Северна Кореязаплашва САЩ със свръхмощни тестове водородна бомбав Тихия океан. Япония, която може да пострада от тестовете, нарече плановете на Северна Корея абсолютно неприемливи. Президентите Доналд Тръмп и Ким Чен-ун псуват в интервюта и говорят за открит военен конфликт. За тези, които не разбират от ядрени оръжия, но искат да са в темата, "Футурист" е съставил наръчник.

Как работят ядрените оръжия?

Подобно на обикновената пръчка динамит, ядрената бомба използва енергия. Само че се освобождава не в хода на примитивна химическа реакция, а в комплекс ядрени процеси. Има два основни начина за извличане на ядрена енергия от атом. AT ядрено делене ядрото на атома се разделя на два по-малки фрагмента с неутрон. Ядрен синтез - процесът, чрез който Слънцето генерира енергия - включва комбиниране на два по-малки атома, за да се образува по-голям. При всеки процес, делене или синтез, се освобождават големи количества топлинна енергия и радиация. В зависимост от това дали се използва ядрен делене или синтез, бомбите се делят на ядрен (атомен) и термоядрен .

Можете ли да разкажете повече за ядреното делене?

Експлозия на атомна бомба над Хирошима (1945 г.)

Както си спомняте, атомът се състои от три вида субатомни частици: протони, неутрони и електрони. Центърът на атома се нарича сърцевина , се състои от протони и неутрони. Протоните са положително заредени, електроните са отрицателно заредени, а неутроните изобщо нямат заряд. Съотношението протон-електрон винаги е едно към едно, така че атомът като цяло има неутрален заряд. Например въглероден атом има шест протона и шест електрона. Частиците се държат заедно от фундаментална сила - силна ядрена сила .

Свойствата на един атом могат да варират значително в зависимост от това колко различни частици съдържа. Ако промените броя на протоните, ще имате различен химичен елемент. Ако промените броя на неутроните, получавате изотоп същият елемент, който имате в ръцете си. Например въглеродът има три изотопа: 1) въглерод-12 (шест протона + шест неутрона), стабилна и често срещана форма на елемента, 2) въглерод-13 (шест протона + седем неутрона), който е стабилен, но рядък, и 3) въглерод -14 (шест протона + осем неутрона), който е рядък и нестабилен (или радиоактивен).

Повечето атомни ядра са стабилни, но някои са нестабилни (радиоактивни). Тези ядра спонтанно излъчват частици, които учените наричат радиация. Този процес се нарича радиоактивно разпадане . Има три вида гниене:

Алфа разпад : Ядрото изхвърля алфа частица - два протона и два неутрона, свързани заедно. бета разпад : неутронът се превръща в протон, електрон и антинеутрино. Изхвърленият електрон е бета частица. Спонтанно разделяне: ядрото се разпада на няколко части и излъчва неутрони, а също така излъчва импулс от електромагнитна енергия - гама лъч. Това е последният тип разпад, който се използва в ядрената бомба. Започват свободните неутрони, излъчвани от деленето верижна реакция което освобождава огромно количество енергия.

От какво са направени ядрените бомби?

Те могат да бъдат направени от уран-235 и плутоний-239. Уранът се среща в природата като смес от три изотопа: 238U (99,2745% от естествения уран), 235U (0,72%) и 234U (0,0055%). Най-често срещаният 238 U не поддържа верижна реакция: само 235 U е способен на това.За да се постигне максимална мощност на експлозията, е необходимо съдържанието на 235 U в "пълнежа" на бомбата да е поне 80%. Следователно уранът пада изкуствено обогатяват . За да направите това, сместа от уранови изотопи се разделя на две части, така че една от тях да съдържа повече от 235 U.

Обикновено, когато изотопите се разделят, има много обеднен уран, който не може да започне верижна реакция - но има начин да го накарате да го направи. Факт е, че плутоний-239 не се среща в природата. Но може да се получи чрез бомбардиране на 238 U с неутрони.

Как се измерва мощността им?

Силата на ядрената и термоядрен зарядизмерено в тротилов еквивалент - количеството тринитротолуен, което трябва да се взриви, за да се получи подобен резултат. Измерва се в килотони (kt) и мегатони (Mt). Мощността на свръхмалките ядрени оръжия е по-малка от 1 kt, докато свръхмощните бомби дават повече от 1 Mt.

Мощността на съветската Цар Бомба, според различни източници, варира от 57 до 58,6 мегатона TNT, мощността на термоядрената бомба, която КНДР тества в началото на септември, е около 100 килотона.

Кой създаде ядрени оръжия?

американският физик Робърт Опенхаймер и генерал Лесли Гроувс

През 30-те години на миналия век италиански физик Енрико Ферми демонстрира, че елементи, бомбардирани с неутрони, могат да бъдат превърнати в нови елементи. Резултатът от тази работа беше откритието бавни неутрони , както и откриването на нови елементи, които не са представени в периодичната таблица. Малко след откритието на Ферми немски учени Ото Хан и Фриц Щрасман бомбардира уран с неутрони, което води до образуването на радиоактивен изотоп на барий. Те стигнаха до заключението, че неутроните с ниска скорост карат ядрото на урана да се разпадне на две по-малки части.

Тази работа развълнува умовете на целия свят. В Принстънския университет Нилс Бор работил с Джон Уилър да се разработи хипотетичен модел на процеса на делене. Те предполагат, че уран-235 претърпява делене. Приблизително по същото време други учени откриха, че процесът на делене води до образуването на повече Повече ▼неутрони. Това накара Бор и Уилър да зададат важен въпрос: могат ли свободните неутрони, създадени от деленето, да предизвикат верижна реакция, която да освободи огромно количество енергия? Ако е така, тогава могат да бъдат създадени оръжия с невъобразима сила. Техните предположения бяха потвърдени от френския физик Фредерик Жолио-Кюри . Неговото заключение беше тласък за разработването на ядрени оръжия.

Физиците от Германия, Англия, САЩ и Япония са работили върху създаването на атомни оръжия. Преди избухването на Втората световна война Алберт Айнщайн писа до президента на Съединените щати Франклин Рузвелт че нацистка Германия планира да пречисти уран-235 и да създаде атомна бомба. Сега стана ясно, че Германия е далеч от задържането верижна реакция: Работеха върху "мръсна", силно радиоактивна бомба. Както и да е, правителството на САЩ хвърли всичките си усилия за създаването на атомна бомба в най-кратки срокове. Стартира проектът Манхатън, ръководен от американски физик Робърт Опенхаймер и общ Лесли Гроувс . В него участваха видни учени, емигрирали от Европа. До лятото на 1945 г. е създадено атомно оръжие на базата на два вида делящ се материал - уран-235 и плутоний-239. Една бомба, плутониевата "Нещото", беше взривена по време на тестове, а други две, урановата "Хлапето" и плутониевата "Дебелия човек", бяха хвърлени върху японските градове Хирошима и Нагасаки.

Как работи термоядрената бомба и кой я е изобретил?

Термоядрената бомба се основава на реакцията ядрен синтез . За разлика от ядреното делене, което може да се случи както спонтанно, така и неволно, ядреният синтез е невъзможен без захранване външна енергия. Атомните ядра са положително заредени, така че се отблъскват. Тази ситуация се нарича бариера на Кулон. За да се преодолее отблъскването, е необходимо тези частици да се разпръснат до луди скорости. Това може да стане при много високи температури – от порядъка на няколко милиона келвина (откъдето идва и името). Има три вида термоядрени реакции: самоподдържащи се (протичат във вътрешността на звездите), контролирани и неконтролирани или експлозивни - използват се във водородни бомби.

Идеята за бомба с термоядрен синтез, инициирана от атомен заряд, е предложена от Енрико Ферми на неговия колега Едуард Телър през 1941 г., в самото начало на проекта Манхатън. По това време обаче тази идея не беше търсена. Разработките на Teller се подобриха Станислав Улам , правейки идеята за термоядрена бомба осъществима на практика. През 1952 г. първото термоядрено взривно устройство е тествано на атола Enewetok по време на операцията Ivy Mike. Това обаче беше лабораторна проба, непригодна за бой. Година по-късно Съветският съюз взривява първата в света термоядрена бомба, сглобена по проект на физици. Андрей Сахаров и Юлия Харитон . Устройството приличаше на пластова торта, така че страхотното оръжие беше наречено "Sloika". В хода на по-нататъшното развитие се роди най-мощната бомба на Земята - "Цар Бомба" или "Кузкината майка". През октомври 1961 г. той е тестван на архипелага Нова Земля.

От какво са направени термоядрените бомби?

Ако сте мислили така водород и термоядрените бомби са различни неща, сбъркал си. Тези думи са синоними. Това е водород (или по-скоро неговите изотопи - деутерий и тритий), който е необходим за осъществяване термоядрена реакция. Има обаче една трудност: за да се взриви водородна бомба, първо е необходимо да се получи висока температура по време на конвенционална ядрена експлозия - едва тогава атомните ядра ще започнат да реагират. Следователно в случая на термоядрена бомба дизайнът играе важна роля.

Широко известни са две схеми. Първият е "пуфът" на Сахаров. В центъра имаше ядрен детонатор, който беше заобиколен от слоеве литиев деутерид, смесен с тритий, които бяха разпръснати със слоеве обогатен уран. Този дизайн направи възможно постигането на мощност в рамките на 1 Mt. Втората е американската схема Телър-Улам, където ядрената бомба и изотопите на водорода са разположени отделно. Изглеждаше така: отдолу - контейнер със смес от течен деутерий и тритий, в центъра на който имаше "запалителна свещ" - плутониева пръчка, а отгоре - конвенционален ядрен заряд и всичко това в черупка от тежък метал (например обеднен уран). Бързите неутрони, произведени по време на експлозията, предизвикват реакции на атомно делене в урановата обвивка и добавят енергия към общата енергия на експлозията. Добавянето на допълнителни слоеве литиев уран-238 деутерид ви позволява да създавате снаряди с неограничена мощност. През 1953 г. съветският физик Виктор Давиденко случайно повтори идеята на Телер-Улам и на нейна основа Сахаров излезе с многоетапна схема, която направи възможно създаването на оръжия с безпрецедентна сила. По тази схема работеше майката на Кузкина.

Какви други бомби има?

Има и неутронни, но това като цяло е страшно. Всъщност неутронната бомба е термоядрена бомба с нисък капацитет, 80% от енергията на експлозията на която е радиация (неутронно лъчение). Прилича на обикновен ядрен заряд с ниска мощност, към който е добавен блок с изотоп на берилий - източник на неутрони. Когато ядрено оръжие експлодира, започва термоядрена реакция. Този тип оръжие е разработено от американски физик Самюел Коен . Смяташе се, че неутронни оръжияунищожава целия живот дори в убежища, но обхватът на унищожаване на такива оръжия е малък, тъй като атмосферата разпръсква потоци от бързи неутрони, а ударната вълна е по-силна на големи разстояния.

Но какво да кажем за кобалтовата бомба?

Не, синко, фантастично е. Нито една държава официално няма кобалтови бомби. Теоретично това е термоядрена бомба с кобалтова обвивка, която осигурява силно радиоактивно замърсяване на района дори при относително слаба ядрена експлозия. 510 тона кобалт могат да заразят цялата повърхност на Земята и да унищожат целия живот на планетата. Физик Лео Силард , който описа този хипотетичен дизайн през 1950 г., го нарече „Машината на Страшния съд“.

Кое е по-хладно: ядрена бомба или термоядрена?

Пълномащабен модел на "Цар-бомба"

Водородната бомба е много по-модерна и технологично напреднала от атомната бомба. Неговата експлозивна сила далеч надхвърля тази на атомната и е ограничена само от броя на наличните компоненти. При термоядрена реакция за всеки нуклон (така наречените съставни ядра, протони и неутрони) се отделя много повече енергия, отколкото при ядрена реакция. Например, по време на деленето на ураново ядро един нуклон представлява 0,9 MeV (мегаелектронволт), а по време на синтеза на хелиево ядро от водородни ядра се освобождава енергия, равна на 6 MeV.

Като бомби доставямкъм целта?

Първоначално те бяха свалени от самолети, но противовъздушната отбрана непрекъснато се подобряваше и доставянето на ядрени оръжия по този начин се оказа неразумно. С нарастването на производството на ракетна технология всички права за доставка на ядрени оръжия бяха прехвърлени на балистични и крилати ракети от различни бази. Следователно бомбата вече не е бомба, а бойна глава.

Има мнение, че севернокорейската водородна бомба е твърде голяма, за да бъде монтирана на ракета - така че ако КНДР реши да вдъхне живот на заплахата, тя ще бъде откарана с кораб до мястото на експлозията.

Какви са последствията от ядрена война?

Хирошима и Нагасаки са само малка част от възможния апокалипсис. Например добре известната хипотеза за "ядрената зима", изложена от американския астрофизик Карл Сейгън и съветския геофизик Георгий Голицин. Предполага се, че с експлозията на няколко ядрени бойни глави (не в пустинята или водата, а в селища) ще има много пожари и голямо количество дим и сажди ще бъдат изхвърлени в атмосферата, което ще доведе до глобално охлаждане. Хипотезата е критикувана чрез сравняване на ефекта с вулканичната активност, която има малък ефект върху климата. Освен това някои учени отбелязват, че е по-вероятно да настъпи глобално затопляне, отколкото охлаждане - обаче и двете страни се надяват, че никога няма да разберем.

Разрешени ли са ядрени оръжия?

След надпреварата във въоръжаването през 20-ти век страните промениха решението си и решиха да ограничат използването на ядрени оръжия. ООН прие договори за неразпространение на ядрени оръжия и за забрана на ядрените опити (последният не беше подписан от младите ядрени сили Индия, Пакистан и КНДР). През юли 2017 г. беше приет нов договор за забрана на ядрените оръжия.

„Всяка държава страна се задължава никога и при никакви обстоятелства да не разработва, тества, произвежда, произвежда, придобива по друг начин, притежава или складира ядрени оръжия или други ядрени взривни устройства“, гласи първият член на договора.

Документът обаче няма да влезе в сила, докато 50 държави не го ратифицират.

Ядрените оръжия са оръжия със стратегически характер, способни да разрешават глобални проблеми. Използването му е свързано с ужасни последици за цялото човечество. Това прави атомната бомба не само заплаха, но и средство за възпиране.

Появата на оръжия, способни да сложат край на развитието на човечеството, бележи началото на неговата нова ера. Вероятността от глобален конфликт или нова световна война е сведена до минимум поради възможността за пълно унищожаване на цялата цивилизация.

Въпреки подобни заплахи, ядрените оръжия продължават да бъдат на въоръжение във водещите страни в света. В известна степен именно това се превръща в определящ фактор в международната дипломация и геополитика.

История на ядрената бомба

Въпросът кой е изобретил ядрената бомба няма ясен отговор в историята. Откриването на радиоактивността на урана се счита за предпоставка за работа по атомни оръжия. През 1896 г. френският химик А. Бекерел открива верижната реакция на този елемент, поставяйки началото на развитието на ядрената физика.

През следващото десетилетие са открити алфа, бета и гама лъчи, както и редица радиоактивни изотопи на някои химични елементи. Последвалото откриване на закона за радиоактивния разпад на атома е началото на изучаването на ядрената изометрия.

През декември 1938 г. немските физици О. Хан и Ф. Щрасман първи успяха да осъществят реакцията на ядрено делене при изкуствени условия. На 24 април 1939 г. ръководството на Германия е информирано за вероятността да се създаде нов мощен експлозив.

Германската ядрена програма обаче е обречена на провал. Въпреки успешния напредък на учените, страната, поради войната, постоянно изпитваше трудности с ресурсите, особено с доставката на тежка вода. В по-късните етапи проучването беше забавено от постоянни евакуации. На 23 април 1945 г. разработките на немски учени са заловени в Хайгерлох и откарани в САЩ.

САЩ бяха първата страна, която прояви интерес към новото изобретение. През 1941 г. са отделени значителни средства за неговото развитие и създаване. Първите тестове се провеждат на 16 юли 1945 г. По-малко от месец по-късно Съединените щати използваха ядрени оръжия за първи път, хвърляйки две бомби над Хирошима и Нагасаки.

Собствени изследвания в областта на ядрената физика в СССР се провеждат от 1918 г. Комисията по атомното ядро е създадена през 1938 г. към Академията на науките. С избухването на войната обаче дейността му в тази посока е преустановена.

През 1943 г. информация за научни трудовепо ядрена физика са получени от съветски разузнавачи от Англия. Агенти са въведени в няколко американски изследователски центъра. Получената от тях информация направи възможно ускоряването на разработването на собствени ядрени оръжия.

Изобретяването на съветската атомна бомба се ръководи от И. Курчатов и Ю. Харитон, те се считат за създатели на съветската атомна бомба. Информацията за това стана тласък за подготовката на САЩ за превантивна война. През юли 1949 г. е разработен Троянският план, според който се предвижда на 1 януари 1950 г. да започнат военни действия.

По-късно датата е преместена в началото на 1957 г., като се има предвид, че всички страни от НАТО могат да се подготвят и да се включат във войната. Според западното разузнаване ядрен опит в СССР е могъл да бъде извършен едва през 1954 г.

Въпреки това подготовката на САЩ за войната става известна предварително, което принуждава съветските учени да ускорят изследванията. За кратко време те изобретяват и създават собствена ядрена бомба. На 29 август 1949 г. на полигона в Семипалатинск е изпробвана първата съветска атомна бомба РДС-1 (специален реактивен двигател).

Тестове като тези осуетиха троянския план. Оттогава Съединените щати са престанали да имат монопол върху ядрените оръжия. Независимо от силата на превантивния удар, имаше риск от ответен удар, който заплашваше да бъде катастрофален. От този момент нататък най-ужасното оръжие става гарант за мира между великите сили.

Принцип на действие

Принципът на действие на атомната бомба се основава на верижна реакция на разпадане тежки ядраили термоядрен синтез на белите дробове. По време на тези процеси се отделя огромно количество енергия, което превръща бомбата в оръжие за масово унищожение.

На 24 септември 1951 г. RDS-2 е тестван. Те вече могат да бъдат доставени до точки за изстрелване, така че да стигнат до Съединените щати. На 18 октомври беше тестван RDS-3, доставен от бомбардировач.

Допълнителни тестове преминаха към термоядрен синтез. Първите тестове на такава бомба в САЩ са проведени на 1 ноември 1952 г. В СССР такава бойна глава е тествана след 8 месеца.

TX на ядрена бомба

Ядрените бомби нямат ясни характеристики поради разнообразието от приложения на такива боеприпаси. Има обаче редица общи аспекти, които трябва да се вземат предвид при създаването на това оръжие.

Те включват:

осесиметрична структура на бомбата - всички блокове и системи са поставени по двойки в контейнери с цилиндрична, сферична или конична форма;
при проектирането те намаляват масата на ядрена бомба чрез комбиниране на силови агрегати, избор на оптимална форма на черупки и отделения, както и използване на по-трайни материали;
броят на проводниците и конекторите е сведен до минимум, а за предаване на удара се използва пневматичен тръбопровод или взривно въже;
блокирането на основните възли се извършва с помощта на прегради, унищожени от пиро заряди;
активните вещества се изпомпват с помощта на отделен контейнер или външен носител.

Като се вземат предвид изискванията за устройството, ядрената бомба се състои от следните компоненти:

кутията, която осигурява защита на боеприпасите от физически и термични въздействия - разделена е на отделения, може да бъде оборудвана със силова рамка;
ядрен заряд със захранваща стойка;
система за самоунищожение с интегрирането й в ядрен заряд;
източник на енергия, предназначен за дългосрочно съхранение - активира се още при изстрелване на ракетата;
външни сензори - за събиране на информация;
системи за взвеждане, управление и детонация, като последната е вградена в заряда;
системи за диагностика, отопление и поддържане на микроклимата в херметизирани отделения.

В зависимост от вида на ядрената бомба в нея се интегрират и други системи. Сред тях може да бъде сензор за полет, блокираща конзола, изчисление на опциите за полет, автопилот. Някои боеприпаси също използват заглушители, предназначени да намалят съпротивата срещу ядрена бомба.

Последиците от използването на такава бомба

„Идеалните“ последици от използването на ядрени оръжия вече бяха записани по време на бомбардировките над Хирошима. Зарядът е избухнал на 200 метра височина, което е предизвикало силна ударна вълна. Печките на въглища бяха преобърнати в много къщи, причинявайки пожари дори извън засегнатия район.

Проблясък на светлина беше последван от топлинен удар, който продължи няколко секунди. Мощността му обаче беше достатъчна да разтопи керемиди и кварц в радиус от 4 км, както и да напръска телеграфни стълбове.

Горещата вълна беше последвана от ударна вълна. Скоростта на вятъра достигна 800 км/ч, поривът му разруши почти всички сгради в града. От 76 хиляди сгради, около 6 хиляди са частично оцелели, останалите са напълно унищожени.

Горещата вълна, както и издигащата се пара и пепел причиниха силна кондензация в атмосферата. Няколко минути по-късно започна да вали с черни от пепелта капки. Контактът им с кожата причинява тежки нелечими изгаряния.

Хората, които са били на 800 метра от епицентъра на експлозията, са изгорени на прах. Останалите са били изложени на радиация и лъчева болест. Симптомите й бяха слабост, гадене, повръщане и треска. Имаше рязко намаляване на броя на белите клетки в кръвта.

За секунди бяха убити около 70 хиляди души. Същият брой по-късно почина от рани и изгаряния.

3 дни по-късно друга бомба е хвърлена над Нагасаки с подобни последствия.

Запаси от ядрени оръжия в света

Основните запаси от ядрени оръжия са съсредоточени в Русия и САЩ. В допълнение към тях следните държави имат атомни бомби:

Великобритания – от 1952 г.;
Франция - от 1960 г.;
Китай - от 1964 г.;
Индия - от 1974 г.;
Пакистан - от 1998 г.;
Северна Корея - от 2008 г.

Израел също притежава ядрено оръжие, въпреки че няма официално потвърждение от ръководството на страната.

Светът на атома е толкова фантастичен, че разбирането му изисква радикално прекъсване на обичайните концепции за пространство и време. Атомите са толкова малки, че ако капка вода може да бъде увеличена до размера на Земята, всеки атом в тази капка ще бъде по-малък от портокал. Всъщност една капка вода се състои от 6000 милиарда милиарда (600000000000000000000000000000000000000000000си) водородни и кислородни атома. И все пак, въпреки микроскопичните си размери, атомът има структура, до известна степен подобна на нашата слънчева система. В неговия неразбираемо малък център, чийто радиус е по-малък от една трилионна от сантиметъра, се намира сравнително огромно "слънце" - ядрото на атома.

Около това атомно "слънце" се въртят малки "планети" - електрони. Ядрото се състои от два основни градивни елемента на Вселената - протони и неутрони (те имат обединително име - нуклони). Електронът и протонът са заредени частици и количеството заряд във всяка от тях е абсолютно същото, но зарядите се различават по знак: протонът винаги е положително зареден, а електронът винаги е отрицателен. Неутронът не носи електрически заряд и следователно има много висока пропускливост.

В атомната скала за измерване масата на протона и неутрона се приема за единица. Следователно атомното тегло на всеки химичен елемент зависи от броя на протоните и неутроните, съдържащи се в неговото ядро. Например водороден атом, чието ядро се състои само от един протон, има атомна маса 1. Атом на хелий с ядро от два протона и два неутрона има атомна маса 4.

Ядрата на атомите на един и същ елемент винаги съдържат еднакъв брой протони, но броят на неутроните може да бъде различен. Атоми с ядра същото числопротони, но различаващи се по броя на неутроните и свързани с разновидности на един и същи елемент, се наричат изотопи. За да се разграничат един от друг, на символа на елемента се присвоява номер, равно на суматана всички частици в ядрото на даден изотоп.

Може да възникне въпросът: защо ядрото на атома не се разпада? В крайна сметка протоните, включени в него, са електрически заредени частици с еднакъв заряд, които трябва да се отблъскват с голяма сила. Това се обяснява с факта, че вътре в ядрото има и така наречените вътрешноядрени сили, които привличат частиците на ядрото една към друга. Тези сили компенсират силите на отблъскване на протоните и не позволяват на ядрото да се разлети спонтанно.

Вътрешноядрените сили са много силни, но действат само на много близко разстояние. Следователно ядрата на тежките елементи, състоящи се от стотици нуклони, се оказват нестабилни. Частиците на ядрото са в постоянно движение тук (в обема на ядрото) и ако добавите допълнително количество енергия към тях, те могат да преодолеят вътрешните сили - ядрото ще бъде разделено на части. Количеството на тази излишна енергия се нарича енергия на възбуждане. Сред изотопите на тежките елементи има такива, които изглежда са на самия ръб на саморазпадане. Достатъчен е само малък „тласък“, например просто попадение в ядрото на неутрон (и дори не е необходимо да се ускорява до висока скорост), за да започне реакцията на ядрено делене. Някои от тези "делящи се" изотопи по-късно са направени изкуствено. В природата има само един такъв изотоп - това е уран-235.

Уран е открит през 1783 г. от Клапрот, който го изолира от уранова смола и го кръсти на наскоро откритата планета Уран. Както се оказа по-късно, това всъщност не беше самият уран, а неговият оксид. Получава се чист уран, сребристо-бял метал
едва през 1842 г. Пелигот. Новият елемент няма забележителни свойства и не привлича внимание до 1896 г., когато Бекерел открива явлението радиоактивност на уранови соли. След това уранът става обект на научни изследвания и експерименти, но все още няма практическо приложение.

Когато през първата третина на 20 век физиците повече или по-малко разбраха структурата атомно ядро, те преди всичко се опитаха да реализират старата мечта на алхимиците - опитаха се да превърнат един химичен елемент в друг. През 1934 г. френските изследователи, съпрузите Фредерик и Ирен Жолио-Кюри, докладват на Френската академия на науките за следния експеримент: когато алуминиевите плочи са бомбардирани с алфа частици (ядра на хелиевия атом), алуминиевите атоми се превръщат във фосфорни атоми , но не обикновен, а радиоактивен, който от своя страна преминава в стабилен изотоп на силиций. Така един алуминиев атом, след като добави един протон и два неутрона, се превърна в по-тежък силициев атом.

Този опит доведе до идеята, че ако ядрата на най-тежкия от съществуващите в природата елементи - урана, бъдат "обстрелвани" с неутрони, тогава може да се получи елемент, който не съществува в естествени условия. През 1938 г. немските химици Ото Хан и Фриц Щрасман повтарят в общи линии опита на съпрузите Жолио-Кюри, като вземат уран вместо алуминий. Резултатите от експеримента изобщо не бяха това, което очакваха - вместо нов свръхтежък елемент с масово число, по-голямо от това на урана, Хан и Щрасман получиха леки елементи от средната част периодична система: барий, криптон, бром и някои други. Самите експериментатори не можаха да обяснят наблюдаваното явление. Едва на следващата година физикът Лиза Майтнер, на която Хан съобщава за своите трудности, намира правилно обяснение за наблюдавания феномен, предполагайки, че когато уранът е бомбардиран с неутрони, ядрото му се разцепва (разпада). В този случай е трябвало да се образуват ядра от по-леки елементи (оттук са взети барий, криптон и други вещества), както и да се отделят 2-3 свободни неутрона. По-нататъшните изследвания позволиха да се изясни в детайли картината на случващото се.

Природният уран се състои от смес от три изотопа с маси 238, 234 и 235. Основното количество уран се пада на изотопа 238, чието ядро включва 92 протона и 146 неутрона. Уран-235 е само 1/140 от естествения уран (0,7% (има 92 протона и 143 неутрона в ядрото си), а уран-234 (92 протона, 142 неутрона) е само 1/17500 от общата маса на урана ( 0 006% Най-малко стабилният от тези изотопи е уран-235.

От време на време ядрата на неговите атоми спонтанно се разделят на части, в резултат на което се образуват по-леки елементи от периодичната система. Процесът е придружен от освобождаването на два или три свободни неутрона, които се втурват с огромна скорост - около 10 хиляди км / сек (те се наричат бързи неутрони). Тези неутрони могат да ударят други уранови ядра, причинявайки ядрени реакции. Всеки изотоп се държи различно в този случай. Ядрата на уран-238 в повечето случаи просто улавят тези неутрони без никакви допълнителни трансформации. Но в около един случай от пет, когато бърз неутрон се сблъска с ядрото на изотопа 238, възниква любопитна ядрена реакция: един от неутроните на уран-238 излъчва електрон, превръщайки се в протон, тоест изотоп на уран се превръща в повече
тежкият елемент е нептуний-239 (93 протона + 146 неутрона). Но нептуният е нестабилен - след няколко минути един от неговите неутрони излъчва електрон, превръщайки се в протон, след което изотопът на нептуний се превръща в следващия елемент от периодичната система - плутоний-239 (94 протона + 145 неутрона). Ако неутрон навлезе в ядрото на нестабилен уран-235, веднага се получава делене - атомите се разпадат с излъчване на два или три неутрона. Ясно е, че в естествения уран, повечето от чиито атоми принадлежат към изотопа 238, тази реакция няма видими последствия - всички свободни неутрони в крайна сметка ще бъдат абсорбирани от този изотоп.

Но какво ще стане, ако си представим доста масивно парче уран, състоящо се изцяло от изотопа 235?

Тук процесът ще протече по различен начин: неутроните, освободени по време на деленето на няколко ядра, от своя страна, попадайки в съседни ядра, причиняват тяхното делене. В резултат на това се освобождава нова порция неутрони, която разделя следващите ядра. При благоприятни условия тази реакция протича лавинообразно и се нарича верижна реакция. Няколко бомбардиращи частици може да са достатъчни, за да го стартирате.

Наистина, нека само 100 неутрона бомбардират уран-235. Те ще разделят 100 уранови ядра. В този случай ще бъдат освободени 250 нови неутрона от второ поколение (средно 2,5 на делене). Неутроните от второ поколение вече ще произведат 250 деления, при които ще бъдат освободени 625 неутрона. В следващото поколение ще бъде 1562, след това 3906, след това 9670 и т.н. Броят на разделенията ще се увеличи неограничено, ако процесът не бъде спрян.

В действителност обаче само незначителна част от неутроните попадат в ядрата на атомите. Останалите, бързо бързащи между тях, се отнасят в околното пространство. Самоподдържаща се верижна реакция може да възникне само в достатъчно голям масив от уран-235, за който се твърди, че има критична маса. (Тази маса при нормални условия е 50 kg.) Важно е да се отбележи, че деленето на всяко ядро е съпроводено с освобождаване на огромно количество енергия, което се оказва около 300 милиона пъти повече от енергията, изразходвана за делене ! (Изчислено е, че при пълното делене на 1 кг уран-235 се отделя същото количество топлина, както при изгарянето на 3 хиляди тона въглища.)

Този колосален прилив на енергия, освободен за няколко мига, се проявява като експлозия с чудовищна сила и е в основата на действието на ядрените оръжия. Но за да стане това оръжие реалност, е необходимо зарядът да не се състои от естествен уран, а от рядък изотоп - 235 (такъв уран се нарича обогатен). По-късно беше установено, че чистият плутоний също е делящ се материал и може да се използва в атомен заряд вместо уран-235.

Всички тези важни откритияса направени в навечерието на Втората световна война. Скоро в Германия и други страни започва тайна работа по създаването на атомна бомба. В Съединените щати този проблем се заема през 1941 г. Целият комплекс от работи е наречен "Проект Манхатън".

Административното ръководство на проекта беше осъществено от генерал Гроувс, а научното ръководство беше осъществено от професор Робърт Опенхаймер от Калифорнийския университет. И двамата добре осъзнаваха огромната сложност на задачата пред тях. Следователно, първата грижа на Опенхаймер е придобиването на високо интелигентен научен екип. В Съединените щати по това време имаше много физици, емигрирали от фашистка Германия. Не беше лесно да ги въвлекат в създаването на оръжия, насочени срещу бившата им родина. Опенхаймер разговаря лично с всеки, използвайки цялата сила на своя чар. Скоро успява да събере малка група теоретици, които шеговито нарича "светила". И всъщност включваше най-големите експерти от онова време в областта на физиката и химията. (Сред тях 13 лауреати Нобелова награда, включително Бор, Ферми, Франк, Чадуик, Лорънс.) В допълнение към тях имаше много други специалисти от различни профили.

Правителството на САЩ не пести от разходите и от самото начало работата придоби грандиозен обхват. През 1942 г. в Лос Аламос е основана най-голямата изследователска лаборатория в света. Населението на този научен град скоро достигна 9 хиляди души. По отношение на състава на учените, обхвата на научните експерименти, броя на специалистите и работниците, участващи в работата, лабораторията в Лос Аламос нямаше равни в световната история. Проектът Манхатън имаше собствена полиция, контраразузнаване, комуникационна система, складове, селища, фабрики, лаборатории и собствен колосален бюджет.

Основната цел на проекта беше да се получи достатъчно делящ се материал, от който да се създадат няколко атомни бомби. В допълнение към уран-235, както вече беше споменато, изкуственият елемент плутоний-239 може да служи като заряд за бомбата, тоест бомбата може да бъде или уран, или плутоний.

Гроувси Опенхаймерсе съгласиха, че работата трябва да се извършва едновременно в две посоки, тъй като е невъзможно да се реши предварително коя от тях ще бъде по-обещаваща. И двата метода бяха фундаментално различни един от друг: натрупването на уран-235 трябваше да се извърши чрез отделянето му от по-голямата част от естествения уран, а плутоний можеше да бъде получен само в резултат на контролирана ядрена реакция чрез облъчване на уран-238 с неутрони. И двата пътя изглеждаха необичайно трудни и не обещаваха лесни решения.

Наистина, как могат да бъдат разделени един от друг два изотопа, които се различават съвсем малко по теглото си и химически се държат по абсолютно същия начин? Нито науката, нито технологията са се сблъсквали с подобен проблем. Производството на плутоний също изглеждаше много проблематично в началото. Преди това целият опит на ядрените трансформации се свеждаше до няколко лабораторни експеримента. Сега беше необходимо да се овладее производството на килограми плутоний в промишлен мащаб, да се разработи и създаде специална инсталация за това - ядрен реактор и да се научи как да се контролира хода на ядрена реакция.

И тук-там беше необходимо да се разреши цял комплекс предизвикателни задачи. Следователно „Проектът Манхатън“ се състои от няколко подпроекта, ръководени от видни учени. Самият Опенхаймер беше ръководител на научната лаборатория в Лос Аламос. Лорънс отговаряше за радиационната лаборатория в Калифорнийския университет. Ферми ръководи изследвания в Чикагския университет за създаването на ядрен реактор.

Първоначално най-важният проблем беше получаването на уран. Преди войната този метал всъщност не е използван. Сега, когато беше необходимо незабавно в огромни количества, се оказа, че няма индустриален начин за производството му.

Компанията Westinghouse предприе своето развитие и бързо постигна успех. След пречистване на уранова смола (в тази форма уранът се среща в природата) и получаване на уранов оксид, той се превръща в тетрафлуорид (UF4), от който чрез електролиза се изолира метален уран. Ако в края на 1941 г. американските учени разполагат само с няколко грама метален уран, то още през ноември 1942 г. промишленото му производство в заводите на Уестингхаус достига 6000 фунта на месец.

В същото време се работи по създаването на ядрен реактор. Процесът на производство на плутоний всъщност се свеждаше до облъчването на уранови пръти с неутрони, в резултат на което част от уран-238 трябваше да се превърне в плутоний. Източници на неутрони в този случай могат да бъдат делящи се атоми на уран-235, разпръснати в достатъчни количества сред атомите на уран-238. Но за да се поддържа постоянно възпроизвеждане на неутрони, трябваше да започне верижна реакция на делене на атомите на уран-235. Междувременно, както вече беше споменато, за всеки атом уран-235 имаше 140 атома уран-238. Ясно е, че летящите във всички посоки неутрони е имало много по-голяма вероятност да срещнат точно тях по пътя си. Тоест огромен брой освободени неутрони се оказаха безрезултатни погълнати от основния изотоп. Очевидно при такива условия верижната реакция не може да протече. Как да бъдем?

Първоначално изглеждаше, че без разделянето на два изотопа работата на реактора като цяло е невъзможна, но скоро се установи едно важно обстоятелство: оказа се, че уран-235 и уран-238 са податливи на неутрони с различни енергии. Възможно е да се раздели ядрото на атом на уран-235 с неутрон с относително ниска енергия, имащ скорост около 22 m/s. Такива бавни неутрони не се улавят от ядрата на уран-238 - за това те трябва да имат скорост от порядъка на стотици хиляди метри в секунда. С други думи, уран-238 е безсилен да предотврати началото и развитието на верижна реакция в уран-235, причинена от неутрони, забавени до изключително ниски скорости - не повече от 22 m/s. Това явление е открито от италианския физик Ферми, който живее в САЩ от 1938 г. и ръководи работата по създаването на първия реактор тук. Ферми решава да използва графит като модератор на неутрони. Според неговите изчисления неутроните, излъчени от уран-235, преминавайки през слой от графит от 40 cm, трябва да намалят скоростта си до 22 m/s и да започнат самоподдържаща се верижна реакция в уран-235.

Така наречената "тежка" вода може да служи като друг модератор. Тъй като водородните атоми, които го съставят, са много близки по размер и маса до неутроните, те биха могли най-добре да ги забавят. (Приблизително същото нещо се случва с бързите неутрони, както и с топките: ако малка топка удари голяма, тя се търкаля назад, почти без да губи скорост, но когато срещне малка топка, тя прехвърля значителна част от енергията си към нея - точно както неутрон при еластичен сблъсък отскача от тежко ядро само леко забавяне и при сблъсък с ядрата на водородните атоми много бързо губи цялата си енергия.) Обикновената вода обаче не е подходяща за забавяне, тъй като нейният водород има тенденция да абсорбират неутрони. Ето защо за тази цел трябва да се използва деутерий, който е част от "тежката" вода.

В началото на 1942 г. под ръководството на Ферми започва строителството на първия в историята ядрен реактор на тенис корта под западните трибуни на стадиона в Чикаго. Цялата работа е извършена от самите учени. Реакцията може да се контролира по единствения начин - чрез регулиране на броя на неутроните, участващи във верижната реакция. Ферми си представи да направи това с пръчки, направени от материали като бор и кадмий, които абсорбират силно неутрони. Като модератор служеха графитни тухли, от които физиците издигнаха колони с височина 3 м и ширина 1,2 м. Между тях бяха монтирани правоъгълни блокове с уранов оксид. Около 46 тона уранов оксид и 385 тона графит са влезли в цялата конструкция. За да се забави реакцията, кадмиеви и борни пръти, въведени в реактора, служат.

Ако това не беше достатъчно, тогава за застраховка на платформа, разположена над реактора, имаше двама учени с кофи, пълни с разтвор на кадмиеви соли - те трябваше да ги излеят върху реактора, ако реакцията излезе извън контрол. За щастие това не се наложи. На 2 декември 1942 г. Ферми нарежда всички контролни пръти да бъдат удължени и експериментът започва. Четири минути по-късно неутронните броячи започнаха да щракат все по-силно и по-силно. С всяка минута интензивността на неутронния поток ставаше все по-голяма. Това показва, че в реактора протича верижна реакция. Продължи 28 минути. Тогава Ферми даде сигнал и спуснатите пръти спряха процеса. Така за първи път човекът освободил енергията на атомното ядро и доказал, че може да го управлява по свое желание. Сега вече нямаше съмнение, че ядрените оръжия са реалност.

През 1943 г. реакторът Ферми е демонтиран и транспортиран до Арагонската национална лаборатория (50 км от Чикаго). Скоро тук е построен друг ядрен реактор, в който като модератор е използвана тежка вода. Състои се от цилиндричен алуминиев резервоар, съдържащ 6,5 тона тежка вода, в който вертикално бяха натоварени 120 пръта метален уран, затворени в алуминиева обвивка. Седемте контролни пръта са направени от кадмий. Около резервоара имаше графитен рефлектор, след това екран, изработен от оловни и кадмиеви сплави. Цялата конструкция беше затворена в бетонна обвивка с дебелина на стената около 2,5 m.

Експериментите в тези експериментални реактори потвърдиха възможността за търговско производство на плутоний.

Основният център на „Проекта Манхатън“ скоро става град Оук Ридж в долината на река Тенеси, чието население за няколко месеца нараства до 79 хиляди души. Тук, в краткосроченПостроен е първият завод за обогатен уран. Веднага през 1943 г. е пуснат промишлен реактор, който произвежда плутоний. През февруари 1944 г. от него се извличат дневно около 300 кг уран, от чиято повърхност чрез химическо отделяне се получава плутоний. (За целта плутоният първо се разтваря и след това се утаява.) След това пречистеният уран отново се връща в реактора. През същата година в безплодната пустиня на южния бряг на река Колумбия започва строителството на огромния завод Ханфорд. Тук бяха разположени три мощни ядрени реактора, даващи няколкостотин грама плутоний дневно.

Успоредно с това изследванията бяха в разгара си за разработване на промишлен процес за обогатяване на уран.

След като разгледаха различни варианти, Гроувс и Опенхаймер решиха да се съсредоточат върху два метода: газова дифузия и електромагнитен.

Методът на газовата дифузия се основава на принцип, известен като закон на Греъм (формулиран за първи път през 1829 г. от шотландския химик Томас Греъм и разработен през 1896 г. от английския физик Райли). В съответствие с този закон, ако два газа, единият от които е по-лек от другия, преминат през филтър с пренебрежимо малки отвори, тогава през него ще премине малко повече лек газ, отколкото тежък газ. През ноември 1942 г. Urey и Dunning от Колумбийския университет създават метод на газова дифузия за разделяне на уранови изотопи, базиран на метода на Reilly.

Тъй като естественият уран е твърдо вещество, той първо е превърнат в уранов флуорид (UF6). След това този газ беше прекаран през микроскопични - от порядъка на хилядни от милиметъра - дупки във филтърната преграда.

Тъй като разликата в моларните тегла на газовете беше много малка, зад преградата съдържанието на уран-235 се увеличи само с фактор 1,0002.

За да се увеличи още количеството на уран-235, получената смес отново се прекарва през преграда, като количеството на урана отново се увеличава 1,0002 пъти. По този начин, за да се увеличи съдържанието на уран-235 до 99%, беше необходимо газът да премине през 4000 филтъра. Това се случи в огромен завод за газова дифузия в Оук Ридж.

През 1940 г. под ръководството на Ернст Лорънс в Калифорнийския университет започват изследвания върху разделянето на уранови изотопи чрез електромагнитен метод. Трябваше да се намерят такива физически процеси, което би позволило изотопите да бъдат разделени, като се използва разликата в техните маси. Лорънс направи опит да раздели изотопите, използвайки принципа на масспектрограф - инструмент, който определя масите на атомите.

Принципът на действието му беше следният: ускоряваха се предварително йонизирани атоми електрическо поле, и след това преминават през магнитно поле, в което описват кръгове, разположени в равнина, перпендикулярна на посоката на полето. Тъй като радиусите на тези траектории са пропорционални на масата, леките йони се озовават в кръгове с по-малък радиус от тежките. Ако капаните бяха поставени на пътя на атомите, тогава беше възможно по този начин отделно да се събират различни изотопи.

Това беше методът. В лабораторни условия той даде добри резултати. Но изграждането на инсталация, в която отделянето на изотопи може да се извърши в промишлен мащаб, се оказа изключително трудно. Но в крайна сметка Лорънс успя да преодолее всички трудности. Резултатът от неговите усилия беше появата на калутрона, който беше инсталиран в гигантски завод в Оук Ридж.

Тази електромагнитна централа е построена през 1943 г. и се оказва може би най-скъпото плод на въображението на проекта Манхатън. Необходим е методът на Лорънс Голям бройсложни, все още неразработени устройства, свързани с високо напрежение, висок вакуум и силни магнитни полета. Разходите бяха огромни. Калутрон имаше гигантски електромагнит, чиято дължина достигаше 75 м и тежеше около 4000 тона.

Няколко хиляди тона сребърна тел влязоха в намотките на този електромагнит.

Цялата работа (с изключение на цената на среброто на стойност 300 милиона долара, което Държавната хазна предостави само временно) струва 400 милиона долара. Само за електроенергията, изразходвана от калутрона, Министерството на отбраната плати 10 милиона. Голяма част от оборудването във фабриката в Оук Ридж превъзхождаше по мащаб и прецизност всичко, разработвано някога в тази област.

Но всички тези разходи не бяха напразни. След като са похарчили общо около 2 милиарда долара, американските учени до 1944 г. създават уникална технология за обогатяване на уран и производство на плутоний. Междувременно в лабораторията в Лос Аламос работеха върху дизайна на самата бомба. Принципът на действието му беше като цяло ясен от дълго време: делящото се вещество (плутоний или уран-235) трябваше да бъде прехвърлено в критично състояние по време на експлозията (за да възникне верижна реакция, масата на зарядът трябва да е дори забележимо по-голям от критичния) и облъчен с неутронен лъч, което води до началото на верижна реакция.

Според изчисленията критичната маса на заряда надхвърля 50 килограма, но може да бъде значително намалена. Като цяло големината на критичната маса е силно повлияна от няколко фактора. Колкото по-голяма е повърхността на заряда, толкова повече неутрони се излъчват безполезно в околното пространство. Сферата има най-малката повърхност. Следователно сферичните заряди, при равни други условия, имат най-малката критична маса. Освен това стойността на критичната маса зависи от чистотата и вида на делящите се материали. Тя е обратно пропорционална на квадрата на плътността на този материал, което позволява, например, чрез удвояване на плътността, да се намали критичната маса с фактор четири. Необходимата степен на подкритичност може да се получи, например, чрез уплътняване на делящия се материал поради експлозията на конвенционален експлозивен заряд, направен под формата на сферична обвивка, заобикаляща ядрения заряд. Критичната маса може да бъде намалена и чрез обграждане на заряда с екран, който отразява добре неутроните. Като такъв екран могат да се използват олово, берилий, волфрам, естествен уран, желязо и много други.

Един от възможните дизайни на атомната бомба се състои от две парчета уран, които, когато се комбинират, образуват маса, по-голяма от критичната. За да предизвикате експлозия на бомба, трябва да ги съберете възможно най-бързо. Вторият метод се основава на използването на сближаваща се навътре експлозия. В този случай потокът от газове от конвенционален експлозив беше насочен към делящия се материал, намиращ се вътре, и го компресира, докато достигне критична маса. Свързването на заряда и интензивното му облъчване с неутрони, както вече беше споменато, предизвиква верижна реакция, в резултат на която през първата секунда температурата се повишава до 1 милион градуса. През това време само около 5% от критичната маса успяха да се отделят. Останалата част от заряда в ранните проекти на бомби се изпари без
всяко добро.

Първата атомна бомба в историята (наречена "Троица") е сглобена през лятото на 1945 г. А на 16 юни 1945 г. на ядрения полигон в пустинята Аламогордо (Ню Мексико) е извършена първата атомна експлозия на Земята. Бомбата е поставена в центъра на полигона на върха на 30-метрова стоманена кула. Около него на голямо разстояние е поставено записващо оборудване. На 9 км имаше наблюдателен пункт, а на 16 км - команден пункт. Атомната експлозия направи огромно впечатление на всички свидетели на това събитие. Според описанието на очевидци, имало усещане, че много слънца са се слели в едно и са осветили полигона наведнъж. Тогава над равнината се появи огромна огнена топка и кръгъл облак от прах и светлина започна бавно и зловещо да се издига към нея.

След като излетя от земята, това огнено кълбо излетя на височина над три километра за няколко секунди. С всеки миг той нарастваше, скоро диаметърът му достигна 1,5 км и бавно се издигна в стратосферата. След това огненото кълбо отстъпи място на колона от въртящ се дим, който се простираше на височина от 12 км, приемайки формата на гигантска гъба. Всичко това беше придружено от страшен рев, от който земята трепереше. Мощността на взривената бомба надмина всички очаквания.

Веднага щом радиационната ситуация позволи, няколко резервоара Sherman, облицовани с оловни плочи отвътре, се втурнаха в зоната на експлозията. На един от тях беше Ферми, който нямаше търпение да види резултатите от работата си. Пред очите му се появи мъртва изгорена земя, върху която целият живот беше унищожен в радиус от 1,5 км. Пясъкът се сгуши в стъклена зеленикава кора, която покри земята. В огромен кратер лежаха осакатените останки от стоманена опорна кула. Силата на експлозията се оценява на 20 000 тона тротил.

Следващата стъпка беше да бъде бойна употребаатомна бомба срещу Япония, която след капитулацията на фашистка Германия сама продължи войната със САЩ и техните съюзници. Тогава нямаше ракети-носители, така че бомбардирането трябваше да се извърши от самолет. Компонентите на двете бомби бяха транспортирани с голямо внимание от USS Indianapolis до остров Тиниан, където беше базирана 509-та композитна група на ВВС на САЩ. По вид заряд и дизайн тези бомби бяха малко по-различни една от друга.

Първата атомна бомба - "Бебе" - беше авиационна бомба с големи размери с атомен заряд от високо обогатен уран-235. Дължината му беше около 3 м, диаметър - 62 см, тегло - 4,1 тона.

Втората атомна бомба - "Дебелият човек" - със заряд от плутоний-239 имаше яйцевидна форма с голям стабилизатор. Дължината му
беше 3,2 м, диаметър 1,5 м, тегло - 4,5 тона.

На 6 август бомбардировачът B-29 Enola Gay на полковник Тибетс хвърли „Хлапето“ над големия японски град Хирошима. Бомбата беше хвърлена с парашут и експлодира, както беше планирано, на височина 600 м от земята.

Последствията от експлозията са ужасни. Дори на самите пилоти гледката на мирния град, унищожен от тях за миг, направи потискащо впечатление. По-късно един от тях призна, че в този момент са видели най-лошото нещо, което човек може да види.

За тези, които бяха на земята, това, което се случваше, изглеждаше като истински ад. На първо място гореща вълна премина над Хирошима. Действието му продължи само няколко мига, но беше толкова мощно, че разтопи дори плочки и кварцови кристали в гранитни плочи, превърна телефонните стълбове във въглища на разстояние от 4 км и накрая така изпепели човешки тела, че от тях останаха само сенки върху асфалтовата настилка или по стените на къщите. Тогава чудовищен порив на вятъра избяга изпод огнената топка и се втурна над града със скорост от 800 км / ч, помитайки всичко по пътя си. Къщите, които не издържаха на яростния му натиск, рухнаха като посечени. В гигантски кръг с диаметър 4 км не е останала непокътната нито една сграда. Няколко минути след експлозията над града се изсипа черен радиоактивен дъжд - тази влага се превърна в пара, кондензирана в високи слоевеатмосфера и пада на земята под формата на големи капчици, смесени с радиоактивен прах.

След дъжда нов порив на вятъра връхлетя града, като този път духаше по посока на епицентъра. Той беше по-слаб от първия, но все още достатъчно силен, за да изкорени дървета. Вятърът разпалил гигантски огън, в който горяло всичко, което можело да гори. От 76 000 сгради 55 000 са напълно разрушени и изгорени. Свидетели на тази ужасна катастрофа си спомниха хора-факли, от които изгорели дрехи паднаха на земята заедно с парчета кожа, и тълпи обезумели хора, покрити с ужасни изгаряния, които се втурнаха с писъци по улиците. Във въздуха се носеше задушлива миризма на изгоряла човешка плът. Хората лежаха навсякъде, мъртви и умиращи. Имаше много слепи и глухи, които, бъркайки във всички посоки, не можеха да различат нищо в хаоса, който цареше наоколо.

Нещастниците, които са били от епицентъра на разстояние до 800 м, са изгорели за част от секундата в буквалния смисъл на думата - вътрешностите им са се изпарили, а телата им са се превърнали в буци димящи въглища. Разположени на разстояние 1 км от епицентъра, те са били поразени от лъчева болест в изключително тежка форма. След няколко часа те започнаха да повръщат силно, температурата скочи до 39-40 градуса, появиха се задух и кървене. След това по кожата се появиха незаздравяващи язви, съставът на кръвта се промени драстично и косата падна. След ужасни страдания, обикновено на втория или третия ден, настъпваше смърт.

Общо около 240 хиляди души са загинали от експлозията и лъчевата болест. Около 160 хиляди са получили лъчева болест в по-лека форма - мъчителната им смърт е отложена с няколко месеца или години. Когато новината за катастрофата се разпространи из цялата страна, цяла Япония беше парализирана от страх. Той се увеличи още повече, след като самолетът Box Car на майор Суини хвърли втора бомба над Нагасаки на 9 август. Тук също са убити и ранени няколкостотин хиляди жители. Неспособно да устои на новите оръжия, японското правителство капитулира – атомната бомба слага край на Втората световна война.

Войната свърши. Продължи само шест години, но успя да промени света и хората почти до неузнаваемост.

Човешката цивилизация преди 1939 г. и човешката цивилизацияслед 1945 г. са поразително различни един от друг. Има много причини за това, но една от най-важните е появата на ядрени оръжия. Без преувеличение може да се каже, че сянката на Хирошима лежи над цялата втора половина на 20 век. Това се превърна в дълбоко морално изгаряне за много милиони хора, както тези, които са били съвременници на тази катастрофа, така и тези, родени десетилетия след нея. Съвременният човек вече не може да мисли за света така, както се е мислил преди 6 август 1945 г. - той разбира твърде ясно, че този свят може да се превърне в нищо за няколко мига.

Съвременният човек не може да гледа на войната, както са гледали неговите дядовци и прадядовци - той знае със сигурност, че тази война ще бъде последната и в нея няма да има нито победители, нито победени. Ядрените оръжия са оставили своя отпечатък във всички сфери Публичен живот, а съвременната цивилизация не може да живее по същите закони като преди шестдесет или осемдесет години. Никой не разбираше това по-добре от самите създатели на атомната бомба.

„Хората на нашата планета Робърт Опенхаймер пише, трябва да се обедини. Ужасът и разрухата, посята от последната война, ни налага тази мисъл. Експлозиите на атомни бомби го доказаха с цялата си жестокост. Други хора в други времена са казвали подобни думи - само за други оръжия и други войни. Не успяха. Но който днес каже, че тези думи са безполезни, се заблуждава от превратностите на историята. Не можем да бъдем убедени в това. Резултатите от нашия труд не оставят друг избор на човечеството, освен да създаде единен свят. Свят, основан на закона и хуманизма."

Този, който изобрети атомната бомба, дори не можеше да си представи какви трагични последици може да доведе това чудо изобретение на 20-ти век. Преди това супероръжие да бъде изпитано от жителите на японските градове Хирошима и Нагасаки, беше изминат много дълъг път.

Едно начало

През април 1903 г. приятелите на Пол Ланжевен се събират в парижката градина на Франция. Поводът бе защитата на дисертацията на младия и талантлив учен Мария Кюри. Сред изтъкнатите гости беше и известният английски физик сър Ърнест Ръдърфорд. В разгара на забавлението светлините бяха изгасени. обяви на всички, че сега ще има изненада. С тържествен вид Пиер Кюри внесе малка епруветка с радиеви соли, която светеше със зелена светлина, предизвиквайки изключителна наслада сред присъстващите. В бъдеще гостите разгорещено обсъждаха бъдещето на това явление. Всички бяха единодушни, че благодарение на радия ще се реши острият проблем с липсата на енергия. Това вдъхнови всички за нови изследвания и по-нататъшни перспективи. Ако тогава им беше казано, че лабораторна работа с радиоактивни елементи ще постави основата на едно ужасно оръжие на 20 век, не се знае каква щеше да бъде реакцията им. Тогава започва историята на атомната бомба, отнела живота на стотици хиляди японци цивилни.

Игра пред кривата

На 17 декември 1938 г. немският учен Ото Ган получава неопровержими доказателства за разпадането на урана на по-малки елементарни частици. Всъщност той успя да раздели атома. AT научен святто се смяташе за нов крайъгълен камък в историята на човечеството. Ото Гън не споделя политическите възгледи на Третия райх. Ето защо през същата 1938 г. ученият е принуден да се премести в Стокхолм, където заедно с Фридрих Щрасман продължава своето научно изследване. Страхувайки се, че фашистка Германия ще бъде първата, която ще получи ужасно оръжие, той пише писмо с предупреждение за това. Новината за възможна следа силно разтревожи правителството на САЩ. Американците започнаха да действат бързо и решително.

Кой създаде атомната бомба? американски проект

Още преди групата, много от които бяха бежанци от нацисткия режим в Европа, да получи задачата да разработи ядрено оръжие. Заслужава да се отбележи, че първоначалното изследване е извършено в нацистка Германия. През 1940 г. правителството на Съединените американски щати започва финансиране собствена програмаза разработването на атомни оръжия. За реализацията на проекта беше отделена невероятна сума от два и половина милиарда долара. Изключителни физици от 20-ти век бяха поканени да изпълнят този таен проект, включително повече от десет Нобелови лауреати. Общо бяха включени около 130 хиляди служители, сред които бяха не само военни, но и цивилни. Екипът за разработка беше ръководен от полковник Лесли Ричард Гроувс, с ръководител Робърт Опенхаймер. Той е човекът, изобретил атомната бомба. В района на Манхатън е построена специална секретна инженерна сграда, която ни е известна под кодовото име "Проект Манхатън". През следващите няколко години учените от секретния проект работиха върху проблема с ядреното делене на уран и плутоний.

Немирният атом от Игор Курчатов

Днес всеки ученик ще може да отговори на въпроса кой е изобретил атомната бомба в Съветския съюз. И тогава, в началото на 30-те години на миналия век, никой не знаеше това.

През 1932 г. академик Игор Василиевич Курчатов е един от първите в света, които започват да изучават атомното ядро. Събирайки около себе си съмишленици, Игор Василиевич през 1937 г. създава първия циклотрон в Европа. През същата година той и негови съмишленици създават първите изкуствени ядра.

През 1939 г. И. В. Курчатов започва да изучава ново направление - ядрена физика. След няколко лабораторни успеха в изучаването на този феномен, ученият разполага с класифицирана Изследователски център, която получи името „Лаборатория No2“. Днес този таен обект се нарича "Арзамас-16".

Целевата насока на този център беше сериозно изследване и разработване на ядрени оръжия. Сега става ясно кой е създал атомната бомба в Съветския съюз. Тогава в екипа му имаше само десет души.

да бъде атомна бомба

До края на 1945 г. Игор Василиевич Курчатов успя да събере сериозен екип от учени, наброяващ повече от сто души. Най-добрите умове от различни научни специалности дойдоха в лабораторията от цялата страна, за да създадат атомни оръжия. След като американците хвърлиха атомната бомба над Хирошима, съветските учени разбраха, че това може да се направи с съветски съюз. "Лаборатория № 2" получава рязко увеличение на финансирането от ръководството на страната и голям приток на квалифициран персонал. Лаврентий Павлович Берия е назначен за отговорен за такъв важен проект. Огромният труд на съветските учени даде своите плодове.

Полигон Семипалатинск

Атомната бомба в СССР е тествана за първи път на полигона в Семипалатинск (Казахстан). На 29 август 1949 г. ядрено устройство с мощност 22 килотона разтърси казахстанската земя. Нобелов лауреат, физик Ото Ханц, каза: „Това е добра новина. Ако Русия има атомно оръжие, тогава няма да има война. Именно тази атомна бомба в СССР, кодирана като продукт номер 501 или RDS-1, елиминира американския монопол върху ядрените оръжия.

Атомна бомба. Година 1945

В ранната сутрин на 16 юли проектът Манхатън проведе първия си успешен тест на атомно устройство - плутониева бомба - на полигона Аламогордо в Ню Мексико, САЩ.

Парите, инвестирани в проекта, бяха добре изразходвани. Първият в историята на човечеството е произведен в 5:30 сутринта.

„Ние свършихме работата на дявола“, ще каже по-късно онзи, който изобрети атомната бомба в Съединените щати, по-късно наречен „бащата на атомната бомба“.

Япония не капитулира

По времето на окончателното и успешно изпитание на атомната бомба съветски войскии съюзниците най-накрая победиха нацистка Германия. Въпреки това имаше една държава, която обеща да се бори докрай за господство в Тихия океан. От средата на април до средата на юли 1945 г. японската армия многократно извършва въздушни удари срещу съюзническите сили, като по този начин нанася тежки загуби на армията на САЩ. В края на юли 1945 г. милитаристичното правителство на Япония отхвърли искането на съюзниците за капитулация в съответствие с Потсдамската декларация. В него по-специално се казва, че в случай на неподчинение японската армия ще бъде изправена пред бързо и пълно унищожение.

Президентът се съгласява

Американското правителство удържа на думата си и започна целенасочени бомбардировки на японските военни позиции. Въздушните удари не доведоха до желания резултат и президентът на САЩ Хари Труман взема решение за нахлуването на американски войски в Япония. Военното командване обаче разубеждава президента си от подобно решение, позовавайки се на факта, че американската инвазия ще доведе до голям брой жертви.

По предложение на Хенри Луис Стимсън и Дуайт Дейвид Айзенхауер беше решено да се използват повече ефективен методкрая на войната. Голям поддръжник на атомната бомба, президентският секретар на САЩ Джеймс Франсис Бърнс, вярваше, че бомбардирането на японски територии най-накрая ще сложи край на войната и ще постави Съединените щати в доминираща позиция, което ще повлияе положително на бъдещия ход на събитията след военен свят. Така президентът на САЩ Хари Труман е убеден, че това е единственият правилен вариант.

Атомна бомба. Хирошима

Малкият японски град Хирошима, с население от малко над 350 000 души, беше избран за първа цел, разположен на петстотин мили от столицата на Япония, Токио. След като модифицираният бомбардировач Enola Gay B-29 пристигна в американската военноморска база на остров Тиниан, на борда на самолета беше монтирана атомна бомба. Хирошима трябваше да изпита въздействието на 9000 фунта уран-235.

Това невиждано досега оръжие е било предназначено за цивилни жители на малък японски град. Командирът на бомбардировача беше полковник Пол Уорфийлд Тибетс младши. Американската атомна бомба носеше циничното име „Бебе“. Сутринта на 6 август 1945 г., около 8:15 часа, американският "Бейби" е свален на японската Хирошима. Около 15 хиляди тона TNT унищожи целия живот в радиус от пет квадратни мили. Сто и четиридесет хиляди жители на града загинаха за секунди. Оцелелите японци умряха в мъчителна смърт от лъчева болест.

Те бяха унищожени от американския атомен "Кид". Опустошението на Хирошима обаче не доведе до незабавна капитулация на Япония, както всички очакваха. Тогава беше решено да се извърши нова бомбардировка на японската територия.

Нагасаки. Небето в пламъци

Американската атомна бомба "Fat Man" е монтирана на борда на самолет B-29 на 9 август 1945 г. на едно и също място, във военноморската база на САЩ в Тиниан. Този път командир на самолета беше майор Чарлз Суини. Първоначално стратегическата цел беше град Кокура.

въпреки това метеорологично времене е позволено да изпълни плана, възпрепятствано от голяма облачност. Чарлз Суини отиде във втори кръг. В 11:02 сутринта американският ядрен кораб Fat Man погълна Нагасаки. Това беше по-мощен разрушителен въздушен удар, който по своята сила беше няколко пъти по-висок от бомбардировката в Хирошима. Нагасаки тества атомно оръжие с тегло около 10 000 паунда и 22 килотона TNT.

Географското положение на японския град намали очаквания ефект. Работата е там, че градът е разположен в тясна долина между планините. Следователно унищожаването на 2,6 квадратни мили не разкрива пълния потенциал на американските оръжия. Тестът на атомната бомба в Нагасаки се счита за неуспешния „Проект Манхатън“.

Япония се предаде

Следобед на 15 август 1945 г. император Хирохито обявява капитулацията на страната си в радиообръщение към народа на Япония. Тази новина бързо се разпространи по света. В Съединените американски щати започнаха тържествата по повод победата над Япония. Народът се зарадва.

На 2 септември 1945 г. официално споразумение за прекратяване на войната е подписано на борда на USS Missouri, закотвен в Токийския залив. Така приключи най-жестоката и кръвопролитна война в историята на човечеството.

Шест дълги години световната общност върви към това значима дата- от 1 септември 1939 г., когато са дадени първите изстрели на нацистка Германия на територията на Полша.

Мирен атом

В Съветския съюз са извършени общо 124 ядрени експлозии. Характерно е, че всички те са извършени в полза на националната икономика. Само три от тях са аварии с изпускане на радиоактивни елементи. Програми за използване на мирен атом са реализирани само в две страни - САЩ и СССР. Ядрената мирна енергетика знае пример за глобална катастрофа, когато години наред на четвъртия енергоблок АЕЦ Чернобилреакторът избухна.

Въведение

Интересът към историята на възникването и значението на ядрените оръжия за човечеството се определя от значимостта на редица фактори, сред които може би първият ред заемат проблемите за осигуряване на баланс на силите на световната арена и значението на изграждането на система за ядрено възпиране на военна заплаха за държавата. Наличието на ядрени оръжия винаги има определено влияние, пряко или косвено, върху социално-икономическата ситуация и политическия баланс на силите в „държавите собственици" на такива оръжия. Това, наред с други неща, определя актуалността на проблема за изследване ние сме избрали. Проблемът за развитието и значението на използването на ядрени оръжия за осигуряване на националната сигурност на държавата е доста актуален в националната наука повече от десетилетие и тази тема все още не е изчерпана.

Обект на това изследване са атомните оръжия в модерен свят, предмет на изследване е историята на създаването на атомната бомба и нейното технологично устройство. Новостта на работата се състои в това, че проблемът за атомното оръжие е обхванат от гледна точка на редица области: ядрена физика, национална сигурност, история, външна политика и разузнаване.

Целта на тази работа е да се проучи историята на създаването и ролята на атомната (ядрена) бомба за осигуряване на мир и ред на нашата планета.

За постигането на тази цел в работата бяха решени следните задачи:

характеризира се понятието „атомна бомба“, „ядрено оръжие“ и др.;

разглеждат се предпоставките за възникване на атомно оръжие;

разкриват се причините, подтикнали човечеството да създаде атомни оръжия и да ги използва.

анализира структурата и състава на атомната бомба.

Поставената цел и задачи определят структурата и логиката на изследването, което се състои от увод, два раздела, заключение и списък на използваните източници.

АТОМНА БОМБА: СЪСТАВ, БОЙНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ЦЕЛ НА СЪЗДАВАНЕ

Преди да започнете да изучавате структурата на атомната бомба, е необходимо да разберете терминологията по този въпрос. Така че в научните среди има специални термини, които отразяват характеристиките на атомните оръжия. Сред тях изтъкваме следното:

Атомна бомба - оригиналното име на авиационна ядрена бомба, чието действие се основава на експлозивна верижна реакция на ядрено делене. С появата на т. нар. водородна бомба, базирана на реакция на термоядрен синтез, се утвърди общото наименование за тях - ядрена бомба.

Ядрената бомба е авиационна бомба с ядрен заряд, която има голяма разрушителна сила. Първите две ядрени бомби с тротилов еквивалент около 20 kt всяка са хвърлени от американски самолети над японските градове Хирошима и Нагасаки съответно на 6 и 9 август 1945 г. и причиняват огромни жертви и разрушения. Съвременните ядрени бомби имат тротилов еквивалент от десетки до милиони тонове.

Ядрените или атомните оръжия са експлозивни оръжия, базирани на използването на ядрена енергия, освободена по време на верижна реакция на ядрено делене на тежки ядра или реакция на термоядрен синтез на леки ядра.

Отнася се за оръжия за масово унищожение (ОМУ) заедно с биологични и химически оръжия.

Ядрено оръжие - набор от ядрени оръжия, средства за тяхното доставяне до целта и контроли. Отнася се за оръжия за масово унищожение; има огромна разрушителна сила. Поради горната причина САЩ и СССР инвестираха много в разработването на ядрени оръжия. Според мощността на зарядите и обхвата на действие ядрените оръжия се делят на тактически, оперативно-тактически и стратегически. Използването на ядрени оръжия във война е пагубно за цялото човечество.

Ядрената експлозия е процес на мигновено освобождаване на голямо количество вътрешноядрена енергия в ограничен обем.

Действието на атомните оръжия се основава на реакцията на делене на тежки ядра (уран-235, плутоний-239 и в някои случаи уран-233).

Уран-235 се използва в ядрени оръжия, защото, за разлика от по-разпространения изотоп уран-238, той може да извърши самоподдържаща се ядрена верижна реакция.

Плутоний-239 се нарича още "оръжеен плутоний", защото предназначен е за създаване на ядрени оръжия и съдържанието на изотопа 239Pu трябва да бъде поне 93,5%.

За да отразим структурата и състава на атомната бомба, като прототип анализираме плутониевата бомба „Дебелия човек“ (фиг. 1), хвърлена на 9 август 1945 г. над японския град Нагасаки.

експлозия на атомна ядрена бомба

Фигура 1 - Атомна бомба "Fat Man"

Оформлението на тази бомба (типично за плутониеви еднофазни боеприпаси) е приблизително следното:

Неутронен инициатор - берилиево топче с диаметър около 2 cm, покрито с тънък слой итрий-полониева сплав или метал полоний-210 - основният източник на неутрони за рязко намаляване на критичната маса и ускоряване на началото на реакцията. Той стреля в момента на прехвърляне на бойното ядро в суперкритично състояние (по време на компресията се получава смес от полоний и берилий с освобождаване на голям брой неутрони). Понастоящем, в допълнение към този тип иницииране, по-често се среща термоядрено иницииране (TI). Термоядрен инициатор (ТИ). Той се намира в центъра на заряда (подобно на NI), където се намира малко количество термоядрен материал, чийто център се нагрява от конвергентна ударна вълна и в процеса на термоядрена реакция на фона на при възникнали температури се произвежда значително количество неутрони, достатъчно за неутронно иницииране на верижна реакция (фиг. 2).

Плутоний. Използвайте най-чистия изотоп плутоний-239, но за да увеличите стабилността физични свойства(плътност) и подобряване на свиваемостта на заряда плутоний се легира с малко количество галий.

Черупка (обикновено направена от уран), която служи като рефлектор на неутрони.

Компресионна обвивка от алуминий. Осигурява по-голяма равномерност на компресия от ударна вълна, като в същото време предпазва вътрешните части на заряда от директен контакт с експлозиви и горещи продукти от разпадането му.

Експлозив със сложна детонационна система, която осигурява синхронизиране на детонацията на целия експлозив. Синхронността е необходима за създаване на строго сферична компресивна (насочена вътре в топката) ударна вълна. Несферична вълна води до изхвърляне на материала на топката чрез нехомогенност и невъзможност за създаване на критична маса. Създаването на такава система за локализиране на експлозиви и детонация навремето беше една от най-трудните задачи. Използва се комбинирана схема (система от лещи) от "бързи" и "бавни" ВВ.

Корпус от дуралуминиеви щамповани елементи - два сферични капака и колан, свързани с болтове.

Фигура 2 - Принципът на действие на плутониевата бомба

Центърът на ядрената експлозия е точката, в която възниква светкавица или се намира центърът на огненото кълбо, а епицентърът е проекцията на центъра на експлозията върху земната или водната повърхност.

Ядрените оръжия са най-мощният и опасен вид оръжия за масово унищожение, заплашващи цялото човечество с безпрецедентно унищожение и унищожаване на милиони хора.

Ако се случи експлозия на земята или доста близо до нейната повърхност, тогава част от енергията на експлозията се прехвърля на земната повърхност под формата на сеизмични вибрации. Получава се явление, което по своите характеристики наподобява земетресение. В резултат на такава експлозия се образуват сеизмични вълни, които се разпространяват през дебелината на земята на много големи разстояния. Разрушителното действие на вълната е ограничено до радиус от няколкостотин метра.

В резултат на изключително високата температура на експлозията възниква ярка светлинна вълна, чийто интензитет е стотици пъти по-голям от интензитета на слънчевите лъчи, падащи върху Земята. Светкавицата освобождава огромно количество топлина и светлина. Светлинното излъчване причинява спонтанно запалване на запалими материали и изгаря кожата на хората в радиус от много километри.

Ядрената експлозия произвежда радиация. Той трае около минута и има толкова висока проникваща способност, че са необходими мощни и надеждни убежища за защита от него на близки разстояния.

Ядрената експлозия е в състояние незабавно да унищожи или обезвреди незащитени хора, открито стоящо оборудване, конструкции и различни материални ресурси. Основните увреждащи фактори на ядрената експлозия (PFYAV) са:

ударна вълна;

светлинно излъчване;

проникваща радиация;

радиоактивно замърсяване на района;

електромагнитен импулс (EMP).

При ядрен взрив в атмосферата разпределението на освободената енергия между PNF е приблизително следното: около 50% за ударната вълна, 35% за дела на светлинното лъчение, 10% за радиоактивното замърсяване и 5% за проникващото радиация и ЕМП.

Радиоактивното замърсяване на хора, военна техника, терен и различни обекти по време на ядрен взрив се причинява от фрагменти на делене на веществото на заряда (Pu-239, U-235) и нереагиралата част от заряда, падаща от облака на експлозията, както и като радиоактивни изотопи, образувани в почвата и други материали под въздействието на неутрони - индуцирана активност. С течение на времето активността на фрагментите от делене бързо намалява, особено в първите часове след експлозията. Така например общата активност на фрагментите от делене по време на експлозия ядрени оръжиямощност от 20 kT за един ден ще бъде няколко хиляди пъти по-малко от една минута след експлозията.