Вступ

Інтерес до історії виникнення та значення для людства ядерної зброї визначається значенням цілого ряду факторів, серед яких, мабуть, перший ряд займає проблеми забезпечення балансу сил на світовій арені та актуальності побудови системи ядерного стримування військової загрози для держави. Певне вплив, пряме чи опосередковане, наявність ядерної зброї завжди надає соціально-економічну ситуацію і політичну розстановку сил у «країнах-власниках» таким озброєнням, цим, зокрема, і зумовлена актуальність обраної нами проблеми дослідження. Проблема розробки та актуальності використання ядерної зброї з метою забезпечення національної безпекидержави є досить актуальною у вітчизняній науці вже не перше десятиліття, і ця тема досі не вичерпала себе.

Об'єктом даного дослідження є атомна зброя в сучасному світі, предметом дослідження - історія створення атомної бомбита її технологічний пристрій. Новизна роботи полягає в тому, що проблема атомної зброї висвітлюється з позиції цілого ряду напрямків: ядерної фізики, національної безпеки, історії. зовнішньої політикита розвідки.

Мета даної роботи полягає у дослідженні історії створення та ролі атомної (ядерної) бомби у забезпеченні миру та порядку на нашій планеті.

Для досягнення поставленої мети у роботі вирішено такі завдання:

охарактеризовано поняття "атомна бомба", "ядерна зброя" та ін;

розглянуто передумови виникнення атомної зброї;

виявлено причини, що спонукали людство до створення атомної зброї та її використання.

проаналізовано будову та склад атомної бомби.

Поставлені цілі та завдання зумовили структуру та логіку дослідження, яке складається із вступу, двох розділів, висновків та списку використаних джерел.

АТОМНА БОМБА: СКЛАД, БОЙОВІ ХАРАКТЕРИСТИКИ І МЕТА СТВОРЕННЯ

Перш ніж розпочати вивчення будови атомної бомби, необхідно розібратися в термінології з цієї проблеми. Отже, у наукових колах є спеціальні терміни, що відображають характеристики атомної зброї. Серед них особливо відзначимо такі:

Атомна бомба - первісна назва авіаційної ядерної бомби, дія якої ґрунтується на вибуховій ланцюговій ядерній реакції поділу. З появою так званої водневої бомби, заснованої на термоядерній реакції синтезу, утвердився загальний їм термін - ядерна бомба.

Ядерна бомба- авіаційна бомба з ядерним зарядом, має велику руйнівну силу. Перші дві ядерні бомби з тротиловим еквівалентом близько 20 кт кожна була скинута американською авіацією на японські міста Хіросіма та Нагасакі, відповідно 6 та 9 серпня 1945 року, і викликали величезні жертви та руйнування. Сучасні ядерні бомби мають тротиловий еквівалент від десятків до мільйонів тонн.

Ядерна або атомна зброя - зброя вибухової дії, заснованої на використанні ядерної енергії, що звільняється при ланцюговій ядерній реакції розподілу важких ядер або термоядерної реакції синтезу легких ядер.

Належить до зброї масового ураження (ОМП) поряд з біологічним та хімічним.

Ядерну зброю- сукупність ядерних боєприпасів, засобів їх доставки до мети та засобів управління. Належить до зброї масового ураження; має величезну руйнівну силу. З вищевказаної причини, США та СРСР вкладали величезні кошти у розробку ядерної зброї. За потужністю зарядів та дальністю дії ядерна зброя ділиться на тактичну, оперативно-тактичну та стратегічну. Застосування ядерної зброї у війні є згубним для всього людства.

Ядерний вибух – це процес миттєвого виділення великої кількості внутрішньоядерної енергії в обмеженому обсязі.

Дія атомної зброї ґрунтується на реакції розподілу важких ядер (уран-235, плутоній-239 та, в окремих випадках, уран-233).

Уран-235 використовують в ядерній зброї тому, що на відміну від найбільш поширеного ізотопу урану-238, в ньому можлива ланцюгова ядерна реакція, що самопідтримується.

Плутоній-239 також називають "збройовий плутон", т.к. він призначений для створення ядерної зброї та вміст ізотопу 239Pu має бути не менше 93,5 %.

Для відображення будови та складу атомної бомби як прототип проаналізуємо плутонієву бомбу "Товстун" (рис. 1) скинуту 9 серпня 1945 року на японське місто Нагасакі.

атомний ядерний бомба вибух

Малюнок 1 - Атомна бомба "Товстун"

Схема цієї бомби (типова для плутонієвих однофазних боєприпасів) приблизно така:

Нейтронний ініціатор - куля діаметром близько 2 см з берилію, покрита тонким шаром сплаву ітрій-полоній або металевого полонія-210 - первинне джерело нейтронів для різкого зниження критичної маси та прискорення початку реакції. Спрацьовує в момент переведення бойового ядра в закритий стан (при стисканні відбувається змішання полонія та берилію з викидом великої кількості нейтронів). В даний час, крім даного типу ініціювання, більш поширене термоядерне ініціювання (ТІ). Термоядерний ініціатор (ТІ). Знаходиться в центрі заряду (подібно до НІ) де розміщується невелика кількість термоядерного матеріалу, центр якого нагрівається ударною хвилею, що сходиться, і в процесі термоядерної реакції на тлі температур, що виникли, напрацьовується значна кількість нейтронів, достатня для нейтронного ініціювання ланцюгової реакції (рис. 2).

Плутоній. Використовують максимально чистий ізотоп плутоній-239, хоча збільшення стабільності фізичних властивостей(Щільність) і поліпшення стисливості заряду плутоній легується невеликою кількістю галію.

Оболонка (зазвичай з урану), що є відбивачем нейтронів.

Обтискаюча оболонка з алюмінію. Забезпечує велику рівномірність обтиску ударною хвилею, водночас оберігаючи внутрішні частини заряду від безпосереднього контакту з вибухівкою та розпеченими продуктами її розкладання.

Вибухова речовина з складною системоюпідриву, що забезпечує синхронність підриву всієї вибухової речовини. Синхронність необхідна для створення строго сферичної ударної хвилі, що стискає (спрямованої всередину кулі). Несферична хвиля призводить до викиду матеріалу кулі через неоднорідність та неможливість створення критичної маси. Створення подібної системи розташування вибухівки і підриву було свого часу однією з найважчих завдань. Використовується комбінована схема (система лінз) із «швидкої» та «повільної» вибухівок.

Корпус, виготовлений з алюмінієвих штампованих елементів - дві сферичні кришки та пояс, що з'єднуються болтами.

Рисунок 2 - Принцип дії плутонієвої бомби

Центр ядерного вибуху - точка, в якій відбувається спалах або знаходиться центр вогняної кулі, а епіцентр - проекцію центру вибуху на земну або водну поверхню.

Ядерна зброя є найпотужнішим і найнебезпечнішим видом зброї масової поразки, що загрожує всьому людству небаченими руйнуваннями та знищенням мільйонів людей.

Якщо вибух відбувається на землі або досить близько від її поверхні, частина енергії вибуху передається поверхні Землі у вигляді сейсмічних коливань. Виникає явище, яке за своїми особливостями нагадує землетрус. В результаті такого вибуху утворюються сейсмічні хвилі, які через товщу землі поширюються на великі відстані. Руйнівна дія хвилі обмежується радіусом у кілька сотень метрів.

Внаслідок надзвичайно високої температури вибуху виникає яскравий спалах світла, інтенсивність якого в сотні разів перевищує інтенсивність сонячних променів, що падають на Землю. При спалаху виділяється величезна кількість тепла та світла. Світлове випромінювання викликає самозаймання займистих матеріалів та опіки шкіри у людей у радіусі багатьох кілометрів.

При ядерний вибухз'являється радіація. Вона триває близько хвилини і має настільки високу проникаючу здатність, що для захисту від неї на близьких відстанях потрібні потужні та надійні укриття.

Ядерний вибух здатний миттєво знищити або вивести з ладу незахищених людей, відкрито техніку, споруди та різні матеріальні засоби. Основними факторами ядерного вибуху (ПФЯВ) є:

ударна хвиля;

світлове випромінювання;

проникаюча радіація;

радіоактивне зараження місцевості;

електромагнітний імпульс (ЕМІ).

При ядерному вибуху в атмосфері розподіл енергії, що виділяється між ПФЯВ приблизно такий: близько 50% на ударну хвилю, частку світлового випромінювання 35%, на радіоактивне зараження 10% і 5% на проникаючу радіацію і ЭМИ.

Радіоактивне зараження людей, бойової техніки, місцевості та різних об'єктів при ядерному вибуху обумовлюється уламками поділу речовини заряду (Pu-239, U-235) і частиною заряду, що не прореагувала, випадають з хмари вибуху, а також радіоактивні ізотопи, що утворюються в грунті та інших матеріалах під впливом нейтронів – наведена активність. З часом активність осколків поділу швидко зменшується, особливо в перші години після вибуху. Так, наприклад, загальна активність уламків поділу при вибуху ядерного боєприпасу потужністю 20 кТ через один день буде в кілька тисяч разів менша, ніж через одну хвилину після вибуху.

Світ атома настільки фантастичний, що для його розуміння потрібна докорінна ломка звичних понять про простір і час. Атоми такі малі, що якби краплю води можна було збільшити до розмірів Землі, то кожен атом у цій краплі був би меншим за апельсин. Насправді, одна крапля води складається з 6000 мільярдів мільярдів (6000000000000000000000) атомів водню і кисню. Проте, незважаючи на свої мікроскопічні розміри, атом має будову до певної міри подібну до будови нашої сонячної системи. У його незбагненно малому центрі, радіус якого менше однієї трильйонного сантиметра, знаходиться відносно величезне «сонце» – ядро атома.

Навколо цього атомного "сонця" обертаються крихітні "планети" - електрони. Ядро складається з двох основних будівельних цеглин Всесвіту - протонів і нейтронів (вони мають назву - нуклони). Електрон і протон - заряджені частинки, причому кількість заряду у кожному їх абсолютно однаково, проте заряди різняться за знаком: протон завжди заряджений позитивно, а електрон - негативно. Нейтрон не несе електричного зарядуі внаслідок цього має дуже велику проникність.

В атомній шкалі вимірювань маса протона та нейтрону прийнята за одиницю. Атомна вага будь-якого хімічного елемента тому залежить кількості протонів і нейтронів, укладених у його ядрі. Наприклад, атом водню, ядро якого складається лише з одного протона, має атомну масурівну 1. Атом гелію, з ядром із двох протонів і двох нейтронів, має атомну масу, рівну 4.

Ядра атомів одного і того ж елемента завжди містять однакову кількість протонів, але число нейтронів може бути різним. Атоми, що мають ядра з однаковим числом протонів, але відрізняються за кількістю нейтронів і відносяться до різновидів одного й того самого елемента, називаються ізотопами. Щоб відрізнити їх один від одного, до символу елемента приписують число, рівну сумівсіх частинок в ядрі цього ізотопу.

Чи може виникнути питання: чому ядро атома не розвалюється? Адже протони, що входять до нього, - електрично заряджені частинки з однаковим зарядом, які повинні відштовхуватися один від одного з великою силою. Пояснюється це тим, що всередині ядра діють ще й так звані внутрішньоядерні сили, що притягають частинки ядра один до одного. Ці сили компенсують сили відштовхування протонів і дають ядру мимоволі розлетітися.

Внутрідерні сили дуже великі, але діють тільки на дуже близькій відстані. Тому ядра важких елементів, які з сотень нуклонів, виявляються нестабільними. Частинки ядра перебувають у безперервному русі (не більше обсягу ядра), і якщо додати їм якесь додаткову кількість енергії, можуть подолати внутрішні сили - ядро розділиться на частини. Величину цієї надлишкової енергії називають енергією збудження. Серед ізотопів важких елементів є такі, які знаходяться на самій грані саморозпаду. Достатньо лише невеликого «поштовху», наприклад, простого влучення в ядро нейтрона (причому він навіть не повинен розганятися до великої швидкості), щоб пішла реакція ядерного поділу. Деякі з цих «діляться» ізотопів пізніше навчилися отримувати штучно. У природі існує тільки один такий ізотоп - це уран-235.

Уран був відкритий в 1783 Клапротом, який виділив його з уранової смолки і назвав на честь нещодавно відкритої планети Уран. Як виявилося надалі, це був, власне, не сам уран, яке оксид. Чистий уран – метал сріблясто-білого кольору – був отриманий
лише у 1842 році Пеліго. Новий елементне мав жодних чудових властивостей і не привертав до себе уваги аж до 1896 року, коли Беккерель відкрив явище радіоактивності солей урану. Після цього уран став об'єктом наукових дослідженьта експериментів, але практичного застосуванняяк і раніше, не мав.

Коли в першій третині XX століття фізикам більш-менш стала зрозумілою будова атомного ядра, вони насамперед спробували здійснити давню мрію алхіміків - постаралися перетворити один хімічний елементв інший. У 1934 році французькі дослідники дружини Фредерік та Ірен Жоліо-Кюрі доповіли Французькій академії наук про наступний досвід: при бомбардуванні пластин алюмінію альфа-частинками (ядрами атома гелію) атоми алюмінію перетворювалися на атоми фосфору, але не звичайні, а радіо у стійкий ізотоп кремнію. Таким чином, атом алюмінію, приєднавши один протон і два нейтрони, перетворювався на важчий атом кремнію.

Цей досвід навів на думку, що якщо «обстрілювати» нейтронами ядра найважчого з існуючих у природі елементів – урану, можна отримати такий елемент, якого у природних умовах немає. У 1938 році німецькі хіміки Отто Ган і Фріц Штрассман повторили загалом досвід подружжя Жоліо-Кюрі, взявши замість алюмінію уран. Результати експерименту виявилися зовсім не ті, що вони очікували – замість нового надважкого елемента з масовим числом більше, ніж у урану, Ган та Штрассман отримали легкі елементи із середньої частини. періодичної системи: барій, криптон, бром та деякі інші. Самі експериментатори не змогли пояснити явище, що спостерігається. Тільки наступного року фізик Ліза Мейтнер, якій Ган повідомив про свої труднощі, знайшла правильне пояснення феномену, що спостерігається, припустивши, що при обстрілі урану нейтронами відбувається розщеплення (розподіл) його ядра. При цьому мали утворюватися ядра легших елементів (ось звідки бралися барій, криптон та інші речовини), а також виділятися 2-3 вільні нейтрони. Подальші дослідження дозволили детально прояснити картину того, що відбувається.

Природний уран складається з суміші трьох ізотопів з масами 238, 234 і 235. Основна кількість урану припадає на ізотоп-238, в ядро якого входять 92 протони та 146 нейтронів. Уран-235 складає всього 1/140 природного урану (0,7% (він має у своєму ядрі 92 протони і 143 нейтрони), а уран-234 (92 протони, 142 нейтрони) лише - 1/17500 від загальної маси урану (0 Найменш стабільним з цих ізотопів є уран-235.

Іноді ядра його атомів мимоволі діляться на частини, унаслідок чого утворюються легші елементи періодичної системи. Процес супроводжується виділенням двох чи трьох вільних нейтронів, які мчать із величезною швидкістю - близько 10 тис. км/с (їх називають швидкими нейтронами). Ці нейтрони можуть потрапляти до інших ядрів урану, викликаючи ядерні реакції. Кожен ізотоп веде себе у разі по-різному. Ядра урану-238 у більшості випадків просто захоплюють ці нейтрони без будь-яких подальших перетворень. Але приблизно в одному випадку з п'яти при зіткненні швидкого нейтрону з ядром ізотопу-238 відбувається цікава ядерна реакція: один з нейтронів урану-238 випускає електрон, перетворюючись на протон, тобто ізотоп урану звертається на більш
важкий елемент – нептуній-239 (93 протони + 146 нейтронів). Але нептуній нестабільний - через кілька хвилин один з його нейтронів випускає електрон, перетворюючись на протон, після чого ізотоп нептунія звертається до наступного за рахунком елементу періодичної системи - плутоній-239 (94 протона + 145 нейтронів). Якщо ж нейтрон потрапляє в ядро нестійкого урану-235, то негайно відбувається розподіл - атоми розпадаються з випромінюванням двох або трьох нейтронів. Зрозуміло, що в природному урані, більшість атомів якого відносяться до ізотопу-238, жодних видимих наслідків ця реакція не має - усі вільні нейтрони виявляться зрештою поглиненими цим ізотопом.

Ну а якщо уявити досить масивний шматок урану, що повністю складається з ізотопу-235?

Тут процес піде по-іншому: нейтрони, що виділилися при розподілі кількох ядер, своєю чергою, потрапляючи в сусідні ядра, викликають їх розподіл. В результаті виділяється нова порція нейтронів, що розщеплює наступні ядра. За сприятливих умов ця реакція протікає лавиноподібно і зветься ланцюгової реакції. Для її початку може бути достатньо ліченої кількості бомбардуючих частинок.

Справді, хай уран-235 бомбардують лише 100 нейтронів. Вони поділять 100 ядер урану. При цьому виділиться 250 нових нейтронів другого покоління (у середньому 2, 5 за один поділ). Нейтрони другого покоління зроблять вже 250 поділів, у якому виділиться 625 нейтронів. У наступному поколінні воно дорівнюватиме 1562, потім 3906, далі 9670 і т.д. Число поділів збільшуватиметься безмежно, якщо процес не зупинити.

Проте реально лише незначна частина нейтронів потрапляє у ядра атомів. Решта, стрімко промчавши між ними, несуть у навколишній простір. Ланцюгова реакція, що самопідтримується, може виникнути тільки в досить великому масиві урану-235, що володіє, як кажуть, критичною масою. (Ця маса за нормальних умов дорівнює 50 кг.) Важливо відзначити, що розподіл кожного ядра супроводжується виділенням величезної кількості енергії, яка виявляється приблизно в 300 мільйонів разів більше енергії, витраченої на розщеплення! (Підраховано, що при повному розподілі 1 кг урану-235 виділяється стільки ж тепла, скільки при спалюванні 3 тис. тонн вугілля.)

Цей колосальний виплеск енергії, що звільняється за лічені миті, виявляє себе як вибух жахливої сили та лежить в основі дії ядерної зброї. Але для того, щоб ця зброя стала реальністю, необхідно, щоб заряд складався не з природного урану, а з рідкісного ізотопу - 235 (такий уран називають збагаченим). Пізніше було встановлено, що чистий плутоній також ділиться матеріалом і може бути використаний в атомному заряді замість урану-235.

Усі ці важливі відкриття було зроблено напередодні Другої світової війни. Незабаром у Німеччині та інших країнах почалися секретні роботи зі створення атомної бомби. У цій проблемою зайнялися 1941 року. Усьому комплексу робіт було надано назву «Манхеттенського проекту».

Адміністративне керівництво проектом здійснював генерал Гровс, а наукове – професор Каліфорнійського університету Роберт Оппенгеймер. Обидва добре розуміли величезну складність завдання, що стоїть перед ними. Тому першою турботою Оппенгеймер стало комплектування високоінтелектуального наукового колективу. У США тоді було багато фізиків, які емігрували з фашистської Німеччини. Нелегко було залучити їх до створення зброї, спрямованої проти їхньої колишньої батьківщини. Оппенгеймер особисто розмовляв з кожним, пускаючи у хід усю силу своєї чарівності. Незабаром йому вдалося зібрати невелику групу теоретиків, яких він жартівливо називав світилами. І справді, до неї входили найбільші фахівці того часу в галузі фізики та хімії. (Серед них 13 лауреатів Нобелівської премії, у тому числі Бор, Фермі, Франк, Чедвік, Лоуренс.) Крім них, було багато інших фахівців різного профілю.

Уряд США не скупився на витрати, і роботи із самого початку набули грандіозного розмаху. У 1942 році було засновано найбільшу у світі дослідницьку лабораторію в Лос-Аламосі. Населення цього наукового міста невдовзі досягло 9 тисяч жителів. За складом вчених, розмахом наукових експериментів, Число залучених до роботи фахівців і робітників Лос-Аламоська лабораторія не мала собі рівних у світовій історії. "Манхеттенський проект" мав свою поліцію, контррозвідку, систему зв'язку, склади, селища, заводи, лабораторії, свій колосальний бюджет.

Головна мета проекту полягала в отриманні достатньої кількості матеріалу, що ділиться, з якого можна було б створити кілька атомних бомб. Окрім урану-235 зарядом для бомби, як уже говорилося, міг служити штучний елемент плутоній-239, тобто бомба могла бути як урановою, так і плутонієвою.

Гровсі Оппенгеймерпогодилися, що роботи повинні вестися одночасно за двома напрямками, оскільки неможливо наперед вирішити, який із них виявиться більш перспективним. Обидва способи принципово відрізнялися один від одного: накопичення урану-235 мало здійснюватися шляхом його відокремлення від основної маси природного урану, а плутоній міг бути отриманий тільки в результаті керованої ядерної реакції при опроміненні нейтронами урану-238. І той та інший шлях видавався надзвичайно важким і не обіцяв легких рішень.

Справді, як можна відокремити один від одного два ізотопи, які лише трохи відрізняються своєю вагою і хімічно поводяться абсолютно однаково? Ні наука, ні техніка ще ніколи не стикалися з такою проблемою. Виробництво плутонію теж спочатку здавалося дуже проблематичним. До того весь досвід ядерних перетворень зводився до кількох лабораторних експериментів. Тепер же в промисловому масштабі треба було освоїти виробництво кілограмів плутонію, розробити і створити для цього спеціальну установку - ядерний реактор, і навчитися керувати перебігом ядерної реакції.

І там і тут треба було вирішити цілий комплекс складних завдань. Тому «Манхеттенський проект» складався з кількох підпроектів, на чолі яких стояли видатні вчені. Сам Оппенгеймер був головою Лос-Аламоської наукової лабораторії. Лоуренс управляв Радіаційною лабораторією Каліфорнійського університету. Фермі вів у університеті Чикаго дослідження зі створення ядерного реактора.

Спочатку найважливішою проблемою було отримання урану. До війни цей метал фактично не мав застосування. Тепер, коли він був потрібний відразу у величезних кількостях, виявилося, що не існує промислового способу його виробництва.

Компанія «Вестингауз» взялася за його розробку і швидко досягла успіху. Після очищення уранової смоли (у такому вигляді уран зустрічається в природі) та одержання окису урану, її перетворювали на тетрафторид (UF4), з якого шляхом електролізу виділявся металевий уран. Якщо наприкінці 1941 року у розпорядженні американських учених було лише кілька грамів металевого урану, то вже у листопаді 1942 року його промислове виробництво заводах фірми «Вестингауз» досягло 6000 фунтів на місяць.

Водночас точилася робота над створенням ядерного реактора. Процес виробництва плутонію фактично зводився до опромінення уранових стрижнів нейтронами, у результаті частина урану-238 мала звернутися до плутоній. Джерелами нейтронів при цьому могли бути атоми урану-235, що діляться, розсіяні в достатній кількості серед атомів урану-238. Але щоб підтримувати постійне відтворення нейтронів, мала розпочатися ланцюгова реакція поділу атомів урану-235. Тим часом, як говорилося, на кожен атом урану-235 припадало 140 атомів урану-238. Ясно, що у нейтронів, що розлітаються на всі боки, було набагато більше ймовірності зустріти на своєму шляху саме їх. Тобто, величезна кількість нейтронів, що виділилися, виявлялося без будь-якої користі поглиненим основним ізотопом. Очевидно, що за таких умов ланцюгова реакція не могла йти. Як же бути?

Спочатку уявлялося, що без поділу двох ізотопів робота реактора взагалі неможлива, але незабаром було встановлено одну важливу обставину: виявилося, що уран-235 та уран-238 сприйнятливі до нейтронів різних енергій. Розщепити ядро атома урану-235 можна нейтроном порівняно невеликої енергії, що має швидкість близько 22 м/с. Такі повільні нейтрони не захоплюються ядрами урану-238 - для цього ті повинні мати швидкість сотень тисяч метрів на секунду. Тобто уран-238 безсилий завадити початку і ходу ланцюгової реакції в урані-235, викликаної нейтронами, уповільненими до вкрай малих швидкостей - трохи більше 22 м/с. Це явище було відкрито італійським фізиком Фермі, який з 1938 жив у США і керував тут роботами зі створення першого реактора. Як сповільнювач нейтронів Фермі вирішив застосувати графіт. За його розрахунками, нейтрони, що вилетіли з урану-235, пройшовши через шар графіту в 40 см, повинні були знизити свою швидкість до 22 м/с і почати ланцюгову реакцію, що самопідтримується, в урані-235.

Іншим сповільнювачем могла бути так звана «важка» вода. Оскільки атоми водню, що входять до неї, за розмірами та масою дуже близькі до нейтронів, вони могли найкраще уповільнювати їх. (Зі швидкими нейтронами відбувається приблизно те саме, що з кулями: якщо маленька куля вдаряється об велику, вона відкочується назад, майже не втрачаючи швидкості, при зустрічі ж з маленькою кулею він передає йому значну частину своєї енергії - так само нейтрон при пружному зіткненні відскакує від важкого ядра лише трохи сповільнюючись, а при зіткненні з ядрами атомів водню дуже швидко втрачає всю свою енергію. Однак звичайна вода не підходить для уповільнення, так як її водень має тенденцію поглинати нейтрони. Ось чому для цього слід використовувати дейтерій, що входить до складу «важкої» води.

На початку 1942 року під керівництвом Фермі у приміщенні тенісного корту під західними трибунами стадіону Чикаго почалося будівництво першого в історії ядерного реактора. Усі роботи вчені проводили самі. Управління реакцією можна здійснювати єдиним способом - регулюючи число нейтронів, що у ланцюгової реакції. Фермі припускав домогтися цього за допомогою стрижнів, виготовлених із таких речовин, як бор та кадмій, які сильно поглинають нейтрони. Уповільнювачем служили графітові цеглини, з яких фізики звели колони заввишки 3 м і шириною 1, 2 м. Між ними були встановлені прямокутні блоки з окисом урану. На всю конструкцію пішло близько 46 тонн окису урану та 385 тонн графіту. Для уповільнення реакції служили введені в реактор стрижні з кадмію та бору.

Якби цього виявилося недостатньо, то для страховки на платформі, розташованій над реактором, стояли двоє вчених із відрами, наповненими розчином солей кадмію - вони мали вилити їх на реактор, якби реакція вийшла з-під контролю. На щастя, цього не потрібно. 2 грудня 1942 року Фермі наказав висунути всі контрольні стрижні, і експеримент розпочався. Через чотири хвилини нейтронні лічильники почали клацати все голосніше та голосніше. З кожною хвилиною інтенсивність нейтронного потоку зростала. Це говорило про те, що в реакторі йде ланцюгова реакція. Вона тривала протягом 28 хвилин. Потім Фермі дав знак і опущені стрижні припинили процес. Так уперше людина звільнила енергію атомного ядра і довела, що може контролювати її за своєю волею. Тепер уже не було сумніву, що ядерна зброя – реальність.

1943 року реактор Фермі демонтували і перевезли до Арагонської національної лабораторії (50 км від Чикаго). Тут був незабаром побудований ще один ядерний реактор, в якому як сповільнювач використовувалася важка вода. Він складався з циліндричної алюмінієвої цистерни, що містить 6,5 тонн важкої води, в яку було вертикально занурено 120 стрижнів із металевого урану, ув'язнених у алюмінієву оболонку. Сім керівників стрижнів було зроблено з кадмію. Навколо цистерни розташовувався графітовий відбивач, потім екран зі сплавів свинцю та кадмію. Вся конструкція полягала в бетонний панцир із товщиною стінок близько 2,5 м.

Експерименти на цих дослідних реакторах підтвердили можливість промислового виробництваплутонію.

Головним центром «Манхеттенського проекту» незабаром стало містечко Ок-Рідж у долині річки Теннесі, населення якого за кілька місяців зросло до 79 тисяч людей. Тут у короткий термін було збудовано перший в історії завод з виробництва збагаченого урану. Тут же 1943 року було пущено промисловий реактор, який виробляв плутоній. У лютому 1944 року з нього щодня витягували близько 300 кг урану, з поверхні якого шляхом хімічного поділу отримували плутоній. (Для цього плутоній спочатку розчиняли, а потім брали в облогу.) Очищений уран після цього знову повертався в реактор. Того ж року в безплідній похмурій пустелі на південному березі річки Колумбія почалося будівництво величезного заводу Хенфорд. Тут розміщувалося три потужні атомні реактори, які щодня давали кілька сотень грамів плутонію.

Паралельно повним ходом йшли дослідження щодо розробки промислового процесу збагачення урану.

Розглянувши різні варіанти, Гровс та Оппенгеймер вирішили зосередити зусилля на двох методах: газодифузійному та електромагнітному.

Газодифузійний метод ґрунтувався на принципі, відомому під назвою закону Грехема (він був уперше сформульований у 1829 році шотландським хіміком Томасом Грехемом та розроблений у 1896 році англійським фізиком Рейлі). Відповідно до цього закону, якщо два газу, один з яких легший за інший, пропускати через фільтр з мізерно малими отворами, то через нього пройде дещо більше легкого газу, ніж важкого. У листопаді 1942 року Юрі та Даннінг з Колумбійського університету створили на основі методу Рейлі газодифузійний метод поділу ізотопів урану.

Бо природний уран - тверда речовина, то його спочатку перетворювали на фтористий уран (UF6). Потім цей газ пропускали через мікроскопічні - близько тисячних часток міліметра - отвори в перегородці фільтра.

Так як різниця в молярних терезах газів була дуже мала, то за перегородкою вміст урану-235 збільшувався всього в 1,0002 рази.

Для того щоб збільшити кількість урану-235 ще більше, отриману суміш знову пропускають через перегородку, і кількість урану знову збільшується в 10002 рази. Таким чином, щоб підвищити вміст урану-235 до 99% потрібно було пропускати газ через 4000 фільтрів. Це відбувалося на величезному газодифузійному заводі Ок-Рідж.

У 1940 році під керівництвом Ернста Лоуренса в Каліфорнійському університеті почалися дослідження по розподілу ізотопів урану електромагнітним методом. Необхідно було знайти такі фізичні процеси, які б розділити ізотопи, користуючись різницею їх мас. Лоуренс спробував розділити ізотопи, використовуючи принцип мас-спектрографа - приладу, з допомогою якого визначають маси атомів.

Принцип його дії полягав у наступному: попередньо іонізовані атоми прискорювалися електричним полем, а потім пропускалися через магнітне поле, в якому вони описували кола, розташовані в площині, перпендикулярній до поля. Так як радіуси цих траєкторій були пропорційні масі, легкі іони виявлялися на кола меншого радіусу, ніж важкі. Якщо на шляху атомів розміщували пастки, то можна було окремо збирати різні ізотопи.

Таким був метод. У лабораторних умовах він дав непогані результати. Але будівництво установки, де поділ ізотопів міг би проводитися у промислових масштабах, виявилося надзвичайно складним. Однак Лоуренсу врешті-решт вдалося подолати всі труднощі. Результатом його зусиль стала поява калутрона, встановленого на гігантському заводі в Ок-Ріджі.

Цей електромагнітний завод був побудований в 1943 році і виявився чи не найдорожчим дітищем «Манхеттенського проекту». Метод Лоуренса вимагав великої кількості складних, ще не розроблених пристроїв, пов'язаних із високою напругою, високим вакуумом та сильними магнітними полями. Масштаби витрат виявилися величезними. Калутрон мав гігантський електромагніт, довжина якого досягала 75 м за вагою близько 4000 тонн.

На обмотки для цього електромагніту пішло кілька тисяч тонн срібного дроту.

Усі роботи (не рахуючи вартості срібла на суму 300 мільйонів доларів, яке державне казначейство надало лише на якийсь час) обійшлися в 400 мільйонів доларів. Тільки за електроенергію, витрачену калутроном, міністерство оборони сплатило 10 мільйонів. Більшість устаткування ок-риджского заводу перевершувала за масштабами і точності виготовлення все, що колись розроблялося у цій галузі техніки.

Але всі ці витрати виявилися марними. Витративши в цілому близько 2 мільярдів доларів, вчені США до 1944 року створили унікальну технологію збагачення урану та виробництва плутонію. Тим часом у Лос-Аламоській лабораторії працювали над проектом самої бомби. Принцип її дії був у загальних рисах зрозумілий вже давно: речовина, що ділиться (плутоній або уран-235), слід було в момент вибуху перевести в критичний стан (для здійснення ланцюгової реакції маса заряду повинна бути навіть помітно більше критичної) і опромінити пучком нейтронів, що тягло за собою початок ланцюгової реакції.

За розрахунками, критична маса заряду перевищувала 50 кілограмів, але її змогли значно зменшити. Загалом на величину критичної маси сильно впливають кілька факторів. Чим більша поверхнева площа заряду - тим більше нейтронів марно випромінюється в навколишній простір. Найменшою площеюповерхні має сфера. Отже, сферичні заряди за інших рівних умов мають найменшу критичну масу. Крім того, величина критичної маси залежить від чистоти і виду матеріалів, що діляться. Вона обернено пропорційна квадрату щільності цього матеріалу, що дозволяє, наприклад, зі збільшенням щільності вдвічі, зменшити критичну масу вчетверо. Потрібну ступінь підкритичності можна отримати, наприклад, ущільненням матеріалу, що ділиться за рахунок вибуху заряду звичайної вибухової речовини, виконаного у вигляді сферичної оболонки, навколишнього ядерний заряд. Критичну масу, крім того, можна зменшити, оточивши заряд екраном, що добре відображає нейтрони. Як такий екран можуть бути використані свинець, берилій, вольфрам, природний уран, залізо та багато інших.

Одна з можливих конструкцій атомної бомби складається із двох шматків урану, які, з'єднуючись, утворюють масу більше критичної. Для того, щоб викликати вибух бомби, треба якнайшвидше зблизити їх. Другий метод заснований на використанні вибуху, що сходить всередину. У цьому випадку потік газів від звичайної вибухової речовини прямував на розташований всередині матеріал, що ділиться і стискав його до тих пір, поки він не досягав критичної маси. З'єднання заряду та інтенсивне опромінення його нейтронами, як уже говорилося, викликає ланцюгову реакцію, в результаті якої в першу секунду температура зростає до 1 мільйона градусів. За цей час встигало розділитися лише близько 5% критичної маси. Решта заряду в бомбах ранньої конструкції випаровувалась без
будь-якої користі.

Першу в історії атомну бомбу (їй було дано ім'я «Трініті») було зібрано влітку 1945 року. А 16 червня 1945 року на атомному полігоні в пустелі Аламогордо (штат Нью-Мексико) було зроблено перший на Землі атомний вибух. Бомбу помістили у центрі полігону на вершині сталевої 30-метрової вежі. Навколо неї на великій відстані розміщувалася реєструюча апаратура. У 9 км був спостережний пункт, а 16 км - командний. На всіх свідків цієї події атомний вибух справив приголомшливе враження. За описом очевидців, було таке відчуття, ніби безліч сонців з'єдналося в одне й одразу висвітлило полігон. Потім над рівниною виникла величезна вогненна куля і до неї повільно і зловісно стала підніматися кругла хмара пилу і світла.

Відірвавшись від землі, ця вогненна куля за кілька секунд злетіла на висоту понад три кілометри. З кожною миттю він розростався у розмірах, незабаром його діаметр досяг 1,5 км, і він повільно піднявся до стратосфери. Потім вогненна куля поступилася місцем стовпу диму, що клубився, який витягнувся на висоту 12 км, прийнявши форму гігантського гриба. Все це супроводжувалося жахливим гуркотом, від якого тремтіла земля. Потужність бомби, що вибухнула, перевершила всі очікування.

Як тільки дозволила радіаційна ситуація, кілька танків «Шерман», викладені зсередини свинцевими плитами, кинулися в район вибуху. На одному з них знаходився Фермі, якому не терпілося побачити результати своєї праці. Його очам постала мертва випалена земля, на якій у радіусі 1,5 км було знищено все живе. Пісок спікся в склоподібну зелену кірку, що покривала землю. У величезній вирві лежали понівечені залишки сталевої опорної вежі. Сила вибуху була оцінена у 20000 тонн тротилу.

Наступним кроком мало стати бойове застосування атомної бомби проти Японії, яка після капітуляції фашистської Німеччини сама продовжувала війну зі США та їх союзниками. Ракет-носіїв тоді ще не було, тому бомбардування мали здійснити з літака. Компоненти двох бомб були з великою обережністю доставлені крейсером «Індіанаполіс» на острів Тініан, де базувалася 509 зведена група ВПС США. За типом заряду та конструкції ці бомби дещо відрізнялися одна від одної.

Перша атомна бомба - «Малюк» - була великогабаритною авіаційною бомбою з атомним зарядом із сильно збагаченого урану-235. Довжина її була близько 3 м, діаметр – 62 см, вага – 4, 1 т.

Друга атомна бомба – «Товстун» – із зарядом плутонію-239 мала яйцеподібну форму з великогабаритним стабілізатором. Довжина її
становила 3, 2 м, діаметр 1, 5 м, вага – 4, 5 т.

6 серпня бомбардувальник Б-29 «Енола Гей» полковника Тіббетса скинув «Малюка» на велике японське місто Хіросіму. Бомба опускалася на парашуті і вибухнула, як це було передбачено, на висоті 600 м від землі.

Наслідки вибуху були жахливими. Навіть на самих пілотів вид знищеного ними в одну мить мирного міста справив гнітюче враження. Пізніше один із них зізнався, що вони бачили в цю секунду найгірше, що тільки може побачити людина.

Для тих, хто знаходився на землі, те, що відбувалося, нагадувало справжнє пекло. Насамперед над Хіросимою пройшла теплова хвиля. Її дія тривала лише кілька миттєвостей, але була настільки потужною, що розплавило навіть черепицю та кристали кварцу в гранітних плитах, перетворило на вугілля телефонні стовпи на відстані 4 км і, нарешті, настільки спопелило людські тіла, що від них залишилися тільки тіні на асфальті мостових. або на стінах будинків. Потім з-під вогняної кулі вирвався жахливий порив вітру і промчав над містом зі швидкістю 800 км/год, змітаючи все на своєму шляху. Будинки, що не витримали його лютого натиску, руйнувалися як підкошені. У гігантському колі діаметром 4 км не залишилося жодної цілої будівлі. Через кілька хвилин після вибуху над містом пройшов чорний радіоактивний дощ - це волога, що перетворена на пару, сконденсувалася у високих шарах атмосфери і випала на землю у вигляді великих крапель, змішаних з радіоактивним пилом.

Після дощу на місто обрушився новий порив вітру, що цього разу дмухав у напрямку епіцентру. Він був слабший за першого, але все-таки досить сильний, щоб виривати з коренем дерева. Вітер роздув гігантську пожежу, в якій горіло все, що могло тільки горіти. З 76 тисяч будівель повністю зруйнувалося та згоріло 55 тисяч. Свідки цієї жахливої катастрофи згадували про людей-факелів, з яких згорілий одяг спадав на землю разом з лахміттям шкіри, і про натовп збожеволілих людей, вкритих жахливими опіками, які з криком металися вулицями. У повітрі стояв задушливий сморід від горілого м'яса. Всюди валялися люди, мертві та вмираючі. Було багато таких, які засліпли і оглухли і, торкаючись на всі боки, не могли нічого розібрати в хаосі, що панував навколо.

Нещасні, що знаходилися від епіцентру на відстані до 800 м, за частки секунди згоріли в буквальному сенсі слова - їх нутрощі випарувалися, а тіла перетворилися на грудки вугілля, що димить. Ті, що перебували від епіцентру на відстані 1 км, були уражені променевою хворобою у вкрай важкій формі. Вже за кілька годин у них почалося сильне блювання, температура підскочила до 39-40 градусів, з'явилися задишка та кровотечі. Потім на шкірі висипали виразки, що не гояться, склад крові різко змінився, волосся випало. Після жахливих страждань, зазвичай другого чи третього дня, наступала смерть.

Загалом від вибуху та променевої хвороби загинуло близько 240 тисяч людей. Близько 160 тисяч отримали променеву хворобу у легшій формі - їхня болісна смерть виявилася відстроченою на кілька місяців або років. Коли звістка про катастрофу поширилася країною, вся Японія була паралізована страхом. Він ще збільшився, після того, як 9 серпня літак «Бокс Кар» майора Суїні скинув другу бомбу на Нагасакі. Тут також загинуло та було поранено кілька сотень тисяч жителів. Не в силах протистояти новій зброї, японський уряд капітулював - атомна бомба поклала край Другій світовій війні.

Війна закінчилась. Вона тривала лише шість років, але встигла змінити світ і людей майже до невпізнання.

Людська цивілізація до 1939 року та людська цивілізаціяпісля 1945 року дуже не схожі один на одного. Тому є багато причин, але одна з найважливіших – поява ядерної зброї. Можна без перебільшень сказати, що тінь Хіросіми лежить по всій другій половині ХХ століття. Вона стала глибоким моральним опіком для багатьох мільйонів людей, як сучасників цієї катастрофи, так і народилися через десятиліття після неї. Сучасна людинавже не може думати про світ так, як думали про нього до 6 серпня 1945 - він занадто ясно розуміє, що цей світ може за кілька миттєвостей перетворитися на ніщо.

Сучасна людина не може дивитися на війну, оскільки дивилися її діди та прадіди - він достовірно знає, що ця війна буде останньою, і в ній не виявиться ні переможців, ні переможених. Ядерна зброя наклала свій відбиток на всі сфери суспільного життя, і сучасна цивілізація не може жити за тими ж законами, що шістдесят чи вісімдесят років тому. Ніхто не розумів цього краще за самих творців атомної бомби.

«Люди нашої планети , - писав Роберт Оппенгеймер, - повинні об'єднатися. Жах та руйнування, посіяні останньою війноюдиктують нам цю думку. Вибухи атомних бомб довели її з усією жорстокістю. Інші люди в інший час вже говорили подібні слова – тільки про іншу зброю та про інші війни. Вони не досягли успіху. Але той, хто і сьогодні скаже, що ці слова марні, введений в оману мінливістю історії. Нас не можна переконати у цьому. Результати нашої праці не залишають людству іншого вибору, як створити об'єднаний світ. Світ, заснований на законності та гуманізму».

Після закінчення Другої світової війни країни антигітлерівської коаліціїстрімкими темпами намагалися випередити одне одного у розробках потужнішої ядерної бомби.

Перше випробування, проведене американцями на реальних об'єктах в Японії, до краю розжарило обстановку між СРСР і США. Потужні вибухи, що прогриміли в японських містах і практично знищили живе в них, змусили Сталіна відмовитися від безлічі домагань на світовій арені. Більшість радянських вчених-фізиків були терміново «кинуті» на розробку ядерної зброї.

Коли і як з'явилася ядерна зброя

Роком народження атомної бомби вважатимуться 1896 рік. Саме тоді вчений-хімік із Франції А. Беккерель відкрив, що уран радіоактивний. Ланцюгова реакція урану утворює потужну енергію, яка є основою для страшного вибуху. Навряд чи Беккерель припускав, що його відкриття призведе до створення ядерної зброї — найстрашнішої зброї в усьому світі.

Кінець 19 - початок 20 століття став переломним моментом в історії винаходу ядерної зброї. Саме в цьому часовому проміжку вчені різних країн світу змогли відкрити такі закони, промені та елементи:

Альфа, гама та бета промені;
Було відкрито безліч ізотопів хімічних елементів, що мають радіоактивні властивості;
Було відкрито закон радіоактивного розпаду, який визначає тимчасову та кількісну залежність інтенсивності радіоактивного розпаду, яка залежить від кількості радіоактивних атомів у випробуваному зразку;
Зародилася ядерна ізометрія.

У 1930-х роках вперше змогли розщепити атомне ядро урану з поглинанням нейтронів. У цей час були відкриті позитрони і нейрони. Все це дало потужний поштовх до розробок зброї, яка використовувала атомну енергію. У 1939 році була запатентована перша у світі конструкція атомної бомби. Це зробив фізик із Франції Фредерік Жоліо-Кюрі.

В результаті подальших досліджень та розробок у цій сфері, на світ з'явилася ядерна бомба. Потужність і радіус ураження сучасних атомних бомб настільки великий, що країна, яка має ядерний потенціал, практично не потребує потужної арміїОскільки одна атомна бомба здатна знищити цілу державу.

Як влаштовано атомну бомбу

Атомна бомба складається з безлічі елементів, головними з яких є:

Корпус атомної бомби;
Система автоматики, яка контролює процес вибуху;
Ядерного заряду чи боєголовки.

Система автоматики перебуває у корпусі атомної бомби, разом із ядерним зарядом. Конструкція корпусу має бути достатньо надійною, щоб уберегти боєголовку від різних зовнішніх факторів та впливів. Наприклад, різного механічного, температурного або подібного впливу, що може призвести до незапланованого вибуху величезної потужності, здатного знищити все довкола.

У завдання автоматики входить повний контроль над тим, щоб вибух стався у потрібний час, тому система складається з наступних елементів:

Пристрій, який відповідає за аварійний підрив;
Джерело живлення системи автоматики;
Система датчиків підриву;
Влаштування зведення;
Пристрій запобігання.

Коли проводилися перші випробування, ядерні бомби доставлялися літаками, які встигали залишити зону поразки. Сучасні атомні бомби мають таку потужність, що їх доставка може здійснюватися тільки за допомогою крилатих, балістичних або хоча б зенітних ракет.

В атомних бомбах застосовуються різні системи детонування. Найпростіша з них - це звичайний пристрій, який спрацьовує при попаданні снаряда в ціль.

Однією з основних характеристик ядерних бомб і ракет є поділ їх на калібри, які бувають трьох типів:

Мінімальний, потужність атомних бомб даного калібру еквівалентна кільком тисячам тонн тротилу;
Середній (потужність вибуху – кілька десятків тисяч тонн тротилу);
Великий, потужність заряду якого вимірюється мільйонами тонн тротилу.

Цікаво, що найчастіше потужність всіх ядерних бомб вимірюється саме у тротиловому еквіваленті, оскільки для атомної зброї немає своєї шкали вимірювання потужності вибуху.

Алгоритми дії ядерних бомб

Будь-яка атомна бомба діє за принципом використання ядерної енергії, що виділяється в ході ядерної реакції. В основі даної процедури лежить або поділ важких ядер або синтез легень. Оскільки під час цієї реакції виділяється дуже багато енергії, причому у найкоротший час, радіус ураження ядерної бомби дуже вражає. Через цю особливість ядерну зброю відносять до класу зброї масового ураження.

У ході процесу, який запускається під час вибуху атомної бомби, є два головні моменти:

Це безпосередній центр вибуху, де відбувається ядерна реакція;
Епіцентр вибуху, що знаходиться на місці, де вибухнула бомба.

Ядерна енергія, що виділяється під час вибуху атомної бомби, настільки сильна, що на землі починаються сейсмічні поштовхи. При цьому безпосередні руйнування ці поштовхи приносять лише на відстані кількох сотень метрів (хоча якщо враховувати силу вибуху самої бомби, ці поштовхи вже ні на що не впливають).

Чинники ураження при ядерному вибуху

Вибух ядерної бомби завдає не тільки жахливих миттєвих руйнувань. Наслідки цього вибуху відчують на собі не лише люди, які потрапили до зони поразки, а й їхні діти, які народилися після атомного вибуху. Типи ураження атомною зброєю поділяються на такі групи:

Світлове випромінювання, яке відбувається безпосередньо під час вибуху;
Ударна хвиля, що розповсюджується бомбою відразу після вибуху;
Електромагнітний імпульс;
Проникаюча радіація;
Радіоактивне зараження, яке може зберегтися на десятки років.

Хоча на перший погляд, світловий спалах несе найменше загрози, насправді він утворюється внаслідок вивільнення величезної кількості теплової та світлової енергії. Її потужність і сила набагато перевершує потужність променів сонця, тому поразка світлом і теплом може стати фатальним з відривом кількох кілометрів.

Радіація, що виділяється під час вибуху, теж дуже небезпечна. Хоча вона діє недовго, але встигає заразити все навколо, оскільки її здатність, що проникає, неймовірно велика.

Ударна хвиля при атомний вибухдіє подібно до такої ж хвилі при звичайних вибухах, тільки її потужність і радіус ураження набагато більше. За кілька секунд вона завдає непоправних ушкоджень не тільки людям, а й техніці, будинкам та навколишньому природі.

Проникаюча радіація провокує розвиток променевої хвороби, а електромагнітний імпульс становить небезпеку лише техніки. Сукупність усіх цих факторів, плюс потужність вибуху, роблять атомну бомбу найнебезпечнішою зброєю у світі.

Перші у світі випробування ядерної зброї

Першою країною, яка розробила та випробувала ядерну зброю, виявилися Сполучені Штати Америки. Саме уряд США надав величезні грошові дотації на розробку нової перспективної зброї. До кінця 1941 року в США було запрошено багато видатних вчених у сфері атомних розробок, які вже до 1945 року змогли представити досвідчений зразок атомної бомби, придатний для випробувань.

Перші у світі випробування атомної бомби, оснащеної вибуховим пристроєм, було проведено у пустелі на території штату Нью-Мексико. Бомбу під назвою «Gadget» було підірвано 16 липня 1945 року. Результат випробувань виявився позитивним, хоча військові вимагали випробувати ядерну бомбу у реальних бойових умовах.

Побачивши, що до перемоги на гітлерівській коаліцією залишився лише один крок, і більше такої можливості може не представитися, Пентагон вирішив завдати ядерний ударза останнім союзником гітлерівської Німеччини- Японії. Крім того, використання ядерної бомби мало вирішити відразу кілька проблем:

Уникнути непотрібного кровопролиття, яке неминуче сталося б, якби війська США ступили на територію імператорської Японії;
Одним ударом поставити навколішки непоступливих японців, змусивши їх на умови, вигідні США;
Показати СРСР (як можливому супернику в майбутньому), що армія США має унікальну зброю, здатну стерти з лиця землі будь-яке місто;
І, звичайно ж, на практиці переконатися, на що здатна ядерна зброя у реальних бойових умовах.

6 серпня 1945 року на японське місто Хіросіма було скинуто першу у світі атомну бомбу, яка застосовувалася у військових діях. Цю бомбу назвали «Малюк», оскільки її вага становила 4 тонни. Скидання бомби було ретельно сплановане, і вона потрапила саме туди, куди й планувалося. Ті будинки, які не були зруйновані вибуховою хвилею, згоріли, оскільки печі, що впали в будинках, спровокували пожежі, і все місто було охоплене полум'ям.

Після яскравого спалаху пішла теплова хвиля, яка спалила все живе в радіусі 4 кілометрів, а ударна хвиля, що послідувала за нею, зруйнувала більшу частину будівель.

Ті, хто потрапив під тепловий удар у радіусі 800 метрів, були спалені живцем. Вибуховою хвилею у багатьох зірвало шкіру, що обгоріла. За кілька хвилин пройшов дивний чорний дощ, який складався з пари та попелу. У тих, хто потрапив під чорний дощ, шкіра зазнала невиліковних опіків.

Ті небагато, яким пощастило вціліти, захворіли на променеву хворобу, яка на той час була не тільки не вивчена, а й повністю невідома. У людей почалася лихоманка, блювання, нудота та напади слабкості.

9 серпня 1945 року на місто Нагасакі було скинуто другу американську бомбу, яка називалася «Товстун». Ця бомба мала приблизно таку ж потужність, як і перша, а наслідки її вибуху були настільки ж руйнівні, хоча людей загинуло вдвічі менше.

Дві атомні бомби, скинуті на японські міста, виявилися першими та єдиними у світі випадками застосування атомної зброї. Понад 300 000 людей загинули у перші дні після бомбардування. Ще близько 150 тисяч загинули від променевої хвороби.

Після ядерного бомбардування японських міст Сталін отримав справжній шок. Йому стало зрозуміло, що питання розробки ядерної зброї у радянській Росії – це питання безпеки усієї країни. Вже 20 серпня 1945 року почав працювати спеціальний комітет з питань атомної енергії, який був терміново створений І. Сталіним.

Хоча дослідження з ядерної фізики проводилися групою ентузіастів ще в царській Росії, радянський часїй не приділяли належної уваги. У 1938 році всі дослідження в цій галузі були повністю припинені, а багато вчених-ядерників репресовані, як вороги народу. Після ядерних вибухів у Японії радянська влада різко почала відновлювати ядерну галузь у країні.

Є дані, що розробка ядерної зброї велася в гітлерівській Німеччині, і саме німецькі вчені доопрацювали «сиру» американську атомну бомбу, тому уряд США вивезло з Німеччини всіх фахівців-атомників та всі документи, пов'язані з розробкою ядерної зброї.

Радянська розвідувальна школа, яка за час війни змогла обійти всі закордонні розвідки, ще 1943 року передавала до СРСР секретні документи, пов'язані з розробкою ядерної зброї. У той же час було впроваджено радянські агенти у всі серйозні американські центри ядерних досліджень.

В результаті всіх цих заходів вже в 1946 році було готове технічне завдання з виготовлення двох ядерних бомб радянського виробництва:

РДС-1 (з плутонієвим зарядом);
РДС-2 (з двома частинами уранового заряду).

Абревіатура "РДС" розшифровувалась як "Росія робить сама", що практично повністю відповідало дійсності.

Новини про те, що СРСР готовий випустити свою ядерну зброю, змусив уряд США вдатися до радикальних заходів. У 1949 році було розроблено план «Троян», згідно з яким на 70 найбільших міст СРСР планувалося скинути атомні бомби. Лише побоювання удару у відповідь завадили цьому плану здійснитися.

Ці тривожні відомості, що надходять від радянських розвідників, змусили вчених працювати в авральному режимі. Вже серпні 1949 року відбулися випробування першої атомної бомби, виробленої СРСР. Коли США дізналася про ці випробування, план «Троян» було відкладено на певний час. Почалася епоха протистояння двох понад держав, відома історія як «Холодна війна».

Найпотужніша ядерна бомба у світі, відома під ім'ям «Цар-бомби» належить саме періоду « Холодної війни». Вчені СРСР створили найпотужнішу бомбу історія людства. Її потужність становила 60 мегатонн, хоча планувалося створити бомбу в 100 кілотон потужності. Випробування цієї бомби пройшли у жовтні 1961 року. Діаметр вогняної кулі під час вибуху становив 10 кілометрів, а вибухова хвиля облетіла земну кулю тричі. Саме це випробування змусило більшість країн світу підписати договір про припинення ядерних випробувань не лише в атмосфері землі, а й навіть у космосі.

Хоча атомна зброя є чудовим засобом залякування агресивних країн, з іншого боку, вона здатна гасити будь-які військові конфлікти в зародку, оскільки при атомному вибуху можуть бути знищені всі сторони конфлікту.

Північна Корея загрожує США випробуваннями надпотужної водневої бомби Тихому океані. Японія, яка може постраждати через випробування, назвала плани КНДР абсолютно неприйнятними. Президенти Дональд Трамп і Кім Чен Ин лаються в інтерв'ю і говорять про відкритий воєнний конфлікт. Для тих, хто не знається на ядерній зброї, але хоче бути в темі, «Футурист» склав путівник.

Як працює ядерна зброя?

Як і у звичайній динамітній шашці, у ядерній бомбі використовується енергія. Тільки вивільняється вона не в ході примітивної хімічної реакції, а складних ядерних процесах. Існує два основні способи виділення ядерної енергії з атома. У ядерному поділу ядро атома розпадається на два менші фрагменти з нейтроном. Ядерний синтез - процес, за допомогою якого Сонце виробляє енергію - включає об'єднання двох менших атомів з утворенням більшого. У будь-якому процесі, розподілі чи злитті виділяються великі кількості теплової енергії та випромінювання. Залежно від того, використовується розподіл ядер або їх синтез, бомби поділяються на ядерні (атомні) і термоядерні .

А чи можна докладніше про ядерний поділ?

Вибух атомної бомби над Хіросимою (1945 р)

Як ви пам'ятаєте, атом складається з трьох типів субатомних частинок: протонів, нейтронів та електронів. Центр атома, званий ядром , складається з протонів та нейтронів. Протони позитивно заряджені, електрони негативно, а нейтрони взагалі не мають заряду. Ставлення протон-електрон завжди друг до друга, тому атом загалом має нейтральний заряд. Наприклад, атом вуглецю має шість протонів та шість електронів. Частки утримуються разом фундаментальною силою – сильною ядерною взаємодією .

Властивості атома можуть значно змінюватись в залежності від того, скільки різних частинок у ньому міститься. Якщо змінити кількість протонів, у вас буде інший хімічний елемент. Якщо змінити кількість нейтронів, ви отримаєте ізотоп того ж елемента, що у вас у руках. Наприклад, вуглець має три ізотопи: 1) вуглець-12 (шість протонів + шість нейтронів), стабільну і часто зустрічається форму елемента, 2) вуглець-13 (шість протонів + сім нейтронів), який є стабільним, але рідкісним і 3) вуглець -14 (шість протонів + вісім нейтронів), який є рідкісним та нестійким (або радіоактивним).

Більшість атомних ядер стабільні, але з них нестійкі (радіоактивні). Ці ядра спонтанно випромінюють частки, які вчені називають радіацією. Цей процес називається радіоактивним розпадом . Існує три типи розпаду:

Альфа-розпад : ядро викидає альфа-частинку – два протони і два нейтрони, пов'язані разом. Бета-розпад : нейтрон перетворюється на протон, електрон та антинейтрино. Викинутий електрон є бета-часткою. Спонтанний поділ: ядро розпадається кілька частин і викидає нейтрони, і навіть випромінює імпульс електромагнітної енергії – гамма-промень. Саме останній тип розпаду використовується у ядерній бомбі. Вільні нейтрони, викинуті внаслідок поділу, починають ланцюгову реакцію яка вивільняє колосальну кількість енергії.

Із чого роблять ядерні бомби?

Їх можуть робити з урану-235 та плутонію-239. Уран у природі зустрічається у вигляді суміші трьох ізотопів: 238 U (99,2745 % природного урану), 235 U (0,72 %) та 234 U (0,0055 %). Найбільш поширений 238 U не підтримує ланцюгову реакцію: на це здатний лише 235 U. Щоб досягти максимальної потужності вибуху, необхідно, щоб вміст 235 U у «начинці» бомби становив не менше 80%. Тому уран доводиться штучно збагачувати . Для цього суміш ізотопів уранових поділяють на дві частини так, щоб в одній з них виявилося більше 235 U.

Зазвичай при поділі ізотопів залишається багато збідненого урану, не здатного вступити в ланцюгову реакцію - але є спосіб змусити це зробити. Справа в тому, що плутоній-239 у природі не зустрічається. Зате його можна отримати бомбардуючи нейтронами 238 U.

Як вимірюється їхня потужність?

Потужність ядерного та термоядерного заряду вимірюється в тротиловому еквіваленті - кількості тринітротолуолу, яке потрібно підірвати для отримання аналогічного результату. Вона вимірюється в кілотоннах (кт) та мегатоннах (Мт). Потужність надмалих ядерних боєприпасів не перевищує 1 кт, тоді як надпотужні бомби дають понад 1 Мт.

Потужність радянської «Цар-бомби» складала за різними даними від 57 до 58,6 мегатонн у тротиловому еквіваленті, потужність термоядерної бомби, яку на початку вересня зазнала КНДР, становила близько 100 кілотонн.

Хто створив ядерну зброю?

Американський фізик Роберт Оппенгеймер та генерал Леслі Гровс

У 1930-х роках італійський фізик Енріко Фермі продемонстрував, що елементи, що зазнали бомбардування нейтронами, можуть бути перетворені на нові елементи. Результатом цієї роботи стало виявлення повільних нейтронів , а також відкриття нових елементів, не представлених на періодичної таблиці. Незабаром після відкриття Фермі німецькі вчені Отто Ган і Фріц Штрассман бомбардували уран нейтронами, внаслідок чого утворився радіоактивний ізотоп барію. Вони дійшли висновку, що низькошвидкісні нейтрони змушують ядро урану розриватися на дві дрібніші частини.

Ця робота розбурхала уми всього світу. У Прінстонському університеті Нільс Бор працював з Джоном Вілером для розробки гіпотетичної моделі процесу розподілу. Вони припустили, що уран-235 піддається поділу. Приблизно водночас інші вчені виявили, що ділення призвів до утворення ще більшої кількості нейтронів. Це спонукало Бора і Уїлера поставити важливе питання: чи могли вільні нейтрони, створені в результаті поділу, розпочати ланцюгову реакцію, яка б звільнила величезну кількість енергії? Якщо це так, то можна створити зброю неймовірної сили. Їхні припущення підтвердив французький фізик Фредерік Жоліо-Кюрі . Його висновок став поштовхом для розробок створення ядерної зброї.

Над створенням атомної зброї працювали фізики Німеччини, Англії, США, Японії. Перед початком Другої світової війни Альберт Ейнштейн написав президенту США Франкліну Рузвельту про те, що нацистська Німеччина планує очистити уран-235 та створити атомну бомбу. Зараз з'ясувалося, що Німеччина була далекою від проведення ланцюгової реакції: вони працювали над «брудною», сильно радіоактивною бомбою. Як би там не було, уряд США кинув усі сили на створення атомної бомби у найкоротший термін. Було запущено «Манхеттенський проект», яким керували американський фізик Роберт Оппенгеймер та генерал Леслі Гровс . У ньому брали участь великі вчені, які емігрували з Європи. До літа 1945 року було створено атомну зброю, засновану на двох видах матеріалу, що ділиться - урану-235 і плутонію-239. Одну бомбу, плутонієву «Штучку», підірвали на випробуваннях, а ще дві, уранового «Малюка» та плутонієвого «Товстуна» скинули на японські міста Хіросіму та Нагасакі.

Як працює термоядерна бомба та хто її винайшов?

Термоядерна бомба ґрунтується на реакції ядерного синтезу . На відміну від ядерного поділу, який може проходити як мимовільно, так і вимушено, ядерний синтез неможливий без підведення зовнішньої енергії. Атомні ядра заряджені позитивно тому вони відштовхуються один від одного. Ця ситуація називається кулонівським бар'єром. Щоб подолати відштовхування, необхідно розігнати ці частинки до божевільних швидкостей. Це можна здійснити за дуже високої температури - близько кількох мільйонів кельвінів (звідси й назва). Термоядерні реакції бувають трьох видів: самопідтримуються (проходять у надрах зірок), керовані та некеровані чи вибухові – вони використовуються у водневих бомбах.

Ідею бомби з термоядерним синтезом, який ініціює атомний заряд, запропонував Енріко Фермі своєму колезі. Едварду Теллеру ще 1941 року, на самому початку Манхеттенського проекту. Однак тоді ця ідея виявилася не затребуваною. Розробки Теллера удосконалив Станіслав Улам , зробивши ідею термоядерної бомби здійсненної практично. У 1952 році на атоле Еніветок під час операції Ivy Mike випробували перший термоядерний вибуховий пристрій. Однак це був лабораторний зразок, непридатний у бойових діях. Рік потому Радянський Союз підірвав першу у світі термоядерну бомбу, зібрану за конструкцією фізиків Андрія Сахарова і Юлія Харитона . Пристрій нагадував листковий пиріг, тому грізну зброю прозвали «Шаркою». У ході подальших розробок на світ з'явилася найпотужніша бомба на Землі, Цар-бомба або Кузькіна мати. У жовтні 1961 року її випробували на архіпелазі Нова Земля.

Із чого роблять термоядерні бомби?

Якщо ви думали, що водневі і термоядерні бомби – це різні речі, ви помилялися. Ці слова синонімічні. Саме водень (а точніше, його ізотопи – дейтерій та тритій) потрібний для проведення термоядерної реакції. Однак є складність: щоби підірвати водневу бомбу, необхідно спочатку в ході звичайного ядерного вибуху отримати високу температуру - лише тоді атомні ядра почнуть реагувати. Тому у випадку з термоядерною бомбою велику роль відіграє конструкція.

Широко відомі дві схеми. Перша – сахарівська «шаровка». У центрі розташовувався ядерний детонатор, який був оточений шарами дейтериду літію в суміші з тритієм, які перемежовувалися шарами збагаченого урану. Така конструкція дозволяла досягти потужності не більше 1 Мт. Друга - американська схема Теллера - Улама, де ядерна бомба та ізотопи водню розташовувалися окремо. Виглядало це так: знизу – ємність із сумішшю рідких дейтерію та тритію, по центру якої розташовувалася «свічка запалювання» – плутонієвий стрижень, а зверху – звичайний ядерний заряд, і все це в оболонці з важкого металу(Наприклад, збідненого урану). Швидкі нейтрони, що утворилися під час вибуху, викликають в уранової оболонці реакції поділу атомів і додають енергію до загальної енергії вибуху. Надбудова додаткових шарів дейтериду літію урану-238 дозволяє створювати снаряди необмеженої потужності. 1953 року радянський фізик Віктор Давиденко випадково повторив ідею Теллера - Улама, і її основі Сахаров придумав багатоступінчасту схему, яка дозволила створювати зброю небувалих потужностей. Саме за такою схемою працювала «Кузькова мати».

Які ще бувають бомби?

Ще бувають нейтронні, але це загалом страшно. Власне, нейтронна бомба - це малопотужна термоядерна бомба, 80% енергії вибуху якої становить радіація (нейтронне випромінювання). Це виглядає як звичайний ядерний заряд малої потужності, до якого доданий блок із ізотопом берилію - джерелом нейтронів. Під час вибуху ядерного заряду запускається термоядерна реакція. Цей вид зброї розробляв американський фізик Семюель Коен . Вважалося, що нейтронна зброя знищує все живе навіть у укриттях, проте дальність поразки такої зброї невелика, оскільки атмосфера розсіює потоки швидких нейтронів, і ударна хвиля великих відстанях виявляється сильніше.

А як же кобальтова бомба?

Ні, синку, це фантастика. Офіційно кобальтових бомб немає в жодній країні. Теоретично це термоядерна бомба з оболонкою з кобальту, яка забезпечує сильне радіоактивне зараження місцевості навіть за порівняно слабкого ядерного вибуху. 510 тонн кобальту здатні заразити всю поверхню Землі та знищити все живе на планеті. Фізик Лео Сілард , Який описав цю гіпотетичну конструкцію в 1950 році, назвав її «Машиною судного дня».

Що крутіше: ядерна бомба чи термоядерна?

Натурний макет "Цар-бомби"

Воднева бомба є набагато більш просунутою та технологічною, ніж атомна. Її потужність вибуху набагато перевищує атомну і обмежена лише кількістю наявних компонентів. При термоядерній реакції на кожен нуклон (так називаються складові ядра, протони та нейтрони) виділяється набагато більше енергії, ніж при ядерній реакції. Наприклад, при розподілі ядра урану однією нуклон доводиться 0,9 МеВ (мегаэлектронвольт), а при синтезі ядра гелію з ядер водню виділяється енергія, що дорівнює 6 МеВ.

Як бомби доставляютьдо мети?

Спочатку їх скидали з літаків, проте засоби протиповітряної оборони постійно вдосконалювалися, і доставляти ядерну зброю таким чином було нерозумним. Зі зростанням виробництва ракетної техніки всі права на доставку ядерної зброї перейшли до балістичних та крилатих ракет різного базування. Тому під бомбою тепер мається на увазі не бомба, а боєголовка.

Є думка, що північнокорейська воднева бомба надто велика, щоб її можна було встановити на ракеті – тому, якщо КНДР вирішить втілити загрозу у життя, її повезуть на кораблі до місця вибуху.

Які наслідки ядерної війни?

Хіросіма та Нагасакі – це лише мала частина можливого апокаліпсису. ‚Наприклад, відома гіпотеза " ядерної зими", яку висували американський астрофізик Карл Саган та радянський геофізик Георгій Голіцин. Передбачається, що при вибуху кількох ядерних боєзарядів (не в пустелі чи воді, а в населених пунктах) виникне безліч пожеж, і в атмосферу виплеснеться велика кількість диму та сажі, що призведе до глобального похолодання. Гіпотезу критикують, порівнюючи ефект із вулканічною активністю, яка має незначний ефект на клімат. Крім того, деякі вчені відзначають, що швидше настане глобальне потепління, ніж похолодання - втім, обидві сторони сподіваються, що ми цього ніколи не дізнаємось.

Чи дозволено використовувати ядерну зброю?

Після гонки озброєнь у XX столітті країни одумалися та вирішили обмежити використання ядерної зброї. ООН було прийнято договори про нерозповсюдження ядерної зброї та заборону ядерних випробувань (останній не був підписаний молодими ядерними державами Індією, Пакистаном та КНДР). У липні 2017 року було ухвалено новий договір про заборону ядерної зброї.

"Кожна держава-учасниця зобов'язується ніколи і за жодних обставин не розробляти, не випробовувати, не виробляти, не виготовляти, не купувати іншим чином, не мати у володінні і не накопичувати ядерну зброю або інші ядерні вибухові пристрої", - говорить перша стаття договору .

Проте документ не набуде чинності доти, доки його не ратифікують 50 держав.

1. АТОМНА БОМБА: СКЛАД, БОЙОВІ ХАРАКТЕРИСТИКИ І МЕТА СТВОРЕННЯ

Ядерна бомба - авіаційна бомба з ядерним зарядом, має велику руйнівну силу. Перші дві ядерні бомби з тротиловим еквівалентом близько 20 кт кожна була скинута американською авіацією на японські міста Хіросіма та Нагасакі, відповідно 6 та 9 серпня 1945 року, і викликали величезні жертви та руйнування. Сучасні ядерні бомби мають тротиловий еквівалент від десятків до мільйонів тонн.

Належить до зброї масового ураження (ОМП) поряд з біологічним та хімічним.

Ядерна зброя - сукупність ядерних боєприпасів, засобів їх доставки до мети та засобів управління. Належить до зброї масового ураження; має величезну руйнівну силу. З вищевказаної причини, США та СРСР вкладали величезні кошти у розробку ядерної зброї. За потужністю зарядів та дальністю дії ядерна зброя ділиться на тактичну, оперативно-тактичну та стратегічну. Застосування ядерної зброї у війні є згубним для всього людства.

атомний ядерний бомба вибух

Малюнок 1 - Атомна бомба "Товстун"

Схема цієї бомби (типова для плутонієвих однофазних боєприпасів) приблизно така:

Плутоній. Використовують максимально чистий ізотоп плутоній-239, хоча збільшення стабільності фізичних властивостей (щільності) і поліпшення стисливості заряду плутоній легується невеликою кількістю галію.

Оболонка (зазвичай з урану), що є відбивачем нейтронів.

Вибухова речовина зі складною системою підриву, що забезпечує синхронність підриву всієї вибухової речовини. Синхронність необхідна для створення строго сферичної ударної хвилі, що стискає (спрямованої всередину кулі). Несферична хвиля призводить до викиду матеріалу кулі через неоднорідність та неможливість створення критичної маси. Створення подібної системи розташування вибухівки і підриву було свого часу однією з найважчих завдань. Використовується комбінована схема (система лінз) із «швидкої» та «повільної» вибухівок.

Рисунок 2 - Принцип дії плутонієвої бомби

При ядерному вибуху з'являється радіація. Вона триває близько хвилини і має настільки високу проникаючу здатність, що для захисту від неї на близьких відстанях потрібні потужні та надійні укриття.

ударна хвиля;

світлове випромінювання;

проникаюча радіація;

радіоактивне зараження місцевості;

електромагнітний імпульс (ЕМІ).

При ядерному вибуху в атмосфері розподіл енергії, що виділяється між ПФЯВ приблизно наступне: близько 50% на ударну хвилю, на частку світлового випромінювання 35%, на радіоактивне зараження 10% і 5% на проникаючу радіацію та ЕМІ.

Аналіз ефективності комплексного застосування заходів перешкодозахисту для підвищення стійкості функціонування засобів зв'язку в умовах радіопротиводії противника

Враховуючи рівень технічного оснащення, аналіз сил та засобів РЕБ проводитиметься для батальйону розвідки та РЕБ (Р та РЕБ) механізованої дивізії (мд) СВ. Батальйон розвідки та РЕБ МД США має у своєму складі)