázová vlna;

svetelné žiarenie;

prenikajúce žiarenie;

rádioaktívna kontaminácia oblasti;

elektromagnetický impulz (EMP).

Pri jadrovom výbuchu v atmosfére je rozdelenie uvoľnenej energie medzi PNF približne nasledovné: asi 50 % pre rázovú vlnu, 35 % pre podiel svetelného žiarenia, 10 % pre rádioaktívnu kontamináciu a 5 % pre prenikanie žiarenie a EMP.

Rádioaktívnu kontamináciu ľudí, vojenskej techniky, terénu a rôznych predmetov pri jadrovom výbuchu spôsobujú štiepne úlomky náložovej látky (Pu-239, U-235) a nezreagovaná časť nálože vypadávajúca z oblaku výbuchu, ako aj ako rádioaktívne izotopy vznikajúce v pôde a iných materiáloch pod vplyvom neutrónov – indukovaná aktivita. Postupom času aktivita štiepnych úlomkov rýchlo klesá, najmä v prvých hodinách po výbuchu. Takže napríklad celková aktivita štiepnych úlomkov pri výbuchu 20 kT jadrovej zbrane bude za jeden deň niekoľkotisíckrát menšia ako za jednu minútu po výbuchu.

Analýza účinnosti integrovanej aplikácie opatrení proti rušeniu na zlepšenie stability fungovania komunikačných zariadení v podmienkach nepriateľských rádiových protiopatrení

Vzhľadom na úroveň technického vybavenia bude vykonaná analýza síl a prostriedkov elektronického boja pre prápor prieskumu a elektronického boja (R a EW) mechanizovanej divízie (MD) SV. Prieskumný a elektronický bojový prápor Ministerstva obrany USA zahŕňa)