Після закінчення Другої Світової війни країни антигітлерівської коаліції стрімкими темпами намагалися випередити одна одну 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, гамма 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 армії, оскільки 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:
- Малий, потужність атомних бомб даного калібру еквівалентна кількох тисяч 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 атомному вибуху діє 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 ядерного удару останньому союзнику 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 царської Росії, за радянських часів їй 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.
Про історію ядерного протистояння наддержав та конструкції перших ядерних бомб написано сотні книг. А ось про сучасну ядерну зброю ходить багато міфів. «Популярна механіка» вирішила внести ясність у це питання і розповісти, як працює найруйнівніша зброя, придумана людиною.
Вибуховий характер
Ядро урану містить 92 протони. Природний уран являє собою переважно суміш двох ізотопів: U238 (в ядрі якого 146 нейтронів) і U235 (143 нейтрони), причому останнього в природному урані лише 0,7%. Хімічні властивості ізотопів абсолютно ідентичні, тому й розділити їх хімічними методами неможливо, але різниця в масах (235 і 238 одиниць) дозволяє зробити це фізичними методами: суміш уранів переводять у газ (гексафторид урану), а потім прокачують незліченними пористими перегородками. Хоча ізотопи урану не відрізняються ні на вигляд, ні хімічно, їх поділяє прірва у властивостях ядерних характерів.
Процес поділу U238 - платний: нейтрон, що прилітає ззовні, повинен принести з собою енергію - 1 МеВ або більше. А U235 безкорисливий: для збудження і подальшого розпаду від нейтрона, що прийшов, нічого не потрібно, цілком достатньо його енергії зв'язку в ядрі.
При влученні нейтронів ядро урану-235 легко ділиться, утворюючи нові нейтрони. За певних умов починається ланцюгова реакція.
При попаданні нейтрону в здатне до поділу ядро утворюється нестійкий компаунд, але дуже швидко (через 10-23-10-22 с) таке ядро розвалюється на два уламки, не рівних по масі і миттєво (протягом 10-16-10- 14 с) що випускають по два-три нових нейтрони, так що з часом може розмножуватися і кількість ядер, що діляться (така реакція називається ланцюговою). Можливе таке тільки в U235, тому що жадібний U238 не бажає ділитися від своїх власних нейтронів, енергія яких на порядок менша за 1 МеВ. Кінетична енергія частинок - продуктів розподілу на багато порядків перевищує енергію, що виділяється за будь-якого акту хімічної реакції, в якій склад ядер не змінюється.
Металевий плутоній існує у шести фазах, густини яких від 14,7 до 19,8 кг/см 3 . При температурі нижче 119 градусів Цельсія існує моноклінна альфа-фаза (19,8 кг/см 3 ), але такий плутоній дуже крихкий, а в кубічній гранецентрованій дельта-фазі (15,9) він пластичний і добре обробляється (саме цю фазу і намагаються зберегти за допомогою легуючих добавок). При детонаційному обтисканні ніяких фазових переходів не може бути — плутоній перебуває у стані квазижидкости. Фазові переходи є небезпечними при виробництві: при великих розмірах деталей навіть при незначній зміні щільності можливе досягнення критичного стану. Звичайно, станеться це без вибуху - заготівля просто розжариться, але може статися скидання нікелювання (а плутоній дуже токсичний).
Критична збірка
Продукти розподілу нестабільні і ще довго «приходять до тями», випускаючи різні випромінювання (у тому числі нейтрони). Нейтрони, які випускаються через значний час (до десятків секунд) після поділу, називають запізнюючими, і хоча частка їх порівняно з миттєвими мала (менше 1%), роль, яку вони відіграють у роботі ядерних установок, є найважливішою.
Вибухові лінзи створювали хвилю, що сходить. Надійність забезпечувалася парою детонаторів у кожному блоці.
Продукти поділу при численних зіткненнях з навколишніми атомами віддають їм свою енергію, підвищуючи температуру. Після того як у збірці з речовиною, що ділиться, з'явилися нейтрони, потужність тепловиділення може зростати або зменшуватися, а параметри складання, в якій кількість поділів в одиницю часу постійно, називають критичними. Критичність зборки може підтримуватися і при великій, і при малій кількості нейтронів (при відповідно більшій або меншій потужності тепловиділення). Теплову потужність збільшують, або підкачуючи в критичне складання додаткові нейтрони ззовні, або роблячи складання надкритичної (тоді додаткові нейтрони постачають дедалі більше численні покоління ядер, що діляться). Наприклад, якщо треба підвищити теплову потужність реактора, його виводять на такий режим, коли кожне покоління миттєвих нейтронів трохи менше, ніж попереднє, але завдяки нейтронам, що запізнюються, реактор ледве помітно переходить критичний стан. Тоді він не йде в розгін, а набирає потужність повільно - так, що приріст її можна в потрібний момент зупинити, ввівши поглиначі нейтронів (стрижні, що містять кадмій або бор).
Плутонієва збірка (кульовий шар у центрі) була оточена корпусом з урану-238, а потім шаром алюмінію.
Утворені при розподілі нейтрони часто пролітають повз навколишні ядер, не викликаючи повторного поділу. Чим ближче до поверхні матеріалу народжений нейтрон, тим більше у нього шансів вилетіти з матеріалу, що ділиться, і ніколи не повернутися назад. Тому формою складання, що зберігає найбільшу кількість нейтронів, є куля: для цієї маси речовини він має мінімальну поверхню. Нічим не оточена (відокремлена) куля з 94% U235 без порожнин усередині стає критичною при масі в 49 кг і радіусі 85 мм. Якщо ж збірка з такого ж урану є циліндром з довжиною, що дорівнює діаметру, вона стає критичною при масі в 52 кг. Поверхня зменшується і при зростанні густини. Тому вибуховий стиск, не змінюючи кількості матеріалу, що ділиться, може приводити складання в критичний стан. Саме цей процес лежить в основі поширеної конструкції ядерного заряду.
У перших ядерних зарядах як джерело нейтронів використовувалися полоній та берилій (у центрі).
Кульове складання
Але найчастіше у ядерній зброї застосовують не уран, а плутоній-239. Його одержують у реакторах, опромінюючи уран-238 потужними нейтронними потоками. Плутоній коштує приблизно в шість разів дорожче за U235, зате при розподілі ядро Pu239 випускає в середньому 2,895 нейтрона — більше, ніж U235 (2,452). До того ж ймовірність поділу плутонію вища. Все це призводить до того, що відокремлена куля Pu239 стає критичною при майже втричі меншій масі, ніж куля з урану, а головне - при меншому радіусі, що дозволяє зменшити габарити критичного складання.
Шар алюмінію використовувався для того, щоб зменшити хвилю розрідження після детонації вибухівки.
Складання виконується з двох ретельно підігнаних половинок у формі шарового шару (порожнистої всередині); вона свідомо підкритична - навіть для теплових нейтронів і навіть після оточення її сповільнювачем. Навколо збирання з дуже точно пригнаних блоків вибухівки монтують заряд. Щоб зберегти нейтрони, треба і при вибуху зберегти шляхетну форму кулі - для цього шар вибухової речовини необхідно підірвати одночасно по всій зовнішній поверхні, обтиснувши збірку рівномірно. Широко поширена думка, що для цього потрібно багато електродетонаторів. Але так було тільки на зорі «бомбобудування»: для спрацьовування багатьох десятків детонаторів потрібно багато енергії та чималі розміри системи ініціювання. У сучасних зарядах застосовується декілька відібраних за спеціальною методикою, близьких за характеристиками детонаторів, від яких спрацьовує високостабільна (за швидкістю детонації) вибухівка у відфрезерованих у шарі полікарбонату канавках (форма яких на сферичній поверхні розраховується із застосуванням методів геометрії Рімана). Детонація зі швидкістю приблизно 8 км/с пробіжить по канавках абсолютно рівні відстані, в той самий момент часу досягне отворів і підірве основний заряд — одночасно у всіх точках.
На малюнках показані перші миті життя вогняної кулі ядерного заряду — радіаційна дифузія (а), розширення гарячої плазми та утворення «пухирів» (б) та зростання потужності випромінювання у видимому діапазоні при відриві ударної хвилі (в).
Вибух усередину
Спрямований усередину вибух здавлює складання тиском понад мільйон атмосфер. Поверхня складання зменшується, у плутонії майже зникає внутрішня порожнина, щільність збільшується, причому дуже швидко — за десяток мікросекунд стислива збірка проскакує критичний стан на теплових нейтронах і стає суттєво надкритичною на швидких нейтронах.
Через період, що визначається мізерним часом незначного уповільнення швидких нейтронів, кожен з нового, більш численного їх покоління додає виробленим ним розподілом енергію в 202 МеВ і без того розпирається жахливим тиском речовина складання. У масштабах явищ, що відбуваються, міцність навіть найкращих легованих сталей настільки мізерна, що нікому і в голову не приходить враховувати її при розрахунках динаміки вибуху. Єдине, що не дає розлетітися збірці, інерція: щоб розширити плутонієву кулю за десяток наносекунд всього на 1 см, потрібно надати речовині прискорення, що в десятки трильйонів разів перевищує прискорення вільного падіння, а це непросто.
Зрештою речовина все ж таки розлітається, припиняється розподіл, але процес на цьому не завершується: енергія перерозподіляється між іонізованими осколками ядер, що розділилися, та іншими випущеними при розподілі частинками. Їхня енергія — близько десятків і навіть сотень МеВ, але тільки електрично нейтральні гамма-кванти великих енергій та нейтрони мають шанси уникнути взаємодії з речовиною та «вислизнути». Заряджені ж частки швидко втрачають енергію в актах зіткнень та іонізацій. При цьому випромінюється — правда, вже не жорстке ядерне, а більш м'яке, з енергією на три порядки меншою, але все ж таки більш ніж достатньою, щоб вибити в атомів електрони — не лише із зовнішніх оболонок, а й взагалі все. Мішанина з голих ядер, обдертих з них електронів і випромінювання з щільністю в грами на кубічний сантиметр (спробуйте уявити, як добре можна засмагнути під світлом, що придбало щільність алюмінію!) — все те, що миттю назад було зарядом, — приходить до певної міри рівноваги . У дуже молодому вогненному кулі встановлюється температура близько десятків мільйонів градусів.
Вогненна куля
Здавалося б, навіть і м'яке, але випромінювання, що рухається зі швидкістю світла, повинно залишити далеко позаду речовина, яка його породила, але це не так: у холодному повітрі пробіг квантів кевних енергій становить сантиметри, і рухаються вони не по прямій, а змінюючи напрямок руху, перевипромінюючись при кожній взаємодії. Кванти іонізують повітря, поширюються в ньому, подібно до вишневого соку, вилитого в склянку з водою. Це явище називають радіаційною дифузією.
Молода вогненна куля вибуху потужністю 100 кт через кілька десятків наносекунд після завершення спалаху поділів має радіус 3 м і температуру майже 8 млн кельвінів. Але вже через 30 мікросекунд його радіус становить 18 м, щоправда, температура спускається нижче за мільйон градусів. Куля пожирає простір, а іонізоване повітря за його фронтом майже не рухається: передати йому значний імпульс при дифузії випромінювання не може. Але воно накачує в це повітря величезну енергію, нагріваючи його, і коли енергія випромінювання вичерпується, куля починає зростати за рахунок розширення гарячої плазми, що розпирається зсередини тим, що раніше було зарядом. Розширюючись, подібно до міхура, що надувається, плазмова оболонка стоншується. На відміну від міхура, її, звичайно, ніщо не надує: з внутрішньої сторони майже не залишається речовини, все вона летить від центру за інерцією, але через 30 мікросекунд після вибуху швидкість цього польоту — понад 100 км/с, а гідродинамічний тиск у речовині - Більше 150 000 атм! Стати надто тонкою оболонці не судилося, вона лопається, утворюючи «пухирі».
У вакуумній нейтронній трубці між насиченою тритієм мішенню (катодом) 1 і анодним вузлом 2 прикладається імпульсна напруга сотню кіловольт. Коли напруга максимальна, необхідно, щоб між анодом і катодом виявилися іони дейтерію, які потрібно прискорити. Для цього є іонне джерело. На його анод 3 подається запалюючий імпульс, і розряд, проходячи поверхнею насиченої дейтерієм кераміки 4, утворює іони дейтерію. Прискорившись, вони бомбардують мету, насичену тритієм, у результаті виділяється енергія 17,6 МеВ і утворюються нейтрони і ядра гелію-4. За складом частинок і навіть енергетичним виходом ця реакція ідентична синтезу — процесу злиття легких ядер. У 1950-х багато хто так і вважав, але пізніше з'ясувалося, що в трубці відбувається «зрив»: або протон, або нейтрон (з яких складається іон дейтерію, розігнаний електричним полем) «ув'язує» в ядрі мішені (тритію). Якщо ув'язує протон, то нейтрон відривається і стає вільним.
Який із механізмів передачі енергії вогняної кулі навколишньому середовищу переважає, залежить від потужності вибуху: якщо вона велика – основну роль відіграє радіаційна дифузія, якщо мала – розширення плазмового міхура. Зрозуміло, що можливий і проміжний випадок, коли обидва ефективні механізми.
Процес захоплює нові шари повітря, енергії на те, щоб обдерти всі електрони з атомів, вже не вистачає. Вичерпується енергія іонізованого шару та уривків плазмового міхура, вони вже не в змозі рухати перед собою величезну масу і помітно уповільнюються. Але те, що до вибуху було повітрям, рухається, відірвавшись від кулі, вбираючи все нові шари повітря холодного… Починається утворення ударної хвилі.
Ударна хвиля та атомний гриб
При відриві ударної хвилі від вогняної кулі змінюються характеристики випромінюючого шару і різко зростає потужність випромінювання оптичної частини спектру (так званий перший максимум). Далі конкурують процеси висвічування та зміни прозорості навколишнього повітря, що призводить до реалізації і другого максимуму, менш потужного, але значно тривалішого — настільки, що вихід світлової енергії більший, ніж у першому максимумі.
Поблизу вибуху все оточуюче випаровується, подалі — плавиться, але й ще далі, де тепловий потік уже недостатній для плавлення твердих тіл, ґрунт, скелі, будинки течуть, як рідина, під жахливим напором газу, розпеченого до нестерпного для очей, що руйнує всі міцності. сяйва.
Нарешті, ударна хвиля йде далеко від точки вибуху, де залишається пухка і ослабла, але широка хмара з конденсованих пар, що звернулися в найдрібніший і дуже радіоактивний пил того, що побувало плазмою заряду, і того, що в свою страшну годину виявилося близько до місця, від якого слід було б триматися якнайдалі. Хмара починає підніматися нагору. Воно остигає, змінюючи свій колір, «одягає» білу шапку вологи, що сконденсувалася, за ним тягнеться пил з поверхні землі, утворюючи «ніжку» того, що прийнято називати «атомним грибом».
Нейтронне ініціювання
Уважні читачі можуть з олівцем у руках прикинути енерговиділення під час вибуху. При часі знаходження складання в надкритичному стані системи мікросекунд, віці нейтронів системи пікосекунд і коефіцієнті розмноження менше 2 виділяється близько гігаджоуля енергії, що еквівалентно… 250 кг тротилу. А де ж кіло- та мегатонни?
Нейтрони – повільні та швидкі
У речовині, що не розділяється, «відскакуючи» від ядер, нейтрони передають їм частину своєї енергії, тим більшу, чим легше (ближче їм по масі) ядра. Чим більше сутичок взяли участь нейтрони, тим більше вони сповільнюються, і, нарешті, приходять в теплову рівновагу з навколишнім речовиною - термалізуються (це займає мілісекунди). Швидкість теплових нейтронів – 2200 м/с (енергія 0,025 еВ). Нейтрони можуть вислизнути з уповільнювача, захоплюються його ядрами, але з уповільненням їх здатність вступати в ядерні реакції суттєво зростає, тому нейтрони, які «не загубилися», з лишком компенсують зменшення чисельності.
Так, якщо кулю речовини, що ділиться оточити сповільнювачем, багато нейтронів покинуть сповільнювач або будуть поглинені в ньому, але будуть і такі, які повернуться в кулю («відб'ються») і, втративши свою енергію, з набагато більшою ймовірністю викличуть акти поділу. Якщо кулю оточити шаром берилію товщиною 25 мм, то можна заощадити 20 кг U235 і все одно досягти критичного стану складання. Але за таку економію платять часом: кожне наступне покоління нейтронів, перш ніж викликати поділ, має спочатку сповільнитись. Ця затримка зменшує кількість поколінь нейтронів, що народжуються в одиницю часу, а отже, енерговиділення затягується. Чим менше речовини, що ділиться в зборці, тим більше потрібно сповільнювача для розвитку ланцюгової реакції, а розподіл йде на все більш низькоенергетичних нейтронах. У граничному випадку, коли критичність досягається лише на теплових нейтронах, наприклад — у розчині солей урану в хорошому сповільнювачі — воді, маса збірок — сотні грамів, але розчин просто періодично закипає. Виділені бульбашки пари зменшують середню щільність речовини, що ділиться, ланцюгова реакція припиняється, а, коли бульбашки залишають рідину — спалах поділів повторюється (якщо закупорити посудину, пара розірве його — але це буде тепловий вибух, позбавлений всіх типових «ядерних» ознак).
Справа в тому, що ланцюг поділів у складанні починається не з одного нейтрону: у потрібну мікросекунду їх впорскують у надкритичне складання мільйонами. У перших ядерних зарядах для цього використовувалися ізотопні джерела, розташовані в порожнині всередині плутонієвої збірки: полоній-210 в момент стиску з'єднувався з бериллієм і своїми альфа-частинками викликав нейтронну емісію. Але всі ізотопні джерела слабкі (у першому американському виробі генерувалося менше мільйона нейтронів за мікросекунду), а полоній дуже швидко псується - всього за 138 діб знижує свою активність вдвічі. Тому на зміну ізотопам прийшли менш небезпечні (що не випромінюють у невключеному стані), а головне — нейтронні трубки, що випромінюють більш інтенсивно (див. врізання): за кілька мікросекунд (стільки триває формований трубкою імпульс) народжуються сотні мільйонів нейтронів. А от якщо вона не спрацює або спрацює не вчасно, станеться так звана бавовна, або пшик — малопотужний тепловий вибух.
Нейтронне ініціювання не тільки збільшує на багато порядків енерговиділення ядерного вибуху, а й дає можливість його регулювати! Зрозуміло, що, отримавши бойове завдання, при постановці якої обов'язково вказується потужність ядерного удару, ніхто не розбирає заряд, щоб оснастити його плутонієвим складанням, оптимальним для заданої потужності. У боєприпасі з тротиловим еквівалентом, що перемикається, досить просто змінити напругу живлення нейтронної трубки. Відповідно, зміниться вихід нейтронів і виділення енергії (зрозуміло, при зниженні потужності таким способом зникає багато дорогого плутонію).
Але про необхідність регулювання енерговиділення стали замислюватися набагато пізніше, а в перші повоєнні роки розмов про зниження потужності і не могло бути. Потужніше, потужніше та ще раз потужніше! Але виявилося, що існують ядерно-фізичні та гідродинамічні обмеження допустимих розмірів докритичної сфери. Тротиловий еквівалент вибуху в сотню кілотонн близький до фізичної межі для однофазних боєприпасів, у яких відбувається лише поділ. У результаті розподілу як основного джерела енергії відмовилися, ставку зробили на реакції іншого класу — синтезу.
Ядерний реактор працює злагоджено та чітко. Інакше, як відомо, буде біда. Але що там твориться всередині? Спробуємо сформулювати принцип роботи ядерного (атомного) реактора коротко, чітко із зупинками.
По суті, там відбувається той самий процес, що і при ядерному вибуху. Тільки вибух відбувається дуже швидко, а в реакторі все це розтягується на тривалий час. У результаті все залишається цілим і неушкодженим, а ми отримуємо енергію. Не стільки, щоб усе довкола одразу рознесло, але цілком достатню для того, щоб забезпечити електрикою місто.
Перш ніж зрозуміти, як іде керована ядерна реакція, потрібно дізнатися, що таке ядерна реакція взагалі.
Ядерна реакція - Це процес перетворення (розподілу) атомних ядер при взаємодії їх з елементарними частинками та гамма-квантами.
Ядерні реакції можуть проходити як із поглинанням, так і з виділенням енергії. У реакторі використовуються другі реакції.
Ядерний реактор - Це пристрій, призначенням якого є підтримка контрольованої ядерної реакції з виділенням енергії.
Часто ядерний реактор називають ще атомним. Зазначимо, що принципової різниці тут немає, але з погляду науки правильніше використовувати слово "ядерний". Нині існує безліч типів ядерних реакторів. Це величезні промислові реактори, призначені для вироблення енергії на електростанціях, атомні реактори підводних човнів, малі експериментальні реактори, які у наукових дослідах. Існують навіть реактори, які застосовуються для опріснення морської води.
Історія створення атомного реактора
Перший ядерний реактор був запущений у не такому вже далекому 1942 році. Сталося це у США під керівництвом Фермі. Цей реактор назвали "Чиказькою бронею".
1946 року запрацював перший радянський реактор, запущений під керівництвом Курчатова. Корпус цього реактора був куля семи метрів у діаметрі. Перші реактори не мали системи охолодження, і їхня потужність була мінімальною. До речі, радянський реактор мав середню потужність 20 Ватт, а американський – лише 1 Ватт. Для порівняння: середня потужність сучасних енергетичних реакторів складає 5 Гігават. Менш ніж через десять років після запуску першого реактора було відкрито першу у світі промислову атомну електростанцію у місті Обнінську.
Принцип роботи ядерного (атомного) реактора
Будь-який ядерний реактор має кілька частин: активна зона з паливом і сповільнювачем , відбивач нейтронів , теплоносій , система управління та захисту . Як паливо в реакторах найчастіше використовуються ізотопи. урану (235, 238, 233), плутонію (239) та торія (232). Активна зона є котел, через який протікає звичайна вода (теплоносій). Серед інших теплоносіїв рідше використовується «важка вода» та рідкий графіт. Якщо говорити про роботу АЕС, то ядерний реактор використовується для одержання тепла. Сама електрика виробляється тим самим методом, що й інших типах електростанцій - пар обертає турбіну, а енергія руху перетворюється на електричну енергію.
Наведемо нижче схему роботи ядерного реактора.
Як ми вже говорили, при розпаді важкого ядра урану утворюються легші елементи та кілька нейтронів. Утворені нейтрони стикаються з іншими ядрами, також викликаючи їх поділ. При цьому кількість нейтронів зростає лавиноподібно.
Тут слід згадати коефіцієнт розмноження нейтронів . Так, якщо цей коефіцієнт перевищує значення, що дорівнює одиниці, відбувається ядерний вибух. Якщо значення менше одиниці, нейтронів замало і реакція згасає. А ось якщо підтримувати значення коефіцієнта дорівнює одиниці, реакція протікатиме довго і стабільно.
Питання, як це зробити? У реакторі паливо знаходиться в так званих тепловиділяючі елементи (ТВЕЛах). Це стрижні, у яких у вигляді невеликих таблеток знаходиться ядерне паливо . ТВЕЛи з'єднані в касети шестигранної форми, яких у реакторі можуть бути сотні. Касети з ТВЕЛ розташовуються вертикально, при цьому кожен ТВЕЛ має систему, що дозволяє регулювати глибину його занурення в активну зону. Крім самих касет серед них розташовуються керуючі стрижні і стрижні аварійного захисту . Стрижні виготовлені з матеріалу, що добре поглинає нейтрони. Так, стрижні, що управляють, можуть бути опущені на різну глибину в активній зоні, тим самим регулюючи коефіцієнт розмноження нейтронів. Аварійні стрижні мають заглушити реактор у разі надзвичайної ситуації.
Як запускають ядерний реактор?
З самим принципом роботи ми розібралися, але як запустити та змусити реактор функціонувати? Грубо кажучи, ось він - шматок урану, але ланцюгова реакція не починається в ньому сама по собі. Справа в тому, що в ядерній фізиці існує поняття критичної маси .
Критична маса - це необхідна для початку ланцюгової ядерної реакції маса речовини, що ділиться.
За допомогою ТВЕЛів та керуючих стрижнів у ректорі спочатку створюється критична маса ядерного палива, а потім реактор у кілька етапів виводиться на оптимальний рівень потужності.
У цій статті ми постаралися дати Вам загальне уявлення про будову та принцип роботи ядерного (атомного) реактора. Якщо у Вас залишилися питання на тему або в університеті поставили завдання з ядерної фізики – звертайтесь до спеціалістам нашої компанії. Ми, як завжди, готові допомогти Вам вирішити будь-яке питання по навчанню. А поки ми цим займаємося, до Вашої уваги чергове освітнє відео!
А ось цього ми часто і не знаємо. І чому ядерна бомба вибухає, теж…
Почнемо здалеку. Кожен атом має ядро, а ядро складається з протонів і нейтронів – це знають, мабуть, всі. Так само всі бачили таблицю Менделєєва. Але чому хімічні елементи у ній розміщені саме так, а чи не інакше? Напевно, не тому, що Менделєєву так захотілося. Порядковий номер кожного елемента таблиці вказує на те, скільки протонів знаходиться в ядрі атома цього елемента. Іншими словами, залізо стоїть 26-м номером у таблиці, тому що в атомі заліза 26 протонів. А якщо їх не 26, то це вже не залізо.
Але от нейтронів в ядрах одного і того ж елемента може бути різна кількість, а значить, і маса ядер буває різна. Атоми того самого елемента з різною масою називаються ізотопами. У урану таких ізотопів кілька: найпоширеніший у природі – уран-238 (у його ядрі 92 протона і 146 нейтронів, разом виходить 238). Він радіоактивний, але ядерну бомбу з нього не виготовиш. А ось ізотоп уран-235, невелика кількість якого є в уранових рудах, для ядерного заряду годиться.
Можливо, читач стикався з виразами «збагачений уран» та «збіднений уран». У збагаченому урані більше урану-235, ніж у природному; в збідненому, відповідно – менше. Зі збагаченого урану можна отримати плутоній – інший елемент, придатний для ядерної бомби (у природі він майже не зустрічається). Як збагачують уран і як із нього одержують плутоній – тема окремої розмови.
Тож чому ядерна бомба вибухає? Справа в тому, що деякі важкі ядра мають властивість розпадатися, якщо в них потрапить нейтрон. А вже вільного нейтрона довго чекати не доведеться – їх довкола дуже багато літає. Отже, потрапляє такий нейтрон у ядро урану-235 і цим розбиває його на «уламки». У цьому вивільняється ще кілька нейтронів. Чи здогадуєтеся, що станеться, якщо навколо будуть ядра того самого елемента? Правильно відбудеться ланцюгова реакція. Ось так це відбувається.
У ядерному реакторі, де уран-235 «розчинений» у стабільнішому урані-238, вибуху за нормальних умов немає. Більшість нейтронів, які вилітають з ядер, що розпадаються, відлітає «в молоко», не знаходячи ядер урану-235. У реакторі розпад ядер йде «мляво» (але цього вистачає, щоб реактор давав енергію). Ось у цілісному шматку урану-235, якщо він буде достатньої маси, нейтрони гарантовано розбиватимуть ядра, ланцюгова реакція піде лавиною, і… Стоп! Адже якщо виготовити шматок урану-235 або плутонію потрібної для вибуху маси, він одразу й вибухне. Це не діло.
А якщо взяти два шматки докритичної маси і зіштовхнути їх один з одним за допомогою механізму на дистанційному управлінні? Наприклад, помістити обидва в трубку і одного прикріпити пороховий заряд, щоб у потрібний момент вистрілити одним шматком, як снарядом, в інший. Ось і вирішення проблеми.
Можна зробити інакше: взяти кулястий шматок плутонію і по всій його поверхні закріпити вибухові заряди. Коли ці заряди по команді ззовні здетонують, їх вибух стисне плутоній з усіх боків, стисне його до критичної щільності, і станеться ланцюгова реакція. Однак тут важливими є точність і надійність: всі вибухові заряди повинні спрацювати одночасно. Якщо частина з них спрацює, а частина – ні, або частина спрацює із запізненням, жодного ядерного вибуху не вийде: плутоній не стиснеться до критичної маси, а розсіється у повітрі. Замість ядерної бомби вийде так звана "брудна".
Такий вигляд має ядерна бомба імплозійного типу. Заряди, які мають створити спрямований вибух, виконані у формі багатогранників, щоб якомога щільніше охопити поверхню плутонієвої сфери.
Пристрій першого типу назвали гарматним, другого типу імплозійним.
Бомба «Малюк», скинута на Хіросіму, мала заряд із урану-235 та влаштування гарматного типу. Бомба «Товстун», висаджена над Нагасакі, несла плутонієвий заряд, а вибуховий пристрій був імплозійним. Наразі пристрої гарматного типу майже не використовуються; імплозійні складніші, але в той же час дозволяють регулювати масу ядерного заряду і витрачати його раціональніше. Та й плутоній, як ядерна вибухівка, витіснив уран-235.
Пройшло зовсім небагато років, і фізики запропонували військовим ще потужнішу бомбу – термоядерну, або, як її ще називають, водневу. Виходить, водень вибухає сильніше за плутонію?
Водень справді вибухонебезпечний, але не настільки. Втім, «звичайного» водню у водневій бомбі немає, у ній використовуються його ізотопи – дейтерій та тритій. У ядра «звичайного» водню один нейтрон, у дейтерію – два, у тритію – три.
У ядерній бомбі ядра важкого елемента поділяються на ядра легших. У термоядерній йде зворотний процес: легкі ядра зливаються один з одним у більш важкі. Ядра дейтерію і тритію, наприклад, поєднуються в ядра гелію (інакше звані альфа-частинками), а «зайвий» нейтрон вирушає в «вільний політ». При цьому виділяється значно більше енергії, ніж під час розпаду ядер плутонію. До речі, саме цей процес іде на Сонце.
Однак реакція злиття можлива лише за надвисоких температур (чому вона і називається ТЕРМОядерною). Як змусити дейтерій та тритій вступити в реакцію? Та дуже просто: потрібно використовувати як детонатор ядерну бомбу!
Оскільки дейтерій і тритій самі по собі стабільні, їхній заряд у термоядерній бомбі може бути величезним. А значить, термоядерну бомбу можна зробити незрівнянно потужнішою за «просту» ядерну. «Малюк», скинутий на Хіросіму, мав тротиловий еквівалент у межах 18 кілотонн, а найпотужніша воднева бомба (так звана «Цар-бомба», вона ж «Кузькина мати») – вже 58,6 мегатонн, більш ніж у 3255 разів. «Малюка»!
Хмара-«гриб» від «Цар-бомби» піднялася на висоту 67 кілометрів, а вибухова хвиля тричі обійшла земну кулю.
Однак така гігантська потужність явно надмірна. «Награвшись» з мегатонними бомбами, військові інженери та фізики пішли іншим шляхом – шляхи мініатюризації ядерної зброї. У звичайному вигляді ядерні боєприпаси можна скидати зі стратегічних бомбардувальників, як авіабомби, або запускати з балістичними ракетами; якщо ж їх зменшити, вийде компактний ядерний заряд, який не руйнує все на кілометри навколо, і який можна поставити на артилерійський снаряд чи ракету «повітря-земля». Підвищиться мобільність, розшириться спектр завдань, що вирішуються. На додачу до стратегічної ядерної зброї ми отримаємо тактичну.
Для тактичної ядерної зброї розроблялися різні засоби доставки – ядерні гармати, міномети, безвідкатні знаряддя (наприклад, американський «Деві Крокетт»). У навіть був проект ядерної кулі. Правда, від нього довелося відмовитися – ядерні кулі були такі ненадійні, такі складні й дороги у виготовленні та зберіганні, що в них не було жодного сенсу.
"Деві Крокетт". Деяка кількість цих ядерних знарядь полягала на озброєнні ЗС США, а західнонімецький міністр оборони безуспішно домагався того, щоб ними озброїли Бундесвер.
Говорячи про малі ядерні боєприпаси, варто згадати й інший різновид ядерної зброї – нейтронну бомбу. Заряд плутонію в ній невеликий, але це не потрібно. Якщо термоядерна бомба йде шляхом нарощування сили вибуху, то нейтронна робить ставку на інший фактор - радіацію. Для посилення радіації в нейтронній бомбі є запас ізотопу берилію, який при вибуху дає безліч швидких нейтронів.
За задумом її творців, нейтронна бомба повинна вбивати живу силу супротивника, але залишати в цілості техніку, яку потім можна захопити при наступі. Насправді вийшло дещо інакше: опромінена техніка стає непридатною до використання – кожен, хто ризикне її пілотувати, дуже скоро «заробить» собі променеву хворобу. Це не скасовує того факту, що вибух нейтронної бомби здатний вразити ворога через танкову броню; нейтронні боєприпаси розроблялися США як зброю проти радянських танкових з'єднань. Втім, незабаром була розроблена танкова броня, що забезпечує будь-який захист і від потоку швидких нейтронів.
Ще один вид ядерної зброї був вигаданий у 1950 році, але ніколи (наскільки це відомо) не вироблявся. Це так звана кобальтова бомба – ядерний заряд із оболонкою з кобальту. При вибуху кобальт, опромінений потоком нейтронів, стає вкрай радіоактивним ізотопом і розсіюється територією, заражаючи її. Всього одна така бомба достатньої потужності могла б покрити кобальтом усю земну кулю і занапастити все людство. На щастя цей проект залишився проектом.
Що можна сказати на закінчення? Ядерна бомба – справді страшна зброя, і водночас вона (адже парадокс!) допомогла зберегти відносний світ між наддержавами. Якщо твого супротивника має ядерну зброю, ти десять разів подумаєш, перш ніж на неї нападати. Жодна країна з ядерним арсеналом ще не зазнавала атаки ззовні, і після 1945 року у світі не було воєн між великими державами. Сподіватимемося, що їх і не буде.
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 заряду і тому 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 тільки з одного протона, має атомну масу, що дорівнює 1. Атом гелію, з ядром з двох протонів і двох нейтронів, має атомну масу, що дорівнює 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, яке дорівнює сумі всіх частинок в ядрі даного 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 елемент не 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 досліджень та експериментів, але практичного застосування, як 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 елемент на 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 , 006%. Найменш стабільним із 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 тоді було багато фізиків, 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 учених, розмахом наукових експериментів, числом фахівців і робочих Лос-Аламоська лабораторія, що залучаються до роботи, 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.
Гровс і Оппенгеймер погодилися, що роботи мають 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 одержання 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 в 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 цих досвідчених реакторах підтвердили можливість промислового виробництва плутонію.
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 вперше сформульований 1829 року шотландським хіміком Томасом Грехемом і розроблений 1896 року 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.
Оскільки природний уран - тверда речовина, 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 зводився до наступного: попередньо іонізовані атоми прискорювалися електричним полем, а потім пропускалися через магнітне поле, в якому вони описували кола, розташовані в площині перпендикулярної напрямку 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 обладнання ок-риджського заводу перевершувала за масштабами і точності виготовлення все, що будь-коли розроблялося у цій галузі техніки.
Але всі ці витрати виявилися марними. Витративши загалом 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 більшою за критичну) і опромінити пучком нейтронів, що вабило 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 площею поверхні 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, що оточує 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 з двох шматків урану, які, поєднуючись, 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 бомби проти Японії, яка після капітуляції фашистської Німеччини одна 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 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 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 всього 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 і людська цивілізація після 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 людина вже 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 самими 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 руйнація, посіяні останньою війною, диктують 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».