En atombombe uden atomladning. Atomreaktor: driftsprincip, struktur og kredsløb

Efter afslutningen af ​​Anden Verdenskrig forsøgte landene i anti-Hitler-koalitionen hurtigt at komme foran hinanden i udviklingen af ​​en kraftigere atombombe.

Den første test, udført af amerikanerne på rigtige genstande i Japan, opvarmede situationen mellem USSR og USA til det yderste. Kraftige eksplosioner, der tordnede gennem japanske byer og praktisk talt ødelagde alt liv i dem, tvang Stalin til at opgive mange krav på verdensscenen. De fleste sovjetiske fysikere blev omgående "smidt" ind i udviklingen af ​​atomvåben.

Hvornår og hvordan opstod atomvåben?

Fødselsåret for atombomben kan betragtes som 1896. Det var dengang, den franske kemiker A. Becquerel opdagede, at uran er radioaktivt. Kædereaktionen af ​​uran skaber kraftig energi, som tjener som grundlag for en frygtelig eksplosion. Det er usandsynligt, at Becquerel forestillede sig, at hans opdagelse ville føre til skabelsen af ​​atomvåben - det mest forfærdelige våben i hele verden.

Slutningen af ​​det 19. og begyndelsen af ​​det 20. århundrede var et vendepunkt i historien om opfindelsen af ​​atomvåben. Det var i denne periode, at forskere fra hele verden var i stand til at opdage følgende love, stråler og elementer:

• Alfa-, gamma- og betastråler;
• Mange isotoper af kemiske grundstoffer med radioaktive egenskaber blev opdaget;
• Loven om radioaktivt henfald blev opdaget, som bestemmer tiden og den kvantitative afhængighed af intensiteten af ​​radioaktivt henfald, afhængigt af antallet af radioaktive atomer i testprøven;
• Nuklear isometri blev født.

I 1930'erne var de i stand til at splitte atomkernen af ​​uran for første gang ved at absorbere neutroner. Samtidig blev positroner og neuroner opdaget. Alt dette gav en kraftig impuls til udviklingen af ​​våben, der brugte atomenergi. I 1939 blev verdens første atombombedesign patenteret. Dette blev gjort af en fysiker fra Frankrig, Frederic Joliot-Curie.

Som et resultat af yderligere forskning og udvikling på dette område blev en atombombe født. Kraften og rækkevidden af ​​ødelæggelse af moderne atombomber er så stor, at et land, der har atomkraftpotentiale, praktisk talt ikke har brug for en stærk hær, da én atombombe kan ødelægge en hel stat.

Hvordan fungerer en atombombe?

En atombombe består af mange elementer, hvoraf de vigtigste er:

• Krop af atombombe;
• Automatiseringssystem, der styrer eksplosionsprocessen;
• Atomladning eller sprænghoved.

Automatiseringssystemet er placeret i atombombens krop sammen med atomladningen. Udformningen af ​​huset skal være pålidelig nok til at beskytte sprænghovedet mod forskellige eksterne faktorer og påvirkninger. For eksempel forskellige mekaniske, temperatur- eller lignende påvirkninger, som kan føre til en uplanlagt eksplosion af enorm kraft, der kan ødelægge alt omkring.

Opgaven med automatisering er fuld kontrol over at sikre, at eksplosionen sker på det rigtige tidspunkt, så systemet består af følgende elementer:

• En enhed ansvarlig for nøddetonation;
• Automation system strømforsyning;
• Detonation sensor system;
• Spænding enhed;
• Sikkerhedsanordning.

Da de første test blev udført, blev der leveret atombomber på fly, der formåede at forlade det berørte område. Moderne atombomber er så kraftige, at de kun kan leveres ved brug af krydstogt-, ballistiske eller i det mindste luftværnsmissiler.

Atombomber bruger forskellige detonationssystemer. Den enkleste af dem er en konventionel enhed, der udløses, når et projektil rammer et mål.

Et af de vigtigste kendetegn ved atombomber og missiler er deres opdeling i kalibre, som er af tre typer:

• Lille, kraften i atombomber af denne kaliber svarer til flere tusinde tons TNT;
• Medium (eksplosionskraft – flere titusindvis af tons TNT);
• Stor, hvis ladekraft er målt i millioner af tons TNT.

Det er interessant, at kraften af ​​alle atombomber oftest måles præcist i TNT-ækvivalent, da atomvåben ikke har deres egen skala til at måle eksplosionens kraft.

Algoritmer til drift af atombomber

Enhver atombombe fungerer efter princippet om at bruge kerneenergi, som frigives under en atomreaktion. Denne procedure er baseret på enten opdeling af tunge kerner eller syntese af lette. Da der under denne reaktion frigives en enorm mængde energi, og på kortest mulig tid, er radius for ødelæggelse af en atombombe meget imponerende. På grund af denne funktion er atomvåben klassificeret som masseødelæggelsesvåben.

Under den proces, der udløses af eksplosionen af ​​en atombombe, er der to hovedpunkter:

• Dette er det umiddelbare centrum for eksplosionen, hvor kernereaktionen finder sted;
• Epicentret for eksplosionen, som er placeret på det sted, hvor bomben eksploderede.

Den nukleare energi, der frigives under eksplosionen af ​​en atombombe, er så stærk, at seismiske rystelser begynder på jorden. Samtidig forårsager disse rystelser kun direkte ødelæggelse i en afstand af flere hundrede meter (selvom hvis du tager hensyn til styrken af ​​eksplosionen af ​​selve bomben, påvirker disse rystelser ikke længere noget).

Skadefaktorer under en atomeksplosion

Eksplosionen af ​​en atombombe forårsager ikke kun frygtelige øjeblikkelige ødelæggelser. Konsekvenserne af denne eksplosion vil ikke kun mærkes af mennesker, der er fanget i det berørte område, men også af deres børn født efter atomeksplosionen. Typer af ødelæggelse med atomvåben er opdelt i følgende grupper:

• Lysstråling, der opstår direkte under en eksplosion;
• Chokbølgen forplantede sig af bomben umiddelbart efter eksplosionen;
• Elektromagnetisk puls;
• Gennemtrængende stråling;
• Radioaktiv forurening, der kan vare i årtier.

Selvom et lysglimt ved første øjekast ser ud til at være det mindst truende, er det faktisk resultatet af frigivelsen af ​​enorme mængder varme og lysenergi. Dens kraft og styrke overstiger langt solens stråler, så skader fra lys og varme kan være dødelige på flere kilometers afstand.

Den stråling, der frigives under en eksplosion, er også meget farlig. Selvom den ikke virker længe, ​​formår den at inficere alt omkring, da dens gennemtrængende kraft er utrolig høj.

Chokbølgen under en atomeksplosion virker på samme måde som den samme bølge under konventionelle eksplosioner, kun dens kraft og ødelæggelsesradius er meget større. På få sekunder forårsager det uoprettelig skade ikke kun på mennesker, men også på udstyr, bygninger og det omgivende miljø.

Indtrængende stråling fremkalder udviklingen af ​​strålingssyge, og den elektromagnetiske puls udgør kun en fare for udstyr. Kombinationen af ​​alle disse faktorer, plus eksplosionens kraft, gør atombomben til det farligste våben i verden.

Verdens første atomvåbentest

Det første land til at udvikle og teste atomvåben var USA. Det var den amerikanske regering, der tildelte enorme økonomiske tilskud til udvikling af nye lovende våben. Ved udgangen af ​​1941 blev mange fremragende videnskabsmænd inden for atomudvikling inviteret til USA, som i 1945 var i stand til at præsentere en prototype atombombe, der var egnet til test.

Verdens første test af en atombombe udstyret med en sprængstof blev udført i ørkenen i New Mexico. Bomben, kaldet "Gadget", blev detoneret den 16. juli 1945. Testresultatet var positivt, selvom militæret krævede, at atombomben blev testet under virkelige kampforhold.

Da Pentagon så, at der kun var et skridt tilbage før den nazistiske koalitions sejr, og en sådan mulighed måske ikke ville opstå igen, besluttede Pentagon at iværksætte et atomangreb på Hitler-Tysklands sidste allierede - Japan. Derudover skulle brugen af ​​en atombombe løse flere problemer på én gang:

• For at undgå det unødvendige blodsudgydelse, der uundgåeligt ville opstå, hvis amerikanske tropper satte deres fod på imperialistisk japansk jord;
• Bring med ét slag de ubøjelige japanere i knæ, og tving dem til at acceptere vilkår, der er gunstige for USA;
• Vis USSR (som en mulig rival i fremtiden), at den amerikanske hær har et unikt våben, der er i stand til at udslette enhver by fra jordens overflade;
• Og selvfølgelig at se i praksis, hvad atomvåben er i stand til under virkelige kampforhold.

Den 6. august 1945 blev verdens første atombombe, som blev brugt i militære operationer, kastet over den japanske by Hiroshima. Denne bombe blev kaldt "Baby", fordi den vejede 4 tons. Nedkastningen af ​​bomben var nøje planlagt, og den ramte præcis, hvor den var planlagt. De huse, der ikke blev ødelagt af eksplosionsbølgen, brændte ned, da ovne, der faldt ned i husene, udløste brande, og hele byen blev opslugt af flammer.

Det lyse blink blev efterfulgt af en hedebølge, der brændte alt liv inden for en radius af 4 kilometer, og den efterfølgende chokbølge ødelagde de fleste bygninger.

De, der fik hedeslag inden for en radius af 800 meter, blev brændt levende. Sprængbølgen rev den brændte hud af mange. Et par minutter senere begyndte en mærkelig sort regn at falde, bestående af damp og aske. De, der blev fanget i den sorte regn, fik uhelbredelige forbrændinger på deres hud.

De få, der var så heldige at overleve, led af strålesyge, som på det tidspunkt ikke kun var ustuderet, men også fuldstændig ukendt. Folk begyndte at udvikle feber, opkastning, kvalme og anfald af svaghed.

Den 9. august 1945 blev den anden amerikanske bombe, kaldet "Fat Man", kastet over byen Nagasaki. Denne bombe havde omtrent samme kraft som den første, og konsekvenserne af dens eksplosion var lige så ødelæggende, selvom halvt så mange mennesker døde.

De to atombomber, der blev kastet over japanske byer, var de første og eneste tilfælde i verden af ​​brug af atomvåben. Mere end 300.000 mennesker døde i de første dage efter bombningen. Omkring 150 tusind flere døde af strålesyge.

Efter atombombningen af ​​japanske byer fik Stalin et reelt chok. Det blev klart for ham, at spørgsmålet om udvikling af atomvåben i Sovjetrusland var et spørgsmål om sikkerhed for hele landet. Allerede den 20. august 1945 begyndte en særlig komité for atomenergispørgsmål at arbejde, som hurtigt blev oprettet af I. Stalin.

Selvom forskning i kernefysik blev udført af en gruppe entusiaster tilbage i det tsaristiske Rusland, fik den ikke den nødvendige opmærksomhed under sovjettiden. I 1938 blev al forskning på dette område fuldstændig stoppet, og mange atomforskere blev undertrykt som folks fjender. Efter atomeksplosioner i Japan begyndte den sovjetiske regering brat at genoprette atomindustrien i landet.

Der er beviser for, at udviklingen af ​​atomvåben blev udført i Nazi-Tyskland, og det var tyske videnskabsmænd, der modificerede den "rå" amerikanske atombombe, så den amerikanske regering fjernede fra Tyskland alle nukleare specialister og alle dokumenter relateret til udviklingen af ​​atomvåben. våben.

Den sovjetiske efterretningsskole, som under krigen var i stand til at omgå alle udenlandske efterretningstjenester, overførte hemmelige dokumenter relateret til udviklingen af ​​atomvåben til USSR tilbage i 1943. Samtidig blev sovjetiske agenter infiltreret i alle store amerikanske atomforskningscentre.

Som et resultat af alle disse foranstaltninger, allerede i 1946, var tekniske specifikationer til produktion af to sovjetfremstillede atombomber klar:

• RDS-1 (med plutoniumladning);
• RDS-2 (med to dele uranladning).

Forkortelsen "RDS" stod for "Rusland gør det selv", hvilket næsten var helt rigtigt.

Nyheden om, at USSR var klar til at frigive sine atomvåben, tvang den amerikanske regering til at træffe drastiske foranstaltninger. I 1949 blev den trojanske plan udviklet, ifølge hvilken det var planlagt at kaste atombomber på 70 af de største byer i USSR. Kun frygten for et gengældelsesangreb forhindrede denne plan i at blive til virkelighed.

Denne alarmerende information fra sovjetiske efterretningsofficerer tvang videnskabsmænd til at arbejde i nødtilstand. Allerede i august 1949 fandt test af den første atombombe produceret i USSR sted. Da USA lærte om disse tests, blev den trojanske plan udskudt på ubestemt tid. Tiden med konfrontation mellem to supermagter begyndte, kendt i historien som den kolde krig.

Den kraftigste atombombe i verden, kendt som Tsar Bomba, hører specifikt til den kolde krigsperiode. USSR-videnskabsmænd skabte den mest kraftfulde bombe i menneskehedens historie. Dens kraft var 60 megaton, selvom det var planlagt at skabe en bombe med en kraft på 100 kiloton. Denne bombe blev testet i oktober 1961. Ildkuglens diameter under eksplosionen var 10 kilometer, og eksplosionsbølgen cirklede rundt om kloden tre gange. Det var denne test, der tvang de fleste lande i verden til at underskrive en aftale om at stoppe atomprøvesprængninger ikke kun i jordens atmosfære, men endda i rummet.

Selvom atomvåben er et glimrende middel til at intimidere aggressive lande, er de på den anden side i stand til at udrydde enhver militær konflikt i opløbet, da en atomeksplosion kan ødelægge alle parter i konflikten.

Der er skrevet hundredvis af bøger om historien om atomkonfrontation mellem supermagter og designet af de første atombomber. Men der er mange myter om moderne atomvåben. "Popular Mechanics" besluttede at afklare dette spørgsmål og fortælle, hvordan det mest destruktive våben opfundet af mennesket fungerer.

Eksplosiv karakter

Urankernen indeholder 92 protoner. Naturligt uran er hovedsageligt en blanding af to isotoper: U238 (som har 146 neutroner i sin kerne) og U235 (143 neutroner), med kun 0,7% af sidstnævnte i naturligt uran. De kemiske egenskaber af isotoper er absolut identiske, derfor er det umuligt at adskille dem ved kemiske metoder, men forskellen i masser (235 og 238 enheder) gør det muligt at gøre dette ved fysiske metoder: en blanding af uran omdannes til gas (uranium) hexafluorid), og derefter pumpet gennem utallige porøse skillevægge. Selvom isotoper af uran ikke kan skelnes enten i udseende eller kemisk, er de adskilt af en kløft i egenskaberne af deres nukleare karakterer.

Fissionsprocessen i U238 er en betalt proces: en neutron, der ankommer udefra, skal medbringe energi - 1 MeV eller mere. Og U235 er uselvisk: intet kræves fra den indkommende neutron til excitation og efterfølgende henfald dens bindingsenergi i kernen er ganske tilstrækkelig.

Når den bliver ramt af neutroner, spaltes uran-235-kernen let og producerer nye neutroner. Under visse forhold begynder en kædereaktion.

Når en neutron rammer en fissionsdygtig kerne, dannes der en ustabil forbindelse, men meget hurtigt (efter 10−23−10−22 s) falder en sådan kerne fra hinanden i to fragmenter, der er ulige i masse og "øjeblikkeligt" (indenfor 10 −16−10− 14 c) at udsende to eller tre nye neutroner, så antallet af fissile kerner over tid kan formere sig (denne reaktion kaldes en kædereaktion). Dette er kun muligt i U235, fordi grådige U238 ikke ønsker at dele fra sine egne neutroner, hvis energi er en størrelsesorden mindre end 1 MeV. Den kinetiske energi af fissionsproduktpartikler er mange størrelsesordener højere end den energi, der frigives under enhver kemisk reaktion, hvor sammensætningen af ​​kernerne ikke ændres.

Metallisk plutonium findes i seks faser, hvis densiteter varierer fra 14,7 til 19,8 kg/cm 3 . Ved temperaturer under 119 grader Celsius er der en monoklin alfa-fase (19,8 kg/cm 3), men sådan plutonium er meget skrøbelig, og i den kubiske ansigtscentrerede deltafase (15,9) er det plastisk og godt forarbejdet (det er dette fase, som de forsøger at konservere ved hjælp af legeringsadditiver). Under detonationskompression kan der ikke forekomme faseovergange - plutonium er i en tilstand af næsten væske. Faseovergange er farlige under produktion: med store dele, selv med en lille ændring i tæthed, kan en kritisk tilstand nås. Selvfølgelig vil dette ske uden en eksplosion - emnet vil simpelthen blive varmet op, men der kan forekomme udledning af nikkelbelægning (og plutonium er meget giftigt).

Kritisk forsamling

Fissionsprodukter er ustabile og tager lang tid at "genoprette", og udsender forskellige strålinger (inklusive neutroner). Neutroner, der udsendes en betydelig tid (op til titusvis af sekunder) efter fission, kaldes for forsinket, og selvom deres andel er lille sammenlignet med øjeblikkelige (mindre end 1%), er den rolle, de spiller i driften af ​​nukleare installationer, den mest vigtig.

Eksplosive linser skabte en konvergerende bølge. Pålidelighed blev sikret af et par detonatorer i hver blok.

Fissionsprodukter afgiver under talrige kollisioner med omgivende atomer deres energi til dem, hvilket øger temperaturen. Efter neutroner optræder i en samling med fissilt materiale, kan varmeafgivelseseffekten stige eller falde, og parametrene for en samling, hvor antallet af spaltninger pr. tidsenhed er konstant, kaldes kritiske. Samlingens kritikalitet kan opretholdes med både et stort og et lille antal neutroner (ved en tilsvarende højere eller lavere varmeafgivelseseffekt). Den termiske effekt øges enten ved at pumpe yderligere neutroner ind i den kritiske samling udefra, eller ved at gøre samlingen superkritisk (derefter tilføres yderligere neutroner af stadig flere generationer af fissile kerner). For eksempel, hvis det er nødvendigt at øge den termiske effekt af en reaktor, bringes den til et regime, hvor hver generation af prompte neutroner er lidt mindre talrige end den forrige, men takket være forsinkede neutroner passerer reaktoren knap mærkbart ind i en kritisk tilstand. Så accelererer den ikke, men får langsomt kraft - så dens stigning kan stoppes i det rigtige øjeblik ved at indføre neutronabsorbere (stænger indeholdende cadmium eller bor).

Plutoniumsamlingen (et sfærisk lag i midten) var omgivet af et hus af uranium-238 og derefter et lag aluminium.

Neutronerne produceret under fission flyver ofte forbi omgivende kerner uden at forårsage yderligere fission. Jo tættere på overfladen af ​​et materiale en neutron produceres, jo større chance har den for at slippe ud af det fissile materiale og aldrig vende tilbage. Derfor er den samlingsform, der gemmer det største antal neutroner, en kugle: for en given stofmasse har den et minimumsoverfladeareal. En uomgivet (ensom) kugle af 94 % U235 uden hulrum indeni bliver kritisk med en masse på 49 kg og en radius på 85 mm. Hvis en samling af samme uran er en cylinder med en længde svarende til diameteren, bliver den kritisk med en masse på 52 kg. Overfladearealet falder også med stigende tæthed. Det er grunden til, at eksplosiv kompression, uden at ændre mængden af ​​fissilt materiale, kan bringe samlingen i en kritisk tilstand. Det er denne proces, der ligger til grund for det fælles design af en nuklear ladning.

De første atomvåben brugte polonium og beryllium (midten) som neutronkilder.

Boldsamling

Men oftest er det ikke uran, der bruges i atomvåben, men plutonium-239. Det fremstilles i reaktorer ved at bestråle uran-238 med kraftige neutronstrømme. Plutonium koster omkring seks gange mere end U235, men når det spalter, udsender Pu239-kernen i gennemsnit 2.895 neutroner - mere end U235 (2.452). Derudover er sandsynligheden for plutoniumfission højere. Alt dette fører til, at en solitær kugle af Pu239 bliver kritisk med næsten tre gange mindre masse end en kugle af uran, og vigtigst af alt, med en mindre radius, hvilket gør det muligt at reducere dimensionerne af den kritiske samling.

Et lag af aluminium blev brugt til at reducere sjældenhedsbølgen efter sprængstoffets detonation.

Samlingen er lavet af to omhyggeligt tilpassede halvdele i form af et sfærisk lag (hult indvendigt); det er naturligvis underkritisk - selv for termiske neutroner og selv efter at være omgivet af en moderator. En ladning er monteret omkring en samling af meget præcist monterede eksplosive blokke. For at spare neutroner er det nødvendigt at opretholde boldens ædle form under en eksplosion - for dette skal sprængstoflaget detoneres samtidigt langs hele dens ydre overflade, og komprimere samlingen jævnt. Det er en udbredt opfattelse, at dette kræver mange elektriske detonatorer. Men dette var kun tilfældet ved begyndelsen af ​​"bombekonstruktionen": For at udløse mange snesevis af detonatorer krævedes en masse energi og en betydelig størrelse af initieringssystemet. Moderne ladninger bruger flere detonatorer udvalgt ved en speciel teknik, der ligner karakteristika, hvorfra meget stabile (med hensyn til detonationshastighed) sprængstoffer udløses i riller fræset i et polycarbonatlag (hvis formen på en sfærisk overflade beregnes ved hjælp af Riemann-geometrien metoder). Detonation med en hastighed på cirka 8 km/s vil bevæge sig langs rillerne med absolut lige store afstande, i samme øjeblik vil den nå hullerne og detonere hovedladningen - samtidigt på alle nødvendige punkter.

Figurerne viser de første øjeblikke af livet for en ildkugle af en nuklear ladning - strålingsdiffusion (a), udvidelse af varmt plasma og dannelsen af ​​"blærer" (b) og en stigning i strålingsstyrke i det synlige område under adskillelsen af stødbølgen (c).

Eksplosion indeni

Eksplosionen rettet indad komprimerer samlingen med et tryk på mere end en million atmosfærer. Overfladen af ​​samlingen falder, det indre hulrum i plutonium forsvinder næsten, tætheden øges, og meget hurtigt - inden for ti mikrosekunder, passerer den komprimerbare samling den kritiske tilstand med termiske neutroner og bliver signifikant superkritisk med hurtige neutroner.

Efter en periode bestemt af den ubetydelige tid med ubetydelig opbremsning af hurtige neutroner, tilføjer hver af de nye, mere talrige generationer af dem en energi på 202 MeV gennem den fission, de producerer, til stoffet i samlingen, som allerede er sprængfyldt med monstrøst tryk. På omfanget af de opståede fænomener er styrken af ​​selv de bedste legerede stål så lille, at det aldrig falder nogen ind at tage det i betragtning, når man beregner dynamikken i en eksplosion. Det eneste, der forhindrer samlingen i at flyve fra hinanden, er inerti: for at udvide en plutoniumkugle med kun 1 cm på titusvis af nanosekunder, er det nødvendigt at give stoffet en acceleration, der er titallioner af gange større end accelerationen frit fald, og det er ikke nemt.

I sidste ende spredes stoffet stadig, fission stopper, men processen slutter ikke der: energien omfordeles mellem de ioniserede fragmenter af de adskilte kerner og andre partikler, der udsendes under fission. Deres energi er i størrelsesordenen titusinder og endda hundredvis af MeV, men kun elektrisk neutrale højenergi-gamma-kvanter og neutroner har en chance for at undgå interaktion med stof og "undslippe." Ladede partikler mister hurtigt energi ved kollisioner og ionisering. I dette tilfælde udsendes stråling - dog er det ikke længere hård kernestråling, men blødere, med en energi på tre størrelsesordener mindre, men stadig mere end tilstrækkelig til at slå elektroner ud fra atomer - ikke kun fra de ydre skaller, men fra alt generelt. En blanding af nøgne kerner, strippede elektroner og stråling med en tæthed på gram pr. kubikcentimeter (prøv at forestille dig, hvor godt du kan brune under lys, der har opnået tætheden af ​​aluminium!) - alt, hvad der for et øjeblik siden var en ladning - kommer ind i en vis antydning af ligevægt. I en meget ung ildkugle når temperaturen titusinder af grader.

Ildbold

Det ser ud til, at selv blød stråling, der bevæger sig med lysets hastighed, skulle efterlade stoffet, der genererede det, langt tilbage, men det er ikke tilfældet: i kold luft er rækkevidden af ​​kvanta af Kev-energier centimeter, og de bevæger sig ikke i en lige linje, men skift bevægelsesretningen, genudsendes ved hver interaktion. Quanta ioniser luften og spred gennem den, som kirsebærjuice hældt i et glas vand. Dette fænomen kaldes strålingsdiffusion.

En ung ildkugle af en 100 kt eksplosion et par titusvis af nanosekunder efter afslutningen af ​​fissionssprængningen har en radius på 3 m og en temperatur på næsten 8 millioner Kelvin. Men efter 30 mikrosekunder er dens radius 18 m, selvom temperaturen falder til under en million grader. Bolden fortærer rummet, og den ioniserede luft bag dens forside bevæger sig næsten ikke: stråling kan ikke overføre væsentligt momentum til den under diffusion. Men den pumper enorm energi ind i denne luft, opvarmer den, og når strålingsenergien løber tør, begynder kuglen at vokse på grund af udvidelsen af ​​varmt plasma, og sprænger indefra med, hvad der plejede at være en ladning. Udvider sig som en oppustet boble, plasmaskallen bliver tyndere. I modsætning til en boble er der selvfølgelig intet, der puster den op: der er næsten intet stof tilbage på indersiden, det hele flyver fra midten af ​​inerti, men 30 mikrosekunder efter eksplosionen er hastigheden på denne flyvning mere end 100 km/s, og det hydrodynamiske tryk i stoffet - mere end 150.000 atm! Skallen er ikke bestemt til at blive for tynd, den brister og danner "blærer".

I et vakuum-neutronrør påføres en pulsspænding på hundrede kilovolt mellem et tritiummættet mål (katode) 1 og anodesamling 2. Når spændingen er maksimal, er det nødvendigt, at deuteriumioner er mellem anoden og katoden, som skal accelereres. Til dette bruges en ionkilde. En tændingsimpuls påføres dens anode 3, og udledningen, der passerer langs overfladen af ​​deuteriummættet keramik 4, danner deuteriumioner. Efter at have accelereret bombarderer de et mål mættet med tritium, som et resultat af hvilket en energi på 17,6 MeV frigives, og neutroner og helium-4-kerner dannes. Med hensyn til partikelsammensætning og endda energioutput er denne reaktion identisk med fusion - processen med fusion af lette kerner. I 1950'erne troede mange det, men senere viste det sig, at der opstår en "afbrydelse" i røret: enten en proton eller en neutron (som udgør deuterium-ionen, accelereret af et elektrisk felt) "sætter sig fast" i målet kerne (tritium). Hvis en proton sætter sig fast, bryder neutronen væk og bliver fri.

Hvilken af ​​mekanismerne til at overføre ildkuglens energi til miljøet, afhænger af eksplosionens kraft: hvis den er stor, spilles hovedrollen af ​​strålingsdiffusion, hvis den er lille, spiller udvidelsen af ​​plasmaboblen hovedrolle. Det er klart, at et mellemliggende tilfælde også er muligt, når begge mekanismer er effektive.

Processen fanger nye luftlag, og der er ikke længere nok energi til at fjerne alle elektronerne fra atomerne. Energien i det ioniserede lag og fragmenter af plasmaboblen løber ud, de er ikke længere i stand til at flytte den enorme masse foran dem og bremser mærkbart. Men det, der var luft, før eksplosionen bevæger sig, bryder væk fra bolden, absorberer flere og flere lag kold luft... Dannelsen af ​​en chokbølge begynder.

Chokbølge og atomsvamp

Når chokbølgen adskilles fra ildkuglen, ændres det emitterende lags karakteristika, og strålingseffekten i den optiske del af spektret stiger kraftigt (det såkaldte første maksimum). Dernæst konkurrerer processerne med belysning og ændringer i den omgivende lufts gennemsigtighed, hvilket fører til realiseringen af ​​et andet maksimum, mindre kraftfuldt, men meget længere - så meget, at outputtet af lysenergi er større end i det første maksimum .

I nærheden af ​​eksplosionen fordamper alt omkring, længere væk smelter det, men endnu længere, hvor varmestrømmen ikke længere er tilstrækkelig til at smelte faste stoffer, jord, sten, huse flyder som væske, under et monstrøst tryk af gas, der ødelægger alle stærke bindinger, opvarmet til et punkt af uudholdelig for øjnene udstråling.

Endelig går chokbølgen langt fra eksplosionspunktet, hvor der forbliver en løs og svækket, men udvidet mange gange, sky af kondenserede dampe, der blev til lillebitte og meget radioaktivt støv fra det, der var ladningens plasma, og fra hvad var i sin frygtelige stund tæt på et sted, hvorfra man skulle opholde sig så langt som muligt. Skyen begynder at stige. Den køler ned, ændrer farve, "sætter på" en hvid hætte af kondenseret fugt, efterfulgt af støv fra jordens overflade, og danner "benet" af det, der almindeligvis kaldes en "atomsvamp".

Neutron initiering

Opmærksomme læsere kan vurdere energifrigivelsen under en eksplosion med en blyant i hænderne. Når tiden samlingen er i en superkritisk tilstand er i størrelsesordenen mikrosekunder, neutronernes alder er i størrelsesordenen picosekunder, og multiplikationsfaktoren er mindre end 2, frigives ca. en gigajoule energi, hvilket svarer til ... 250 kg TNT. Hvor er kilo- og megatons?

Neutroner - langsomt og hurtigt

I et ikke-fissilt stof, der "studser" af kerner, overfører neutroner en del af deres energi til dem, jo ​​større jo lettere (tættere på dem i masse) er kernerne. Jo flere kollisioner neutroner deltager i, jo mere bremser de, og til sidst kommer de i termisk ligevægt med det omgivende stof – de termaliseres (det tager millisekunder). Termisk neutronhastighed er 2200 m/s (energi 0,025 eV). Neutroner kan undslippe moderatoren og fanges af dens kerner, men med moderation øges deres evne til at indgå i kernereaktioner betydeligt, så de neutroner, der ikke "tabes" mere end kompenserer for faldet i antallet.
Således, hvis en kugle af fissilt materiale er omgivet af en moderator, vil mange neutroner forlade moderatoren eller blive absorberet i den, men der vil også være nogle, der vil vende tilbage til kuglen ("reflektere") og, efter at have mistet deres energi, er meget mere tilbøjelige til at forårsage fissionsbegivenheder. Hvis bolden er omgivet af et lag beryllium 25 mm tykt, så kan 20 kg U235 spares og stadig opnå den kritiske tilstand af samlingen. Men sådanne besparelser kommer på bekostning af tid: hver efterfølgende generation af neutroner skal først bremse, før de forårsager fission. Denne forsinkelse reducerer antallet af generationer af neutroner født pr. tidsenhed, hvilket betyder, at energifrigivelsen er forsinket. Jo mindre fissilt materiale i samlingen, jo mere moderator kræves der for at udvikle en kædereaktion, og fission sker med stadigt lavere energi-neutroner. I det ekstreme tilfælde, når kritikalitet kun opnås med termiske neutroner, for eksempel i en opløsning af uransalte i en god moderator - vand, er massen af ​​samlingerne hundredvis af gram, men opløsningen koger simpelthen periodisk. De frigivne dampbobler reducerer den gennemsnitlige tæthed af det fissile stof, kædereaktionen stopper, og når boblerne forlader væsken, gentages fissionsudbruddet (hvis du tilstopper beholderen, vil dampen sprænge det - men dette vil være en termisk eksplosion, blottet for alle de typiske "nukleare" tegn).

Faktum er, at fissionskæden i samlingen ikke begynder med én neutron: Ved det nødvendige mikrosekund sprøjtes de ind i den superkritiske samling i millioner. I de første nukleare ladninger blev isotopkilder placeret i et hulrum inde i plutoniumsamlingen brugt til dette: polonium-210, i kompressionsøjeblikket, kombineret med beryllium og forårsagede neutronemission med dets alfapartikler. Men alle isotopkilder er ret svage (det første amerikanske produkt genererede mindre end en million neutroner pr. mikrosekund), og polonium er meget letfordærveligt - det reducerer sin aktivitet til det halve på kun 138 dage. Derfor er isotoper blevet erstattet af mindre farlige (som ikke udsender, når de ikke er tændt), og vigtigst af alt neutronrør, der udsender mere intenst (se sidebjælke): på få mikrosekunder (varigheden af ​​den puls, der dannes af røret ) hundreder af millioner neutroner fødes. Men hvis det ikke virker eller virker på det forkerte tidspunkt, vil der opstå et såkaldt brag eller "zilch" - en termisk eksplosion med lav effekt.

Neutroninitiering øger ikke kun energifrigivelsen af ​​en atomeksplosion med mange størrelsesordener, men gør det også muligt at regulere den! Det er klart, at efter at have modtaget en kampmission, når man indstiller, hvilken kraft et atomangreb skal angives, er der ingen, der adskiller ladningen for at udstyre den med en plutoniumsamling, der er optimal for en given magt. I ammunition med en omskiftelig TNT-ækvivalent er det nok blot at ændre forsyningsspændingen til neutronrøret. Følgelig vil neutronudbyttet og energifrigivelsen ændre sig (naturligvis, når strømmen reduceres på denne måde, spildes en masse dyrt plutonium).

Men de begyndte at tænke på behovet for at regulere energifrigivelsen meget senere, og i de første efterkrigsår kunne der ikke være tale om at reducere strømmen. Mere kraftfuld, mere kraftfuld og mere kraftfuld! Men det viste sig, at der er nukleare fysiske og hydrodynamiske begrænsninger på de tilladte dimensioner af den subkritiske sfære. TNT-ækvivalenten til en eksplosion på hundrede kiloton er tæt på den fysiske grænse for enfaset ammunition, hvor kun fission forekommer. Som et resultat blev fission opgivet som den vigtigste energikilde, og fokus var på reaktioner af en anden klasse - fusion.

Atomreaktoren fungerer problemfrit og effektivt. Ellers bliver der som bekendt ballade. Men hvad sker der indeni? Lad os prøve at formulere princippet om drift af en nuklear (atomreaktor) kort, klart, med stop.

I det væsentlige sker den samme proces der som under en atomeksplosion. Kun eksplosionen sker meget hurtigt, men i reaktoren strækker alt dette sig ud i lang tid. Som et resultat forbliver alt sikkert og forsvarligt, og vi modtager energi. Ikke så meget, at alt omkring ville blive ødelagt på én gang, men ganske tilstrækkeligt til at levere strøm til byen.

Før du forstår, hvordan en kontrolleret kernereaktion opstår, skal du vide, hvad det er. nuklear reaktion overhovedet.

Nuklear reaktion er processen med transformation (fission) af atomkerner, når de interagerer med elementarpartikler og gammastråler.

Nukleare reaktioner kan forekomme med både absorption og frigivelse af energi. Reaktoren bruger de anden reaktioner.

Atomreaktor er et apparat, hvis formål er at opretholde en kontrolleret kernereaktion med frigivelse af energi.

Ofte kaldes en atomreaktor også for en atomreaktor. Lad os bemærke, at der ikke er nogen grundlæggende forskel her, men fra et videnskabeligt synspunkt er det mere korrekt at bruge ordet "atomkraft". Der findes nu mange typer atomreaktorer. Disse er enorme industrielle reaktorer designet til at generere energi i kraftværker, atomreaktorer i ubåde, små eksperimentelle reaktorer, der bruges i videnskabelige eksperimenter. Der er endda reaktorer, der bruges til at afsalte havvand.

Historien om oprettelsen af ​​en atomreaktor

Den første atomreaktor blev opsendt i det ikke så fjerne 1942. Dette skete i USA under ledelse af Fermi. Denne reaktor blev kaldt "Chicago Woodpile".

I 1946 begyndte den første sovjetiske reaktor, der blev lanceret under ledelse af Kurchatov, at fungere. Kroppen af ​​denne reaktor var en kugle på syv meter i diameter. De første reaktorer havde ikke et kølesystem, og deres effekt var minimal. Forresten havde den sovjetiske reaktor en gennemsnitlig effekt på 20 Watt, og den amerikanske - kun 1 Watt. Til sammenligning: den gennemsnitlige effekt af moderne kraftreaktorer er 5 Gigawatt. Mindre end ti år efter lanceringen af ​​den første reaktor blev verdens første industrielle atomkraftværk åbnet i byen Obninsk.

Princippet om drift af en atomreaktor (atomreaktor).

Enhver atomreaktor har flere dele: kerne Med brændstof Og moderator , neutronreflektor , kølevæske , kontrol- og beskyttelsessystem . Isotoper bruges oftest som brændstof i reaktorer. uran (235, 238, 233), plutonium (239) og thorium (232). Kernen er en kedel, hvorigennem almindeligt vand (kølevæske) strømmer. Blandt andre kølemidler er "tungt vand" og flydende grafit mindre almindeligt anvendt. Hvis vi taler om driften af ​​atomkraftværker, så bruges en atomreaktor til at producere varme. Elektriciteten i sig selv genereres efter samme metode som i andre typer kraftværker - damp roterer en turbine, og bevægelsesenergien omdannes til elektrisk energi.

Nedenfor er et diagram over driften af ​​en atomreaktor.

Som vi allerede har sagt, producerer henfaldet af en tung urankerne lettere grundstoffer og flere neutroner. De resulterende neutroner kolliderer med andre kerner, hvilket også får dem til at spalte. Samtidig vokser antallet af neutroner som en lavine.

Det skal nævnes her neutron multiplikationsfaktor . Så hvis denne koefficient overstiger en værdi lig med én, opstår der en atomeksplosion. Hvis værdien er mindre end én, er der for få neutroner, og reaktionen dør ud. Men hvis man fastholder værdien af ​​koefficienten lig med én, vil reaktionen forløbe længe og stabilt.

Spørgsmålet er, hvordan man gør dette? I reaktoren er brændstoffet i den såkaldte brændselselementer (TVELakh). Det er stænger, der indeholder, i form af små tabletter, nukleart brændsel . Brændselsstave er forbundet til sekskantede kassetter, som der kan være hundredvis af i en reaktor. Kassetter med brændstofstænger er arrangeret lodret, og hver brændstofstang har et system, der giver dig mulighed for at justere dybden af ​​dens nedsænkning i kernen. Ud over selve kassetterne er der bl.a styrestænger Og nødbeskyttelsesstænger . Stængerne er lavet af et materiale, der absorberer neutroner godt. Således kan styrestænger sænkes til forskellige dybder i kernen og derved justere neutronmultiplikationsfaktoren. Nødstænger er designet til at lukke reaktoren ned i tilfælde af en nødsituation.

Hvordan startes en atomreaktor?

Vi har fundet ud af selve driftsprincippet, men hvordan starter man og får reaktoren til at fungere? Groft sagt, her er det - et stykke uran, men kædereaktionen begynder ikke i det af sig selv. Faktum er, at der i kernefysik er et koncept kritisk masse .

Kritisk masse er massen af ​​fissilt materiale, der kræves for at starte en nuklear kædereaktion.

Ved hjælp af brændselsstave og kontrolstave skabes først en kritisk masse af atombrændsel i reaktoren, og derefter bringes reaktoren til det optimale effektniveau i flere trin.

I denne artikel forsøgte vi at give dig en generel idé om strukturen og driftsprincippet for en nuklear (atomreaktor). Hvis du har spørgsmål til emnet eller er blevet stillet et problem inden for kernefysik på universitetet, så kontakt venligst til vores virksomheds specialister. Som sædvanlig er vi klar til at hjælpe dig med at løse ethvert presserende spørgsmål vedrørende dit studie. Og mens vi er i gang, er her endnu en pædagogisk video til din opmærksomhed!

Men det er noget, vi ofte ikke ved. Og hvorfor eksploderer en atombombe også...

Lad os starte på afstand. Hvert atom har en kerne, og kernen består af protoner og neutroner – det ved alle måske. På samme måde så alle det periodiske system. Men hvorfor er de kemiske elementer i det placeret på denne måde og ikke på anden måde? Bestemt ikke fordi Mendeleev ville have det sådan. Atomnummeret for hvert element i tabellen angiver, hvor mange protoner der er i kernen af ​​det elements atom. Med andre ord er jern nummer 26 i tabellen, fordi der er 26 protoner i et jernatom. Og hvis der ikke er 26 af dem, er det ikke længere jern.

Men der kan være forskelligt antal neutroner i kernerne af det samme grundstof, hvilket betyder, at massen af ​​kernerne kan være forskellig. Atomer af samme grundstof med forskellig masse kaldes isotoper. Uran har flere sådanne isotoper: den mest almindelige i naturen er uran-238 (dens kerne har 92 protoner og 146 neutroner, i alt 238). Det er radioaktivt, men man kan ikke lave en atombombe af det. Men isotopen uranium-235, hvoraf en lille mængde findes i uranmalme, er velegnet til en nuklear ladning.

Læseren kan være stødt på udtrykkene "beriget uran" og "depleteret uran". Beriget uran indeholder mere uran-235 end naturligt uran; i udtømt tilstand, tilsvarende mindre. Beriget uran kan bruges til at producere plutonium, et andet grundstof, der er egnet til en atombombe (det findes næsten aldrig i naturen). Hvordan uran beriges, og hvordan plutonium opnås fra det, er et emne for en separat diskussion.

Så hvorfor eksploderer en atombombe? Faktum er, at nogle tunge kerner har tendens til at henfalde, hvis de bliver ramt af en neutron. Og du behøver ikke vente længe på en gratis neutron - der er mange af dem, der flyver rundt. Så en sådan neutron rammer uran-235-kernen og bryder den derved i "fragmenter". Dette frigiver nogle flere neutroner. Kan du gætte, hvad der vil ske, hvis der er kerner af det samme grundstof omkring? Det er rigtigt, en kædereaktion vil opstå. Sådan foregår det.

I en atomreaktor, hvor uran-235 er "opløst" i det mere stabile uran-238, sker der ikke en eksplosion under normale forhold. De fleste neutroner, der flyver ud fra rådnende kerner, flyver væk i mælken uden at finde uran-235 kernerne. I reaktoren sker henfaldet af kerner "trægt" (men det er nok til, at reaktoren kan levere energi). I et enkelt stykke uranium-235, hvis det er af tilstrækkelig masse, vil neutroner med garanti bryde kernerne op, kædereaktionen vil starte som en lavine, og... Stop! Når alt kommer til alt, hvis du laver et stykke uran-235 eller plutonium med den masse, der kræves til en eksplosion, vil det eksplodere med det samme. Det er ikke meningen.

Hvad hvis du tager to stykker subkritisk masse og skubber dem mod hinanden ved hjælp af en fjernstyret mekanisme? Placer f.eks. begge i et rør og fastgør en pulverladning til den ene, så den ene brik, som et projektil, i det rigtige øjeblik skydes mod den anden. Her er løsningen på problemet.

Du kan gøre det anderledes: Tag et sfærisk stykke plutonium og fastgør sprængladninger over hele overfladen. Når disse ladninger detonerer på kommando udefra, vil deres eksplosion komprimere plutoniumet fra alle sider, komprimere det til en kritisk tæthed, og der vil opstå en kædereaktion. Nøjagtighed og pålidelighed er dog vigtig her: Alle sprængladninger skal slukkes på samme tid. Hvis nogle af dem virker, og nogle ikke gør, eller nogle arbejder sent, vil der ikke opstå en atomeksplosion: plutoniumet vil ikke blive komprimeret til en kritisk masse, men vil spredes i luften. I stedet for en atombombe får du en såkaldt "beskidt".

Sådan ser en atombombe af implosionstypen ud. Ladningerne, som skal skabe en rettet eksplosion, er lavet i form af polyedre for at dække plutoniumkuglens overflade så tæt som muligt.

Den første type anordning blev kaldt en kanonanordning, den anden type - en implosionsanordning.
"Little Boy"-bomben, der blev kastet over Hiroshima, havde en uran-235-ladning og en anordning af kanontypen. Fat Man-bomben, der detonerede over Nagasaki, bar en plutoniumladning, og sprængstoffet var en implosion. I vore dage bruges apparater af pistoltypen næsten aldrig; implosions er mere komplicerede, men samtidig giver de dig mulighed for at regulere massen af ​​atomladningen og bruge den mere rationelt. Og plutonium har erstattet uran-235 som et nukleart sprængstof.

Der gik en del år, og fysikere tilbød militæret en endnu kraftigere bombe – en termonuklear bombe, eller, som den også kaldes, en brintbombe. Det viser sig, at brint eksploderer kraftigere end plutonium?

Brint er faktisk eksplosivt, men ikke så eksplosivt. Der er dog ikke "almindelig" brint i en brintbombe, den bruger sine isotoper - deuterium og tritium. Kernen af ​​"almindelig" brint har en neutron, deuterium har to, og tritium har tre.

I en atombombe er kernerne i et tungt grundstof opdelt i kerner af lettere. Ved termonuklear fusion sker den omvendte proces: lette kerner smelter sammen med hinanden til tungere. Deuterium- og tritiumkerner kombineres for eksempel for at danne heliumkerner (også kendt som alfapartikler), og den "ekstra" neutron sendes til "fri flugt". Dette frigiver væsentligt mere energi end under henfaldet af plutoniumkerner. Det er i øvrigt præcis den proces, der foregår på Solen.

Fusionsreaktionen er dog kun mulig ved ultrahøje temperaturer (hvorfor den kaldes termonukleær). Hvordan får man deuterium og tritium til at reagere? Ja, det er meget enkelt: du skal bruge en atombombe som detonator!

Da deuterium og tritium i sig selv er stabile, kan deres ladning i en termonuklear bombe være vilkårligt enorm. Det betyder, at en termonuklear bombe kan gøres usammenlignelig kraftigere end en "simpel" atombombe. Den "Baby", der blev kastet på Hiroshima, havde en TNT-ækvivalent på inden for 18 kiloton, og den kraftigste brintbombe (den såkaldte "Tsar Bomba", også kendt som "Kuzkas mor") var allerede 58,6 megaton, mere end 3255 gange mere kraftfuld "Baby"!


"Svampe"-skyen fra zaren Bomba steg til en højde på 67 kilometer, og eksplosionsbølgen cirklede rundt om kloden tre gange.

Men en sådan gigantisk magt er klart overdreven. Efter at have "leget nok" med megatonbomber, tog militæringeniører og fysikere en anden vej - vejen til miniaturisering af atomvåben. I deres konventionelle form kan atomvåben kastes fra strategiske bombefly som luftbomber eller affyres fra ballistiske missiler; miniaturiserer man dem, får man en kompakt atomladning, der ikke ødelægger alt i kilometerstrækning, og som kan placeres på en artillerigranat eller et luft-til-jord missil. Mobiliteten vil øges, og rækken af ​​opgaver, der skal løses, udvides. Ud over strategiske atomvåben vil vi modtage taktiske.

En række leveringssystemer er blevet udviklet til taktiske atomvåben - atomkanoner, morterer, rekylfri rifler (for eksempel amerikaneren Davy Crockett). USSR havde endda et atomkugleprojekt. Sandt nok måtte det opgives - atomkugler var så upålidelige, så komplicerede og dyre at fremstille og opbevare, at der ikke var nogen mening i dem.

"Davy Crockett." En række af disse atomvåben var i tjeneste hos de amerikanske væbnede styrker, og den vesttyske forsvarsminister forsøgte uden held at bevæbne Bundeswehr med dem.

Når vi taler om små atomvåben, er det værd at nævne en anden type atomvåben - neutronbomben. Plutoniumladningen i den er lille, men det er ikke nødvendigt. Hvis en termonuklear bombe følger vejen til at øge eksplosionens kraft, så er en neutronbombe afhængig af en anden skadelig faktor - stråling. For at øge strålingen indeholder en neutronbombe en forsyning af berylliumisotop, som ved eksplosion producerer et stort antal hurtige neutroner.

Ifølge dens skabere skulle en neutronbombe dræbe fjendens personel, men efterlade udstyr intakt, som så kan fanges under en offensiv. I praksis viste det sig noget anderledes: bestrålet udstyr bliver ubrugeligt - enhver, der vover at styre det, vil meget snart "tjene" strålesyge. Dette ændrer ikke på det faktum, at en neutronbombeeksplosion er i stand til at ramme en fjende gennem tankpanser; neutronammunition blev udviklet af USA specifikt som et våben mod sovjetiske kampvognsformationer. Imidlertid blev der hurtigt udviklet tankpanser, der gav en form for beskyttelse mod strømmen af ​​hurtige neutroner.

En anden type atomvåben blev opfundet i 1950, men aldrig (så vidt vides) produceret. Dette er den såkaldte koboltbombe - en atomladning med en koboltskal. Under eksplosionen bliver kobolt, bestrålet af en strøm af neutroner, en ekstremt radioaktiv isotop og spredes i hele området og forurener det. Bare en sådan bombe med tilstrækkelig kraft kunne dække hele kloden med kobolt og ødelægge hele menneskeheden. Heldigvis forblev dette projekt et projekt.

Hvad kan vi sige til slut? En atombombe er et virkelig forfærdeligt våben, og samtidig var det (sikke et paradoks!) med til at opretholde relativ fred mellem supermagterne. Hvis din fjende har atomvåben, vil du tænke dig ti gange, før du angriber ham. Intet land med et atomarsenal er nogensinde blevet angrebet udefra, og der har ikke været krige mellem større stater i verden siden 1945. Lad os håbe, at der ikke kommer nogen.

Atomets verden er så fantastisk, at forståelsen af ​​den kræver et radikalt brud i de sædvanlige begreber rum og tid. Atomer er så små, at hvis en dråbe vand kunne forstørres til jordens størrelse, ville hvert atom i den dråbe være mindre end en appelsin. Faktisk består en dråbe vand af 6000 milliarder milliarder (600000000000000000000000) brint- og oxygenatomer. Og alligevel har atomet på trods af sin mikroskopiske størrelse en struktur, der til en vis grad ligner strukturen i vores solsystem. I dets ubegribeligt lille centrum, hvis radius er mindre end en trilliontedel af en centimeter, er der en relativt enorm "sol" - kernen i et atom.

Små "planeter" - elektroner - kredser om denne atomare "sol". Kernen består af universets to hovedbyggesten - protoner og neutroner (de har et samlende navn - nukleoner). En elektron og en proton er ladede partikler, og mængden af ​​ladning i hver af dem er nøjagtig den samme, men ladningerne er forskellige i fortegn: protonen er altid positivt ladet, og elektronen er negativt ladet. Neutronen bærer ikke en elektrisk ladning og har som et resultat en meget høj permeabilitet.

I den atomare skala af målinger tages massen af ​​en proton og neutron som enhed. Atomvægten af ​​ethvert kemisk grundstof afhænger derfor af antallet af protoner og neutroner indeholdt i dets kerne. For eksempel har et brintatom, med en kerne bestående af kun én proton, en atommasse på 1. Et heliumatom, med en kerne på to protoner og to neutroner, har en atommasse på 4.

Kernerne af atomer af det samme grundstof indeholder altid det samme antal protoner, men antallet af neutroner kan variere. Atomer, der har kerner med det samme antal protoner, men adskiller sig i antallet af neutroner og er varianter af det samme grundstof, kaldes isotoper. For at skelne dem fra hinanden tildeles et nummer til elementets symbol, der er lig med summen af ​​alle partikler i kernen af ​​en given isotop.

Spørgsmålet kan opstå: hvorfor falder kernen i et atom ikke fra hinanden? De protoner, der indgår i den, er jo elektrisk ladede partikler med samme ladning, som skal frastøde hinanden med stor kraft. Dette forklares med, at der inde i kernen også er såkaldte intranukleare kræfter, der tiltrækker kernepartikler til hinanden. Disse kræfter kompenserer for protonernes frastødende kræfter og forhindrer kernen i spontant at flyve fra hinanden.

Intranukleare kræfter er meget stærke, men virker kun på meget tætte afstande. Derfor viser kernerne af tunge grundstoffer, bestående af hundredvis af nukleoner, sig at være ustabile. Kernens partikler er i kontinuerlig bevægelse her (inden for kernens rumfang), og hvis du tilføjer en ekstra mængde energi til dem, kan de overvinde de indre kræfter - kernen vil splittes i dele. Mængden af ​​denne overskydende energi kaldes excitationsenergi. Blandt isotoper af tunge grundstoffer er der dem, der ser ud til at være på selve randen af ​​selvopløsning. Bare et lille "skub" er nok, for eksempel en simpel neutron, der rammer kernen (og den behøver ikke engang at accelerere til høj hastighed), for at kernefissionsreaktionen kan forekomme. Nogle af disse "fissile" isotoper blev senere lært at blive fremstillet kunstigt. I naturen er der kun én sådan isotop - uran-235.

Uranus blev opdaget i 1783 af Klaproth, som isolerede den fra uraniumtjære og opkaldte den efter den nyligt opdagede planet Uranus. Som det senere viste sig, var det i virkeligheden ikke uran i sig selv, men dets oxid. Rent uran, et sølvhvidt metal, blev opnået
først i 1842 Peligo. Det nye grundstof havde ingen bemærkelsesværdige egenskaber og vakte først opmærksomhed i 1896, hvor Becquerel opdagede fænomenet radioaktivitet i uransalte. Herefter blev uran genstand for videnskabelig forskning og eksperimenter, men havde stadig ingen praktisk brug.

Da fysikerne i den første tredjedel af det 20. århundrede mere eller mindre forstod atomkernens struktur, forsøgte de først og fremmest at opfylde alkymisternes mangeårige drøm – de forsøgte at omdanne et kemisk grundstof til et andet. I 1934 rapporterede franske forskere, ægtefællerne Frederic og Irene Joliot-Curie, til det franske videnskabsakademi om følgende oplevelse: ved bombardering af aluminiumsplader med alfapartikler (kerner af et heliumatom), blev aluminiumatomer til fosforatomer, men ikke almindelige, men radioaktive, som igen blev til en stabil isotop af silicium. Således blev et aluminiumatom, efter at have tilføjet en proton og to neutroner, til et tungere siliciumatom.

Denne erfaring antydede, at hvis du "bombarderer" kernerne i det tungeste grundstof, der findes i naturen - uran - med neutroner, kan du opnå et grundstof, der ikke eksisterer under naturlige forhold. I 1938 gentog de tyske kemikere Otto Hahn og Fritz Strassmann i generelle vendinger Joliot-Curie-ægtefællernes erfaringer med at bruge uran i stedet for aluminium. Resultaterne af forsøget var slet ikke, hvad de forventede - i stedet for et nyt supertungt grundstof med et massetal, der var større end urans, modtog Hahn og Strassmann lette grundstoffer fra den midterste del af det periodiske system: barium, krypton, brom og nogle andre. Eksperimentatorerne var ikke selv i stand til at forklare det observerede fænomen. Først året efter fandt fysikeren Lise Meitner, som Hahn rapporterede sine vanskeligheder til, den korrekte forklaring på det observerede fænomen, hvilket tyder på, at når uran bombarderes med neutroner, spaltes dets kerne (spalter). I dette tilfælde burde der være dannet kerner af lettere grundstoffer (det er derfra barium, krypton og andre stoffer kom), ligesom der skulle være frigivet 2-3 frie neutroner. Yderligere forskning gjorde det muligt i detaljer at afklare billedet af, hvad der skete.

Naturligt uran består af en blanding af tre isotoper med masserne 238, 234 og 235. Hovedmængden af ​​uran er isotop-238, hvis kerne omfatter 92 protoner og 146 neutroner. Uran-235 er kun 1/140 af naturligt uran (0,7% (det har 92 protoner og 143 neutroner i sin kerne), og uran-234 (92 protoner, 142 neutroner) er kun 1/17500 af den samlede masse af uran ( 0, 006 % Den mindst stabile af disse isotoper er uran-235.

Fra tid til anden opdeles kernerne i dets atomer spontant i dele, som et resultat af hvilke lettere elementer i det periodiske system dannes. Processen ledsages af frigivelsen af ​​to eller tre frie neutroner, som skynder sig med enorm hastighed - omkring 10 tusinde km/s (de kaldes hurtige neutroner). Disse neutroner kan ramme andre urankerner og forårsage nukleare reaktioner. Hver isotop opfører sig forskelligt i dette tilfælde. Uran-238 kerner fanger i de fleste tilfælde simpelthen disse neutroner uden yderligere transformationer. Men i cirka ét tilfælde ud af fem, når en hurtig neutron kolliderer med kernen i isotopen-238, sker der en mærkelig kernereaktion: en af ​​neutronerne i uran-238 udsender en elektron, der bliver til en proton, dvs. uranisotop bliver til en mere
tungt grundstof - neptunium-239 (93 protoner + 146 neutroner). Men neptunium er ustabilt - efter et par minutter udsender en af ​​dets neutroner en elektron, der bliver til en proton, hvorefter neptunium-isotopen bliver til det næste grundstof i det periodiske system - plutonium-239 (94 protoner + 145 neutroner). Hvis en neutron rammer kernen af ​​ustabilt uran-235, opstår der straks spaltning - atomerne går i opløsning med emission af to eller tre neutroner. Det er klart, at i naturligt uran, hvoraf de fleste atomer tilhører isotopen-238, har denne reaktion ingen synlige konsekvenser - alle frie neutroner vil i sidste ende blive absorberet af denne isotop.

Tja, hvad nu hvis vi forestiller os et ret massivt stykke uran, der udelukkende består af isotop-235?

Her vil processen forløbe anderledes: neutroner, der frigives under fission af flere kerner, forårsager til gengæld deres fission, når de rammer nabokerner. Som følge heraf frigives en ny portion neutroner, som splitter de næste kerner. Under gunstige forhold forløber denne reaktion som en lavine og kaldes en kædereaktion. For at starte det kan et par bombarderende partikler være nok.

Faktisk, lad uran-235 blive bombarderet af kun 100 neutroner. De vil adskille 100 urankerner. I dette tilfælde vil 250 nye neutroner af anden generation blive frigivet (i gennemsnit 2,5 pr. fission). Anden generation neutroner vil producere 250 spaltninger, som vil frigive 625 neutroner. I næste generation bliver det 1562, så 3906, så 9670 osv. Antallet af divisioner vil stige på ubestemt tid, hvis processen ikke stoppes.

Men i virkeligheden når kun en lille del af neutronerne atomkernerne. Resten, der hurtigt skynder sig mellem dem, bliver ført væk i det omgivende rum. En selvopretholdende kædereaktion kan kun forekomme i et tilstrækkeligt stort array af uran-235, som siges at have en kritisk masse. (Denne masse er under normale forhold 50 kg.) Det er vigtigt at bemærke, at fissionen af ​​hver kerne er ledsaget af frigivelsen af ​​en enorm mængde energi, som viser sig at være cirka 300 millioner gange mere end den energi, der bruges på fission ! (Det anslås, at den fuldstændige fission af 1 kg uran-235 frigiver den samme mængde varme som forbrændingen af ​​3 tusinde tons kul.)

Dette kolossale energiudbrud, frigivet i løbet af få øjeblikke, manifesterer sig som en eksplosion af monstrøs kraft og ligger til grund for atomvåbens virkning. Men for at dette våben kan blive en realitet, er det nødvendigt, at ladningen ikke består af naturligt uran, men af ​​en sjælden isotop - 235 (sådan uran kaldes beriget). Det blev senere opdaget, at rent plutonium også er et fissilt materiale og kunne bruges i en atomladning i stedet for uran-235.

Alle disse vigtige opdagelser blev gjort på tærsklen til Anden Verdenskrig. Snart begyndte hemmeligt arbejde med at skabe en atombombe i Tyskland og andre lande. I USA blev dette problem løst i 1941. Hele komplekset af værker fik navnet "Manhattan Project".

Administrativ ledelse af projektet blev udført af General Groves, og videnskabelig ledelse blev udført af University of California professor Robert Oppenheimer. Begge var udmærket klar over den enorme kompleksitet af opgaven, de stod overfor. Derfor var Oppenheimers første bekymring at rekruttere et meget intelligent videnskabeligt hold. I USA var der på det tidspunkt mange fysikere, der emigrerede fra Nazityskland. Det var ikke let at tiltrække dem til at skabe våben rettet mod deres tidligere hjemland. Oppenheimer talte personligt til alle og brugte al sin charmes kraft. Snart lykkedes det ham at samle en lille gruppe teoretikere, som han spøgende kaldte "luminaries". Og faktisk omfattede det datidens største specialister inden for fysik og kemi. (Blandt dem er 13 nobelprismodtagere, herunder Bohr, Fermi, Frank, Chadwick, Lawrence.) Udover dem var der mange andre specialister med forskellige profiler.

Den amerikanske regering sparede ikke på udgifterne, og arbejdet tog storstilet helt fra begyndelsen. I 1942 blev verdens største forskningslaboratorium grundlagt i Los Alamos. Befolkningen i denne videnskabelige by nåede snart 9 tusinde mennesker. Med hensyn til sammensætningen af ​​videnskabsmænd, omfanget af videnskabelige eksperimenter og antallet af specialister og arbejdere involveret i arbejdet, havde Los Alamos-laboratoriet ingen sidestykke i verdenshistorien. Manhattan-projektet havde sit eget politi, kontraspionage, kommunikationssystem, varehuse, landsbyer, fabrikker, laboratorier og sit eget kolossale budget.

Hovedmålet med projektet var at skaffe nok fissilt materiale, hvorfra flere atombomber kunne skabes. Ud over uran-235 kunne ladningen til bomben, som allerede nævnt, være det kunstige grundstof plutonium-239, det vil sige, at bomben kan være enten uran eller plutonium.

Groves og Oppenheimer var enige om, at arbejdet skulle udføres samtidigt i to retninger, da det var umuligt på forhånd at afgøre, hvilken af ​​dem der ville være mere lovende. Begge metoder var fundamentalt forskellige fra hinanden: Ophobningen af ​​uran-235 skulle udføres ved at adskille det fra hovedparten af ​​naturligt uran, og plutonium kunne kun opnås som et resultat af en kontrolleret kernereaktion, når uran-238 blev bestrålet med neutroner. Begge veje virkede usædvanligt vanskelige og lovede ikke nemme løsninger.

Hvordan kan man faktisk adskille to isotoper, der kun adskiller sig lidt i vægt og kemisk opfører sig på nøjagtig samme måde? Hverken videnskab eller teknologi har nogensinde stået over for et sådant problem. Produktionen af ​​plutonium virkede også meget problematisk i starten. Før dette blev hele oplevelsen af ​​nukleare transformationer reduceret til nogle få laboratorieforsøg. Nu skulle de mestre produktionen af ​​kilogram plutonium i industriel skala, udvikle og skabe en speciel installation hertil - en atomreaktor, og lære at kontrollere forløbet af atomreaktionen.

Både der og her skulle et helt kompleks af komplekse problemer løses. Derfor bestod Manhattan-projektet af flere delprojekter, ledet af fremtrædende videnskabsmænd. Oppenheimer var selv leder af Los Alamos Scientific Laboratory. Lawrence var ansvarlig for strålingslaboratoriet ved University of California. Fermi forskede ved University of Chicago for at skabe en atomreaktor.

I starten var det vigtigste problem at få uran. Før krigen havde dette metal stort set ingen nytte. Nu hvor det var nødvendigt med det samme i enorme mængder, viste det sig, at der ikke var nogen industriel metode til at producere det.

Westinghouse-virksomheden tog sin udvikling op og opnåede hurtigt succes. Efter at have renset uranharpiksen (uran forekommer i naturen i denne form) og opnået uranoxid blev det omdannet til tetrafluorid (UF4), hvorfra uranmetal blev adskilt ved elektrolyse. Hvis amerikanske videnskabsmænd i slutningen af ​​1941 kun havde nogle få gram uraniummetal til deres rådighed, så nåede dens industrielle produktion på Westinghouse-fabrikkerne allerede i november 1942 6.000 pund om måneden.

Samtidig arbejdede man på at skabe en atomreaktor. Processen med at producere plutonium gik faktisk ud på at bestråle uranstænger med neutroner, hvilket resulterede i, at en del af uran-238 ville blive til plutonium. Kilderne til neutroner i dette tilfælde kunne være fissile atomer af uran-235, spredt i tilstrækkelige mængder blandt atomer af uran-238. Men for at opretholde den konstante produktion af neutroner måtte en kædereaktion med spaltning af uran-235-atomer begynde. I mellemtiden, som allerede nævnt, for hvert atom af uran-235 var der 140 atomer af uran-238. Det er klart, at neutroner, der spredte sig i alle retninger, havde en meget større sandsynlighed for at møde dem på deres vej. Det vil sige, at et stort antal frigivne neutroner viste sig at blive absorberet af hovedisotopen uden nogen fordel. Under sådanne forhold kunne en kædereaktion naturligvis ikke finde sted. Hvordan skal man være?

Først så det ud til, at uden adskillelse af to isotoper var driften af ​​reaktoren generelt umulig, men en vigtig omstændighed blev hurtigt fastslået: det viste sig, at uran-235 og uran-238 var modtagelige for neutroner med forskellige energier. Kernen i et uran-235-atom kan spaltes af en neutron med relativt lav energi, med en hastighed på omkring 22 m/s. Sådanne langsomme neutroner fanges ikke af uran-238 kerner - for dette skal de have en hastighed i størrelsesordenen hundredtusindvis af meter i sekundet. Med andre ord er uran-238 magtesløs til at forhindre begyndelsen og fremskridtet af en kædereaktion i uran-235 forårsaget af neutroner bremset ned til ekstremt lave hastigheder - ikke mere end 22 m/s. Dette fænomen blev opdaget af den italienske fysiker Fermi, som har boet i USA siden 1938 og førte arbejdet her med at skabe den første reaktor. Fermi besluttede at bruge grafit som neutronmoderator. Ifølge hans beregninger skulle neutronerne, der udsendes fra uran-235, efter at have passeret gennem et 40 cm lag af grafit, have reduceret deres hastighed til 22 m/s og påbegyndt en selvopretholdende kædereaktion i uran-235.

En anden moderator kunne være såkaldt "tungt" vand. Da de brintatomer, der er inkluderet i den, ligner neutroner i størrelse og masse meget, kunne de bedst bremse dem. (Med hurtige neutroner sker der omtrent det samme som med bolde: hvis en lille bold rammer en stor, ruller den tilbage, næsten uden at miste fart, men når den møder en lille bold, overfører den en betydelig del af sin energi til den - ligesom en neutron i en elastisk kollision preller af en tung kerne, bremser kun lidt ned, og når den kolliderer med kernerne af brintatomer, mister den meget hurtigt al sin energi.) Almindelig vand er dog ikke egnet til at bremse, da dets brint har tendens til at absorbere neutroner. Derfor bør deuterium, som er en del af "tungt" vand, bruges til dette formål.

I begyndelsen af ​​1942, under Fermis ledelse, begyndte byggeriet af den første atomreaktor i historien på tennisbaneområdet under Chicago Stadiums vestlige tribuner. Forskerne udførte alt arbejdet selv. Reaktionen kan styres på den eneste måde - ved at justere antallet af neutroner, der deltager i kædereaktionen. Fermi havde til hensigt at opnå dette ved hjælp af stænger lavet af stoffer som bor og cadmium, som kraftigt absorberer neutroner. Moderatoren var grafitsten, hvorfra fysikerne byggede søjler 3 m høje og 1,2 m brede rektangulære blokke med uranoxid mellem dem. Hele strukturen krævede omkring 46 tons uranoxid og 385 tons grafit. For at bremse reaktionen blev der indført stave af cadmium og bor i reaktoren.

Hvis dette ikke var nok, så stod to forskere for forsikring på en platform placeret over reaktoren med spande fyldt med en opløsning af cadmiumsalte - de skulle hælde dem på reaktoren, hvis reaktionen kom ud af kontrol. Det var heldigvis ikke nødvendigt. Den 2. december 1942 beordrede Fermi, at alle kontrolstænger skulle forlænges, og eksperimentet begyndte. Efter fire minutter begyndte neutrontællerne at klikke højere og højere. For hvert minut blev intensiteten af ​​neutronfluxen større. Dette indikerede, at en kædereaktion fandt sted i reaktoren. Det varede i 28 minutter. Så gav Fermi signalet, og de sænkede stænger stoppede processen. Således frigjorde mennesket for første gang atomkernens energi og beviste, at det kunne kontrollere den efter behag. Nu var der ikke længere tvivl om, at atomvåben var en realitet.

I 1943 blev Fermi-reaktoren demonteret og transporteret til Aragonese National Laboratory (50 km fra Chicago). Var her snart
En anden atomreaktor blev bygget, hvor tungt vand blev brugt som moderator. Den bestod af en cylindrisk aluminiumstank indeholdende 6,5 tons tungt vand, hvori der var lodret nedsænket 120 stænger af uranmetal, indkapslet i en aluminiumsskal. De syv kontrolstænger var lavet af cadmium. Rundt om tanken var der en grafitreflektor, derefter en skærm lavet af bly og cadmiumlegeringer. Hele konstruktionen var omsluttet af en betonskal med en vægtykkelse på ca. 2,5 m.

Forsøg på disse pilotreaktorer bekræftede muligheden for industriel produktion af plutonium.

Hovedcentret for Manhattan-projektet blev snart byen Oak Ridge i Tennessee River Valley, hvis befolkning voksede til 79 tusinde mennesker på få måneder. Her blev historiens første produktionsanlæg til beriget uran bygget på kort tid. En industriel reaktor, der producerede plutonium, blev lanceret her i 1943. I februar 1944 blev der udvundet omkring 300 kg uran dagligt, fra hvis overflade plutonium blev opnået ved kemisk adskillelse. (For at gøre dette blev plutonium først opløst og derefter udfældet.) Det rensede uran blev derefter returneret til reaktoren. Samme år begyndte byggeriet af den enorme Hanford-fabrik i den golde, dystre ørken på Columbia-flodens sydlige bred. Tre kraftige atomreaktorer var placeret her, der producerede flere hundrede gram plutonium hver dag.

Sideløbende var forskningen i fuld gang med at udvikle en industriel proces til uranberigelse.

Efter at have overvejet forskellige muligheder besluttede Groves og Oppenheimer at fokusere deres indsats på to metoder: gasformig diffusion og elektromagnetisk.

Gasdiffusionsmetoden var baseret på et princip kendt som Grahams lov (den blev først formuleret i 1829 af den skotske kemiker Thomas Graham og udviklet i 1896 af den engelske fysiker Reilly). Ifølge denne lov, hvis to gasser, hvoraf den ene er lettere end den anden, føres gennem et filter med ubetydeligt små huller, så vil lidt mere af den lette gas passere gennem det end af den tunge. I november 1942 skabte Urey og Dunning fra Columbia University en gasdiffusionsmetode til adskillelse af uranisotoper baseret på Reilly-metoden.

Da naturligt uran er et fast stof, blev det først omdannet til uranfluorid (UF6). Denne gas blev derefter ført gennem mikroskopiske - i størrelsesordenen tusindedele af en millimeter - huller i filterskillevæggen.

Da forskellen i gassernes molvægte var meget lille, steg indholdet af uran-235 kun 1,0002 gange bag skillevæggen.

For at øge mængden af ​​uran-235 endnu mere føres den resulterende blanding igen gennem en skillevæg, og mængden af ​​uran øges igen med 1,0002 gange. For at øge indholdet af uran-235 til 99% var det således nødvendigt at lede gassen gennem 4000 filtre. Dette fandt sted på et enormt gasdiffusionsanlæg i Oak Ridge.

I 1940, under ledelse af Ernest Lawrence, begyndte forskningen i adskillelse af uranisotoper ved den elektromagnetiske metode ved University of California. Det var nødvendigt at finde fysiske processer, der ville tillade isotoper at blive adskilt ved at bruge forskellen i deres masser. Lawrence forsøgte at adskille isotoper ved hjælp af princippet om en massespektrograf, et instrument, der bruges til at bestemme massen af ​​atomer.

Princippet for dets funktion var som følger: præ-ioniserede atomer blev accelereret af et elektrisk felt og derefter passeret gennem et magnetfelt, hvor de beskrev cirkler placeret i et plan vinkelret på feltets retning. Da radierne af disse baner var proportionale med massen, endte lette ioner på cirkler med mindre radius end tunge. Hvis der blev placeret fælder langs atomernes vej, så kunne forskellige isotoper opsamles separat på denne måde.

Det var metoden. Under laboratorieforhold gav det gode resultater. Men at bygge et anlæg, hvor isotopadskillelse kunne udføres i industriel skala, viste sig ekstremt vanskeligt. Lawrence formåede dog til sidst at overvinde alle vanskeligheder. Resultatet af hans indsats var udseendet af calutron, som blev installeret i en kæmpe fabrik i Oak Ridge.

Dette elektromagnetiske anlæg blev bygget i 1943 og viste sig at være den måske dyreste idé fra Manhattan-projektet. Lawrences metode krævede et stort antal komplekse, endnu ikke udviklede enheder, der involverede højspænding, højt vakuum og stærke magnetfelter. Omfanget af omkostningerne viste sig at være enormt. Calutron havde en gigantisk elektromagnet, hvis længde nåede 75 m og vejede omkring 4000 tons.

Flere tusinde tons sølvtråd blev brugt til viklingerne til denne elektromagnet.

Hele arbejdet (uden at medregne omkostningerne på 300 millioner dollars i sølv, som statskassen kun stillede midlertidigt til rådighed) kostede 400 millioner dollars. Forsvarsministeriet betalte 10 millioner alene for den elektricitet, som calutron forbrugte. Meget af udstyret på Oak Ridge-fabrikken var overlegen i skala og præcision i forhold til noget, der nogensinde var blevet udviklet inden for dette teknologiområde.

Men alle disse omkostninger var ikke forgæves. Efter at have brugt i alt omkring 2 milliarder dollars skabte amerikanske videnskabsmænd i 1944 en unik teknologi til uranberigelse og plutoniumproduktion. I mellemtiden arbejdede de på Los Alamos-laboratoriet på designet af selve bomben. Princippet for dets virkemåde var generelt klart i lang tid: det fissile stof (plutonium eller uran-235) skulle overføres til en kritisk tilstand i eksplosionsøjeblikket (for at en kædereaktion skulle opstå, skulle ladningsmassen være endda mærkbart større end den kritiske) og bestrålet med en neutronstråle, hvilket medførte er begyndelsen på en kædereaktion.

Ifølge beregninger oversteg ladningens kritiske masse 50 kg, men de var i stand til at reducere den betydeligt. Generelt er værdien af ​​den kritiske masse stærkt påvirket af flere faktorer. Jo større ladningens overfladeareal er, jo flere neutroner udsendes ubrugeligt i det omgivende rum. En kugle har det mindste overfladeareal. Følgelig har sfæriske ladninger, alt andet lige, den mindste kritiske masse. Derudover afhænger værdien af ​​den kritiske masse af renheden og typen af ​​fissile materialer. Det er omvendt proportionalt med kvadratet af tætheden af ​​dette materiale, hvilket tillader, for eksempel, ved at fordoble tætheden, reducere den kritiske masse med fire gange. Den nødvendige grad af underkritik kan opnås, for eksempel ved at komprimere det fissile materiale på grund af eksplosionen af ​​en ladning af et konventionelt sprængstof fremstillet i form af en kugleformet skal, der omgiver atomladningen. Den kritiske masse kan også reduceres ved at omgive ladningen med en skærm, der reflekterer neutroner godt. Bly, beryllium, wolfram, naturligt uran, jern og mange andre kan bruges som en sådan skærm.

Et muligt design af en atombombe består af to stykker uran, som, når de kombineres, danner en masse større end kritisk. For at forårsage en bombeeksplosion skal du bringe dem tættere på hinanden så hurtigt som muligt. Den anden metode er baseret på brugen af ​​en indadkonvergerende eksplosion. I dette tilfælde blev en strøm af gasser fra et konventionelt sprængstof rettet mod det fissile materiale placeret indeni og komprimeret det, indtil det nåede en kritisk masse. Kombination af en ladning og intens bestråling af den med neutroner, som allerede nævnt, forårsager en kædereaktion, som et resultat af, at temperaturen i det første sekund stiger til 1 million grader. I løbet af denne tid lykkedes det kun omkring 5% af den kritiske masse at adskille. Resten af ​​ladningen i tidlige bombedesign fordampede uden
nogen fordel.

Den første atombombe i historien (den fik navnet Trinity) blev samlet i sommeren 1945. Og den 16. juni 1945 blev den første atomeksplosion på Jorden udført på atomprøvestedet i Alamogordo-ørkenen (New Mexico). Bomben blev placeret i midten af ​​teststedet oven på et 30 meter ståltårn. Optageudstyr var placeret rundt om det på stor afstand. Der var en observationspost 9 km væk, og en kommandopost 16 km væk. Atomeksplosionen gjorde et fantastisk indtryk på alle vidner til denne begivenhed. Ifølge øjenvidners beskrivelser føltes det, som om mange sole havde forenet sig til én og oplyste teststedet på én gang. Så dukkede en kæmpe ildkugle op over sletten, og en rund sky af støv og lys begyndte langsomt og ildevarslende at stige mod den.

Denne ildkugle lettede fra jorden og steg til en højde på mere end tre kilometer på få sekunder. For hvert øjeblik voksede den i størrelse, snart nåede dens diameter 1,5 km, og den steg langsomt ind i stratosfæren. Derefter gav ildkuglen plads til en søjle af bølgende røg, som strakte sig til en højde på 12 km og tog form som en kæmpe svamp. Alt dette var ledsaget af et frygteligt brøl, hvorfra jorden rystede. Kraften af ​​den eksploderende bombe oversteg alle forventninger.

Så snart strålingssituationen tillod det, skyndte flere Sherman-tanke, foret med blyplader på indersiden, sig til eksplosionsområdet. På en af ​​dem var Fermi, som var ivrig efter at se resultaterne af sit arbejde. Det, der dukkede op for hans øjne, var en død, brændt jord, hvorpå alt levende var blevet ødelagt inden for en radius af 1,5 km. Sandet var bagt til en glasagtig grønlig skorpe, der dækkede jorden. I et kæmpe krater lå de manglede rester af et stålstøttetårn. Eksplosionens styrke blev anslået til 20.000 tons TNT.

Næste skridt skulle være kampbrugen af ​​bomben mod Japan, som efter Nazitysklands overgivelse alene fortsatte krigen med USA og dets allierede. Der var ingen løfteraketter på det tidspunkt, så bombningen måtte udføres fra et fly. Komponenterne i de to bomber blev transporteret med stor omhu af krydseren Indianapolis til Tinian Island, hvor 509. Combined Air Force Group havde base. Disse bomber adskilte sig noget fra hinanden med hensyn til ladningstype og design.

Den første bombe, "Baby", var en stor luftbombe med en atomladning lavet af højt beriget uran-235. Dens længde var omkring 3 m, diameter - 62 cm, vægt - 4,1 tons.

Den anden bombe - "Fat Man" - med en ladning af plutonium-239 var ægformet med en stor stabilisator. Dens længde
var 3,2 m, diameter 1,5 m, vægt - 4,5 tons.

Den 6. august kastede oberst Tibbets' B-29 Enola Gay bombefly "Little Boy" på den store japanske by Hiroshima. Bomben blev sænket med faldskærm og eksploderede som planlagt i en højde af 600 m fra jorden.

Konsekvenserne af eksplosionen var forfærdelige. Selv for piloterne selv gjorde synet af en fredelig by ødelagt af dem på et øjeblik et deprimerende indtryk. Senere indrømmede en af ​​dem, at de i det sekund så det værste, en person kan se.

For dem, der var på jorden, lignede det, der skete, et sandt helvede. Først og fremmest gik en hedebølge over Hiroshima. Dens virkning varede kun få øjeblikke, men var så kraftig, at den smeltede selv fliser og kvartskrystaller i granitplader, forvandlede telefonpæle i en afstand af 4 km til kul og til sidst forbrændte menneskekroppe så meget, at der kun var skygger tilbage fra dem. på asfalten af ​​fortovene eller på væggene i huse. Så brød et monstrøst vindstød ud under ildkuglen og styrtede ind over byen med en hastighed på 800 km/t og ødelagde alt på dens vej. Huse, der ikke kunne modstå hans rasende angreb, kollapsede, som om de blev væltet. Der er ikke en eneste intakt bygning tilbage i kæmpecirklen med en diameter på 4 km. Få minutter efter eksplosionen faldt sort radioaktiv regn over byen – denne fugt blev til damp kondenseret i atmosfærens høje lag og faldt til jorden i form af store dråber blandet med radioaktivt støv.

Efter regnen ramte et nyt vindstød byen, som denne gang blæste i retning af epicentret. Den var svagere end den første, men stadig stærk nok til at rive træer op med rode. Vinden blæste til en gigantisk ild, hvor alt, hvad der kunne brænde, brændte. Af de 76 tusinde bygninger blev 55 tusind fuldstændig ødelagt og brændt. Vidner til denne forfærdelige katastrofe mindede om menneskelige fakler, hvorfra brændt tøj faldt til jorden sammen med klude af skind, og skarer af gale mennesker dækket af frygtelige forbrændinger, som skyndte sig skrigende gennem gaderne. Der var en kvælende stank af brændt menneskekød i luften. Der lå mennesker overalt, døde og døende. Der var mange, der var blinde og døve, og som prikkede i alle retninger, ikke kunne se noget i det kaos, der herskede omkring dem.

De uheldige mennesker, som befandt sig i en afstand på op til 800 m fra epicentret, brændte bogstaveligt talt ud på et splitsekund - deres indre fordampede, og deres kroppe blev til klumper af rygende kul. Dem, der ligger 1 km fra epicentret, var ramt af strålingssyge i en ekstremt alvorlig form. I løbet af få timer begyndte de at kaste voldsomt op, deres temperatur sprang til 39-40 grader, og de begyndte at opleve åndenød og blødninger. Så dukkede ikke-helende sår op på huden, blodets sammensætning ændrede sig dramatisk, og hår faldt ud. Efter frygtelige lidelser, normalt på anden eller tredje dag, indtraf døden.

I alt døde omkring 240 tusinde mennesker af eksplosionen og strålingssygdommen. Omkring 160 tusind modtog strålingssyge i en mildere form - deres smertefulde død blev forsinket med flere måneder eller år. Da nyheden om katastrofen spredte sig over hele landet, var hele Japan lammet af frygt. Det steg yderligere, efter at Major Sweeney's Box Car kastede en anden bombe over Nagasaki den 9. august. Flere hundrede tusinde indbyggere blev også dræbt og såret her. Ude af stand til at modstå de nye våben, kapitulerede den japanske regering – atombomben afsluttede Anden Verdenskrig.

Krigen er forbi. Det varede kun seks år, men formåede at ændre verden og mennesker næsten til ukendelighed.

Den menneskelige civilisation før 1939 og den menneskelige civilisation efter 1945 er påfaldende forskellige fra hinanden. Der er mange grunde til dette, men en af ​​de vigtigste er fremkomsten af ​​atomvåben. Man kan uden overdrivelse sige, at skyggen af ​​Hiroshima ligger over hele anden halvdel af det 20. århundrede. Det blev en dyb moralsk brænding for mange millioner mennesker, både samtidige med denne katastrofe og dem, der blev født årtier efter den. Det moderne menneske kan ikke længere tænke på verden, som de tænkte om den før 6. august 1945 – han forstår alt for tydeligt, at denne verden kan blive til ingenting på få øjeblikke.

Det moderne menneske kan ikke se på krig, som hans bedstefædre og oldefædre gjorde – han ved med sikkerhed, at denne krig bliver den sidste, og der vil hverken være vindere eller tabere i den. Atomvåben har sat deres præg på alle områder af det offentlige liv, og den moderne civilisation kan ikke leve efter de samme love som for tres eller firs år siden. Ingen forstod dette bedre end skaberne af atombomben selv.

"Folk på vores planet , skrev Robert Oppenheimer, skal forene sig. Rædselen og ødelæggelsen sået af den sidste krig dikterer denne tanke til os. Eksplosionerne af atombomber beviste det med al grusomhed. Andre mennesker på andre tidspunkter har allerede sagt lignende ord - kun om andre våben og om andre krige. De havde ikke succes. Men enhver, der i dag vil sige, at disse ord er ubrugelige, vildledes af historiens omskiftelser. Det kan vi ikke blive overbevist om. Resultaterne af vores arbejde efterlader menneskeheden intet andet valg end at skabe en forenet verden. En verden baseret på lovlighed og menneskelighed."