Neutrónový iniciátor pre atómovú bombu. dieťa (bomba)

Počas vytvárania atómových zbraní v rámci projektu Manhattan sa súčasne pracovalo na vytvorení dvoch jadrových bômb - uránu a plutónia.

Po testovaní prvého jadrového náboja "Gadget" (prototyp plutóniovej bomby "FatMan" - ďalší, pripravený na použitie, bol urán "LittleBoy". Práve on bol zhodený na Hirošimu 6. augusta 1945. Výroba ďalšieho „Baby“ by si vyžiadala mesiace akumulácie uránu, preto druhou zhodenou bombou bol „Fat Man“, zostavený na ostrove Tinian krátko pred jej použitím. .

Počiatočná montáž Fat Man sa uskutočnila na námornej základni Saltwells v Kalifornii Konečná montáž a inštalácia plutóniového jadra bola vykonaná na ostrove Tinian v Tichom oceáne, kde bola dokončená konštrukcia prvej bojovej plutóniovej nálože Druhý úder po Hirošime mal byť pôvodne vykonaný na Kokuru, niekoľko dní po prvom útoku, ale kvôli poveternostným podmienkam bolo mesto Nagasaki zbombardované.

Uránová atómová bomba Little Boy.
Uránová nálož v bombe pozostáva z dvoch častí: terča a projektilu. Projektil s priemerom 10 centimetrov a dĺžkou 16 centimetrov je súpravou šiestich uránových krúžkov. Obsahuje asi 25,6 kg – 40 % všetkého uránu. Krúžky v projektile sú podopreté kotúčom z karbidu volfrámu a oceľovými platňami a sú umiestnené v oceľovom plášti. Terč má hmotnosť 38,46 kg a je vyrobený v tvare dutého valca s priemerom 16 cm a dĺžkou 16 cm, konštrukčne je vyrobený vo forme dvoch samostatných polovíc. Terč je namontovaný v kryte, ktorý slúži ako reflektor neutrónov. V zásade množstvo uránu použitého v bombe dáva kritickú hmotnosť aj bez reflektora, ale jeho prítomnosť, ako aj výroba projektilu z obohateného uránu (89 % U-235) ako je cieľ (~ 80 % U-235), umožňuje zvýšenie nabíjacieho výkonu.

Proces obohacovania uránu prebiehal v 3 etapách. Pôvodne bola prírodná ruda (0,72 % uránu) obohatená na 1 – 1,5 % v tepelnej difúznej prevádzke. Nasledovala inštalácia plynovej difúzie a posledná etapa - elektromagnetický separátor, ktorý už vykonával separáciu izotopov uránu. Na výrobu „dieťaťa“ bolo potrebných 64 kg obohateného uránu, čo je ~2,5 kritickej hmotnosti. Do leta 1945 sa nahromadilo asi 50 kg 89 % U-235 a 14 kg 50 % U-235. V dôsledku toho bola celková koncentrácia ~ 80 %. Ak porovnáme tieto ukazovatele s plutóniovým jadrom, ktorého hmotnosť Pu-239 bola iba ~ 6 kilogramov a obsahovalo približne 5 kritických hmotností, ukáže sa hlavná nevýhoda uránového projektu: ťažkosti so zabezpečením vysokej superkritickosti štiepnej látky. čo má za následok nízku účinnosť zbraní.

Aby sa predišlo náhodnej reťazovej reakcii, terč obsahuje bórovú zátku a projektil je zapustený v bórovom obale. Bór je dobrý absorbér neutrónov, čím zvyšuje bezpečnosť pri preprave a skladovaní nabitej munície. Keď strela dosiahne cieľ, jeho plášť odletí a zátka v terči sa z neho vysunie.

Zostavený plášť bomby pozostáva z telesa z karbidu volfrámu (slúžiace ako reflektor neutrónov), obklopeného oceľovým plášťom s priemerom približne 60 cm. Celková hmotnosť tejto konštrukcie je asi 2,3 tony. Karbidové teleso je inštalované v otvore vyvŕtané v plášti, do ktorého je namontovaný terč. Dno tohto otvoru môže obsahovať jeden alebo viac berýliovo-polóniových iniciátorov. Hlaveň, po ktorej sa pohybuje uránová strela, je pevne navlečená na oceľovom tele terča, bola požičaná zo 75 mm protilietadlového kanónu a vyvŕtaná, aby sa zmestila na 100 mm. Dĺžka hlavne je približne 2 m, hmotnosť - 450 kg a záver - 34 kg. Ako hnací plyn sa používa bezdymový prášok. Rýchlosť strely v hlavni dosahuje asi 300 m/s, na jej uvedenie do pohybu je potrebná sila minimálne 300 kN.

Little Boy bola extrémne nebezpečná bomba na skladovanie a prepravu. Detonácia, dokonca aj náhodná, hnacej látky (poháňajúca projektil) spôsobí jadrový výbuch. Z tohto dôvodu sa letecký pozorovateľ a špecialista na zbrane S. Parsons rozhodol nabiť pušný prach do bomby až po štarte. Pri dostatočne silnom náraze pri páde sa však projektil môže začať pohybovať bez pomoci pušného prachu, čo môže viesť k výbuchu od niekoľkých ton až po plný výkon. Malý chlapec je tiež nebezpečný, ak sa dostane do vody. Urán vo vnútri - celkovo niekoľko kritických hmôt - je oddelený vzduchom. Ak sa voda dostane dovnútra, môže hrať úlohu sprostredkovateľa, čo vedie k reťazovej reakcii. To bude mať za následok rýchle roztavenie alebo malý výbuch, pri ktorom sa uvoľní veľké množstvo rádioaktívneho materiálu.

Montáž a používanie Little Boy.
Prvé komponenty strely boli dokončené v Los Alamos 15. júna 1945 a kompletne vyrobené boli do 3. júla.

14. júla bol Little Boy a jeho uránová škrupina naložená na loď Indianapolis a 16. júna vyrazili na ostrov. Tinian, Mariánske ostrovy. Loď dorazila na ostrov 26. júla.

24. júla bol bombový cieľ dokončený a 26. dňa boli komponenty vylietané na troch C-54 z Albuquerque a do Tinianu dorazili 28. dňa.

31. júla bol vo vnútri bomby nainštalovaný terč a projektil. Jadrový útok bol naplánovaný na nasledujúci deň, 1. augusta, no blížiaci sa tajfún si vynútil operáciu odložiť o 5 dní.

6. august:
00:00 Posledné stretnutie, gól – Hirošima. Pilot - Tibbets, 2. pilot - Lewis.
02:45 Bombardér vzlietol.
07:30 Bomba je úplne pripravená na zhodenie.
08:50 Lietadlo letí nad japonským ostrovom Šikoku.
09:16:02 Little Boy exploduje vo výške 580 m. Sila výbuchu: 12-18 kt, podľa neskorších odhadov - 15 kt (+/- 20%).

Pri takejto sile výbuchu je výška, v ktorej došlo k výbuchu, optimálna pre tlak rázovej vlny 12 psi (libier na štvorcový palec), t.j. aby sa maximalizovala plocha vystavená tlaku 12 psi alebo viac. Na zničenie mestských budov stačí tlak 5 psi, čo zodpovedá výške ~860, takže pri takejto výške by mohli byť obete a zničenie ešte väčšie. Vzhľadom na neistotu pri určovaní výkonu a veľké množstvo dôvodov, ktoré by mohli spôsobiť zníženie sily výbuchu, bola výška zvolená stredne nízka, ako v prípade malej nálože. Výška 580 m je optimálna pre výbuch 5 kt.

Atómová plutóniová bomba Fat Man.

Jadro bomby je súbor guľôčok vnorených do seba. Tu sú uvedené v poradí vnorenia, sú uvedené rozmery vonkajších polomerov gúľ:

* výbušný náboj - 65 cm,
* "tlačidlo"/absorbér neutrónov - 23 cm,
* uránové puzdro/neutrónový reflektor - 11,5 cm,
* jadro plutónia - 4,5 cm,
* berýliovo-polóniový neutrónový iniciátor - 1 cm.

Neutrónový iniciátor.
Prvý stupeň, neutrónový iniciátor, nazývaný aj Urchin, je berýliový sférický obal s priemerom 2 cm a hrúbkou 0,6 cm.V jeho vnútri sa nachádza berýliová vložka s priemerom 0,8 cm. Celková hmotnosť konštrukcie je asi 7 gramov. Na vnútornom povrchu plášťa je vytvorených 15 klinových štrbín s hĺbkou 2,09 mm. Samotná škrupina sa získava lisovaním za horúca v atmosfére karbonylniklu, jej povrch a vnútorná guľa sú pokryté vrstvou niklu a zlata. 50 kúrie polónia-210 (11 mg) sa uložilo na vnútornú guľu a praskliny v škrupine. Vrstvy zlata a niklu chránia berýlium pred časticami alfa emitovanými polóniom alebo plutóniom obklopujúcim iniciátor. Iniciátor je namontovaný na konzole vo vnútri dutiny s priemerom 2,5 cm v jadre plutónia.

Urchin sa aktivuje, keď rázová vlna dosiahne stred náboja. Keď rázová vlna dosiahne steny vnútornej dutiny v plutóniu, rázová vlna z odpareného plutónia pôsobí na iniciátor, rozdrví medzery polóniom a vytvorí Munroeov efekt - silné prúdy materiálu, ktoré rýchlo zmiešajú polónium a berýlium z plutónia. vonkajšie a vnútorné sféry. Alfa častice emitované Po-210 sú absorbované atómami berýlia, ktoré zase emitujú neutróny.

Plutóniový náboj.
Deväťcentimetrová guľa s 2,5 cm dutinou v strede pre neutrónový iniciátor. Túto formu náboja navrhol Robert Christy na zníženie asymetrie a nestability počas implózie.

Plutónium v ​​jadre sa stabilizuje vo fáze delta s nízkou hustotou (hustota 15,9) jeho fúziou s 3 % gália na množstvo látky (0,8 % hm.). Výhody použitia delta fázy oproti hustejšej alfa fáze (hustota 19,2) sú v tom, že delta fáza je tvárna a ohybná, zatiaľ čo alfa fáza je krehká a krehká, navyše stabilizácia plutónia v delta fáze umožňuje vyhnúť sa zmršťovaniu počas ochladzovanie a deformácia obrobku po odlievaní alebo opracovaní za tepla. Môže sa zdať, že použitie materiálu s nižšou hustotou pre jadro môže byť nevýhodné, pretože použitie hustejšieho materiálu je výhodné kvôli zvýšenej účinnosti a zníženiu množstva potrebného plutónia, ale ukázalo sa, že to nie je úplne pravda. Delta-stabilizované plutónium prechádza prechodom do fázy alfa pri relatívne nízkych tlakoch desiatok tisíc atmosfér. Tlak niekoľkých miliónov atmosfér, ku ktorému dochádza počas implózneho výbuchu, robí tento prechod spolu s ďalšími javmi, ktoré vznikajú počas takejto kompresie. S plutóniom v delta fáze teda dochádza k väčšiemu zvýšeniu hustoty a väčšiemu vstupu reaktivity, než by tomu bolo v prípade hustej fázy alfa.

Jadro je zostavené z dvoch hemisfér, pravdepodobne pôvodne odliate do polotovarov a následne spracované lisovaním za tepla v atmosfére karbonylniklu. Keďže plutónium je veľmi reaktívny kov a navyše je životu nebezpečný, každá hemisféra je potiahnutá vrstvou niklu (alebo striebra, ako sa uvádza pre jadro gadgetu). Tento povlak spôsobil problémy s jadrom gadgetu, pretože rýchle galvanické pokovovanie plutónia s niklom (alebo striebrom) viedli k tvorbe škrupín v kove a jeho nevhodnosti na použitie v jadre. Starostlivé brúsenie a vrstvenie zlatých vrstiev obnovilo defekty produkované hemisférami. Tenká zlatá vrstva (hrúbka asi 0,1 mm) medzi hemisférami však bola v každom prípade nevyhnutnou súčasťou konštrukcie, slúžiaca na zabránenie predčasného prieniku prúdov rázových vĺn medzi hemisféry, ktoré by mohli predčasne aktivovať neutrónový iniciátor.

Uránové puzdro/neutrónový reflektor.
Plutóniová nálož je obklopená plášťom z prírodného uránu s hmotnosťou 120 kg a priemerom 23 cm, ktorý tvorí okolo plutónia sedemcentimetrovú vrstvu. Hrúbka uránu je určená úlohou zachovať neutróny, takže na zaistenie neutrónového brzdenia stačí niekoľkocentimetrová vrstva. Hrubšie telo (s hrúbkou presahujúcou 10 cm) ďalej poskytuje významnú ochranu neutrónov pre celú štruktúru, avšak efekt „dočasnej absorpcie“ spojený s rýchlymi, exponenciálne sa rozvíjajúcimi reťazovými reakciami znižuje výhody použitia hrubšieho reflektora.

Asi 20 % energie bomby sa uvoľní rýchlym štiepením uránového obalu. Jadro a telo spolu tvoria minimálne podkritický systém. Keď implózna explózia stlačí zostavu na 2,5-násobok normálnej hustoty, jadro začne obsahovať asi štyri až päť kritických hmotností.

"Pushher"/absorbér neutrónov.
Hliníková vrstva obklopujúca urán s hrúbkou 11,5 cm váži 120 kg. Hlavným účelom tejto gule, nazývanej "tlačidlo", je znížiť účinok Taylorovej vlny, rýchleho poklesu tlaku, ktorý sa vyskytuje za frontom detonácie. Táto vlna má tendenciu narastať počas implózie, čo spôsobuje čoraz rýchlejší pokles tlaku, keď sa čelo detonácie zbieha do jedného bodu. Čiastočný odraz rázovej vlny vyskytujúci sa na rozhraní výbušnina (zloženie „B“)/hliník (v dôsledku rozdielu hustôt: 1,65/2,71) posiela sekundárne čelo späť do výbušniny, čím sa potláča Taylorova vlna. To zvyšuje tlak prenášanej vlny, čím sa zvyšuje kompresia v strede jadra.

Hliníkový „posun“ obsahuje aj podiel bóru. Keďže samotný bór je krehká nekovová látka a ťažko sa používa, je pravdepodobné, že je obsiahnutý vo forme ľahko spracovateľnej hliníkovej zliatiny nazývanej bórax (35-50 % bóru). Hoci je jeho celkový podiel v plášti malý, bór hrá úlohu pohlcovača neutrónov, ktorý bráni neutrónom, ktoré odtiaľ unikajú, dostať sa späť do zostavy plutónium-urán, v hliníku a výbušninách sa spomalí na tepelnú rýchlosť.

Výbušný náboj a detonačný systém.
Výbušný obal je vrstva výbušniny. Je hrubý asi 47 cm a váži minimálne 2500 kg. Tento systém obsahuje 32 výbušných šošoviek, z ktorých 20 je šesťuholníkových a 12 päťuholníkových. Šošovky sú navzájom spojené futbalovým spôsobom, aby vytvorili sférickú výbušnú zostavu s priemerom približne 130 cm. Každá má 3 časti: dve z nich sú vyrobené z výbušniny s vysokou detonačnou rýchlosťou, jedna z nich je vyrobená z nízkej detonačnej rýchlosti. Vonkajšia časť rýchlo detonujúcej trhaviny má vybranie v tvare kužeľa vyplnené výbušninami s nízkou rýchlosťou detonácie. Tieto párové časti tvoria aktívnu šošovku schopnú vytvoriť kruhovú rastúcu rázovú vlnu smerujúcu do stredu. Vnútorná strana rýchlo detonujúcej výbušniny takmer pokrýva hliníkovú guľu, aby sa zvýšil zbiehajúci sa dopad.

Šošovky boli presne odliate, takže výbušninu bolo potrebné pred použitím roztaviť. Hlavnou rýchlo detonujúcou výbušninou bola „kompozícia B“, zmes 60 % hexagénu (RDX) – veľmi rýchlo detonujúca, ale zle sa topiaca výbušnina, 39 % TNT (TNT) – vysoko výbušná a ľahko sa topiaca výbušnina a 1 % vosk. „Pomalou“ trhavinou bol baratol – zmes TNT a dusičnanu bárnatého (podiel TNT je zvyčajne 25 – 33 %) s 1 % vosku ako spojiva.

Zloženie a hustota šošoviek boli presne kontrolované a zostali konštantné. Systém šošoviek bol nastavený na veľmi tesnú toleranciu, takže diely do seba zapadali v rozmedzí menšom ako 1 mm, aby sa predišlo nepravidelnostiam v rázovej vlne, ale zarovnanie povrchu šošoviek bolo ešte dôležitejšie ako ich vzájomné spojenie.

Aby sa dosiahlo veľmi presné načasovanie rozbušky, štandardné rozbušky nemali primárne/sekundárne výbušné kombinácie a mali elektricky vyhrievané vodiče. Tieto vodiče sú kúsky tenkého drôtu, ktoré sa okamžite odparia z nárazového prúdu prijatého z výkonného kondenzátora. Výbušný materiál rozbušky sa odpáli. Vybitie kondenzátorovej banky a odparenie drôtu pre všetky rozbušky je možné vykonávať takmer súčasne - rozdiel je +/- 10 nanosekúnd. Nevýhodou takéhoto systému je potreba veľkých batérií, vysokonapäťového napájacieho zdroja a výkonnej banky kondenzátorov (nazývaných X-Unit, s hmotnosťou asi 200 kg) navrhnutých na súčasné odpálenie 32 rozbušiek.

Hotový výbušný plášť je umiestnený v duralovom puzdre. Konštrukcia karosérie pozostávala z centrálneho pásu zostaveného z 5 spracovaných duralových odliatkov a hornej a dolnej pologule tvoriacej ucelený plášť.

Záverečná fáza montáže.
Konečný dizajn bomby obsahuje špeciálne „viečko“, cez ktoré sú na konci umiestnené štiepne materiály. Nálož môže byť vyrobená celá, s výnimkou plutóniovej vložky s iniciátorom. Z bezpečnostných dôvodov je montáž ukončená bezprostredne pred praktickým použitím. Duralová hemisféra je odstránená spolu s jednou z výbušných šošoviek. Neutrónový iniciátor je inštalovaný medzi plutóniovými hemisférami a namontovaný vo vnútri 40-kilogramového uránového valca a potom je celá táto štruktúra umiestnená vo vnútri uránového reflektora. Šošovka sa vráti na svoje miesto, pripojí sa k nej rozbuška a vrchnák sa priskrutkuje na miesto.

Fat Man bol pri preprave a skladovaní pripravený na použitie vážnym rizikom, hoci aj v najhoršom prípade bol stále menej nebezpečný ako Little Boy. Kritická hmotnosť jadra s uránovým reflektorom je 7,5 kg plutónia pre fázu delta a iba 5,5 kg pre fázu alfa. Akákoľvek náhodná detonácia výbušného plášťa by mohla viesť k stlačeniu 6,2-kilogramového jadra Fat Mana do superkritickej fázy alfa. Odhadovaná sila explózie pri takejto neoprávnenej detonácii nálože by sa pohybovala v desiatkach ton (zhruba povedané, rádovo viac ako výbušná náplň v bombe) na niekoľko stoviek ton ekvivalentu TNT. Ale hlavné nebezpečenstvo spočíva v prúde prenikavého žiarenia počas výbuchu. Gama lúče a neutróny môžu spôsobiť smrť alebo vážne ochorenie oveľa ďalej ako zóna šírenia rázovej vlny.Takže malý jadrový výbuch 20 ton spôsobí smrteľnú dávku žiarenia 640 rem na vzdialenosť 250 m.

Z bezpečnostných dôvodov sa preprava Fat Mana nikdy neuskutočnila v úplne zmontovanej forme, bomby boli dokončené bezprostredne pred použitím. Vzhľadom na zložitosť zbrane si tento proces vyžiadal aspoň niekoľko dní (s prihliadnutím na priebežné kontroly) Zostavená bomba nemohla zostať funkčná po dlhú dobu kvôli nízkym batériám X-Unit.

Obrys živej plutóniovej bomby pozostáva hlavne z experimentálneho dizajnu Gadget zabaleného do oceľového plášťa. Dve polovice oceľového elipsoidu sú pripevnené k bandáži odpaľovacieho systému spolu s X-jednotkou, batériami, poistkami a elektronikou spúšte umiestnenou na predná strana škrupiny.

Rovnako ako v Little Boy, aj v Fat Manovi je vysokohorskou poistkou systém radarového diaľkomeru Atchis (Archies - na fotografiách Little Boy vidno zboku jeho antény). Keď nálož dosiahne požadovanú výšku nad zemou (nastavená na 1850+-100 stôp), vydá signál na detonáciu. Okrem toho je bomba vybavená aj barometrickým senzorom, ktorý zabraňuje výbuchu nad 7000 stôp.

Bojové použitie plutóniovej bomby.
Na ostrove sa uskutočnilo záverečné zhromaždenie Tučného muža. Tinian.

26. júla 1945 bolo z Kirtlandskej leteckej základne do Tinianu odoslané plutóniové jadro s iniciátorom na lietadle C-54.

28. júla jadro dorazí na ostrov. V tento deň odlietajú tri B-29 z Kirtlandu do Tinianu s tromi vopred zmontovanými Fat Manmi.

2. augusta - B-29 prichádza. Termín bombardovania je stanovený na 11. august, cieľom je arzenál v Kokure. Nejadrová časť prvej bomby bola pripravená do 5. augusta.

7. augusta prichádza predpoveď o nepriaznivých poveternostných podmienkach pre let 11. augusta, termín letu sa posúva na 10. augusta, potom na 9. augusta. Z dôvodu posunu dátumu prebiehajú zrýchlené práce na montáži nálože.

8. ráno je zhromaždenie Fat Mana dokončené a do 22:00 je naložený do B-29 "Block's Car."

9. august:
03:47 Lietadlo štartuje z Tinianu, cieľ je identifikovaný ako Kokur Arsenal. Pilot - Charles Sweeney.
10:44 Čas priblížiť sa ku Kokurovi, ale cieľ je za zhoršenej viditeľnosti neviditeľný. Paľba protilietadlového delostrelectva a objavenie sa japonských stíhačiek nás nútia zastaviť pátranie a obrátiť sa smerom k záložnému cieľu – Nagasaki.
Nad mestom bola vrstva mrakov – podobne ako nad Kokurou zostalo palivo len na jeden prejazd, takže bomba bola zhodená do prvej vhodnej medzery v oblakoch niekoľko kilometrov od určeného cieľa.
11:02 Vo výške 503 m pri hranici mesta dochádza k výbuchu, výkon podľa meraní v roku 1987 je 21 kt. Napriek tomu, že k výbuchu došlo na hranici obývanej časti mesta, počet obetí presiahol 70-tisíc ľudí. Zničené boli aj zariadenia na výrobu zbraní Mitsubishi.

Ako to už bohužiaľ býva, užitočné vynálezy sa často využívajú na zlé účely. To platí aj pre použitie štiepnej reťazovej reakcie. Boj proti šíreniu atómových zbraní prebieha s rôznym stupňom úspechu. Najväčšie nebezpečenstvo predstavuje držba atómových zbraní autoritárskymi režimami a najmä teroristami. Pozrime sa na rôzne typy atómových bômb a nebezpečenstvá spojené s možnosťou šírenia ich výrobných technológií.

Uránová bomba 235

Atómová bomba môže byť vyrobená z U-235, Pu-239 a U-233. Z nich iba U-235 existuje v prírode. Pu-239 a U-233 sa vyrábajú bombardovaním iných izotopov neutrónmi.
Najjednoduchší spôsob výroby atómovej bomby je z uránu. Na to nepotrebuješ reaktor. Napríklad na to potrebujete mať potrebné množstvo prírodného uránu a plynových odstrediviek. Urán sa premieňa na plynné skupenstvo - hexafluorid uránu UF 6, ktorý prechádza odstredivkami. Stupeň separácie je určený počtom jednotlivých odstrediviek zostavených do kaskády. „Trochu“ trpezlivosti a máte urán ako zbraň (>90% 235 U). Na vytvorenie uránovej bomby bez plutónia je potrebných asi 15-20 kg uránu na zbrane.
Hoci je proces obohacovania uránu v zásade známy, na získanie dostatočného množstva vysoko obohateného uránu sú potrebné suroviny, zručnosti, infraštruktúra a veľké množstvo energie. Takže aj teroristi získavajúci vysoko obohatený urán sú vysoko nepravdepodobné. S najväčšou pravdepodobnosťou sa ho jednoducho pokúsia ukradnúť. Krajiny s rezervami uránu na zbrane musia prísne sledovať svoje skladovacie priestory. Výroba zbrojného uránu je realizovateľná len pre krajiny s dostatočne rozvinutou technologickou základňou.
Okrem toho musí byť bomba vyrobená z obohateného uránu. Najprimitívnejšia atómová bomba − tzv bomba typu „kanón“.

Bomba typu „kanón“.
Bomba typu „kanón“ má jednoduchý dizajn. V nej je jeden „kus" U-235 vystrelený so zodpovedajúcou náložou do iného „kusu", čím sa vytvorí kritické množstvo. Výsledkom je reťazová reakcia. Táto bomba je neefektívnym využitím štiepneho materiálu, iba 1,4 % vysoko obohatený urán v tomto type bomby je štiepený.Táto bomba bola zhodená na Hirošimu, je príliš veľká na raketu, ale dala by sa dopraviť napríklad lietadlom.

Bomba plutónia-239

Plutónium je vedľajším produktom všetkých reaktorov. Aby sa však dal použiť ako štiepny materiál, musí byť chemicky vyčistený od zvyškov vysokoaktívneho odpadu. Ide o drahý a nebezpečný proces, ktorý si vyžaduje špeciálne znalosti a vybavenie.

Plutónium sa tvorí v jadrovom reaktore, keď je U-238 bombardovaný tepelnými neutrónmi

Pu-239 sa používa na výrobu jadrových zbraní. Prierezy štiepenia a rozptylu, ako aj počet neutrónov počas štiepenia, sú väčšie pre Pu-239 ako pre U-235, a preto majú nižšiu kritickú hmotnosť, t.j. Na realizáciu samostatnej štiepnej reakcie potrebuje plutónium menej ako urán. Atómová bomba plutónia zvyčajne vyžaduje 3-5 kg ​​Pu-239.
Vzhľadom na relatívne krátky polčas rozpadu (v porovnaní s U-235) sa Pu-239 citeľne zahrieva v dôsledku žiarenia, ktoré vyžaruje. Uvoľňovanie tepla Pu-239 je 1,92 W/kg. Dobre izolovaný kus plutónia sa teda zohreje z izbovej teploty na 100 o za dve hodiny. To prirodzene spôsobuje ťažkosti pri navrhovaní bomby. Fyzikálne vlastnosti plutónia sú také, že pištoľová bomba nedokáže spojiť dva kusy plutónia dostatočne rýchlo na vytvorenie kritickej hmoty. Pre plutónium je potrebné použiť zložitejšiu schému.

Implózia bomby
V strede bomby typu implózia je plutónium, vysoko obohatený urán alebo zmes oboch. Výbuch nasmerovaný dovnútra plutóniového jadra sa realizuje pomocou systému špeciálnych šošoviek, ktoré fungujú súčasne. Plutónium je silne a rovnomerne stlačené. Hmotnosť sa stáva kritickou. Jednoduché stlačenie plutónia na kritické množstvo však nezaručuje spustenie reťazovej reakcie. To si vyžaduje neutróny zo zdroja neutrónov, ktorý je umiestnený v strede zariadenia a súčasne ožaruje plutónium kompresiou.
Plutónium extrahované z ožiareného paliva a znovu použité v reaktore sa stáva čoraz menej vhodným na výrobu zbraní v dôsledku zvyšovania podielu Pu-238, Pu-240 a Pu-242.
Hlavnou škodlivou nečistotou pre plutónium na zbrane je Pu-240 kvôli vysokej rýchlosti spontánneho štiepenia. Je 30 000-krát väčší ako Pu-239. Len 1% Pu-240 v zmesi produkuje toľko neutrónov, že v implóznom systéme je možný výbuch. Prítomnosť druhej z nich vo veľkých rozmeroch výrazne komplikuje úlohu navrhovania spoľahlivej hlavice so špecifikovanými vlastnosťami (menovitý výkon, bezpečnosť pri dlhodobom skladovaní atď.)
Plutónium pre zbrane sa vyznačuje veľmi vysokým (viac ako 90 %) obsahom štiepneho izotopu 239 Pu a nízkym obsahom izotopu 240 Pu (až ~ 5 %).
„Civilné“ plutónium, uvoľnené pri spracovaní (prepracovaní) vyhoreného paliva z jadrových reaktorov jadrových elektrární a vyznačujúce sa priemerným pomerom obsahu izotopov 239 (60 %) a 240 (40 %). Použitie „civilného“ plutónia na výrobu jadrových hlavíc je v zásade možné.

Uránová bomba 233

V krajinách, kde je málo uránu, ale veľa tória (napríklad India), je zaujímavé získať štiepny izotop U-233 pomocou reťazca reakcií:

Ako výbušný materiál je 233 U takmer rovnako účinný ako 239 Pu. Situáciu vo vojenskom využití 233 U komplikuje nečistota 232 U, ktorej dcérskymi produktmi sú silné gama zdroje, čo sťažuje prácu s ňou.
Výsledkom reakcie je 232 U.

Je to jeden z najúžasnejších, najzáhadnejších a najstrašnejších procesov. Princíp fungovania jadrových zbraní je založený na reťazovej reakcii. Ide o proces, ktorého samotný pokrok iniciuje jeho pokračovanie. Princíp fungovania vodíkovej bomby je založený na fúzii.

Atómová bomba

Jadrá niektorých izotopov rádioaktívnych prvkov (plutónium, kalifornium, urán a iné) sú schopné rozpadu, pričom zachytia neutrón. Potom sa uvoľnia ďalšie dva alebo tri neutróny. Deštrukcia jadra jedného atómu za ideálnych podmienok môže viesť k rozpadu dvoch alebo troch ďalších, ktoré zase môžu iniciovať ďalšie atómy. A tak ďalej. Nastáva lavínovitý proces deštrukcie stále väčšieho počtu jadier, pričom sa uvoľňuje obrovské množstvo energie na rozbitie atómových väzieb. Pri výbuchu sa v extrémne krátkom čase uvoľnia obrovské energie. Toto sa deje v jednom bode. To je dôvod, prečo je výbuch atómovej bomby taký silný a ničivý.

Na spustenie reťazovej reakcie musí množstvo rádioaktívnej látky prekročiť kritické množstvo. Je zrejmé, že musíte vziať niekoľko častí uránu alebo plutónia a spojiť ich do jedného. Na výbuch atómovej bomby to však nestačí, pretože reakcia sa zastaví skôr, ako sa uvoľní dostatok energie, alebo proces bude prebiehať pomaly. Na dosiahnutie úspechu je potrebné nielen prekročiť kritické množstvo látky, ale urobiť to v extrémne krátkom čase. Najlepšie je použiť niekoľko.To sa dosiahne použitím iných a striedaním rýchlych a pomalých výbušnín.

Prvý jadrový test sa uskutočnil v júli 1945 v USA pri meste Almogordo. V auguste toho istého roku použili Američania tieto zbrane proti Hirošime a Nagasaki. Výbuch atómovej bomby v meste viedol k hroznému zničeniu a smrti väčšiny obyvateľstva. V ZSSR boli v roku 1949 vytvorené a testované atómové zbrane.

H-bomba

Je to zbraň s veľmi veľkou ničivou silou. Princíp jeho fungovania je založený na syntéze ťažších jadier hélia z ľahších atómov vodíka. Tým sa uvoľní veľmi veľké množstvo energie. Táto reakcia je podobná procesom, ktoré sa vyskytujú na Slnku a iných hviezdach. Najjednoduchšie je použiť izotopy vodíka (trícium, deutérium) a lítia.

Američania testovali prvú vodíkovú hlavicu v roku 1952. V modernom chápaní možno toto zariadenie len ťažko nazvať bombou. Bola to trojposchodová budova naplnená tekutým deutériom. Prvý výbuch vodíkovej bomby v ZSSR sa uskutočnil o šesť mesiacov neskôr. Sovietska termonukleárna munícia RDS-6 bola odpálená v auguste 1953 neďaleko Semipalatinska. ZSSR testoval najväčšiu vodíkovú bombu s výťažnosťou 50 megaton (Car Bomba) v roku 1961. Vlna po výbuchu munície trikrát obehla planétu.

Mnoho našich čitateľov spája vodíkovú bombu s atómovou, len oveľa výkonnejšou. V skutočnosti ide o zásadne novú zbraň, ktorá si na jej vytvorenie vyžadovala neúmerne veľké intelektuálne úsilie a funguje na zásadne odlišných fyzikálnych princípoch.

Jediné, čo majú atómová a vodíková bomba spoločné, je to, že obe uvoľňujú kolosálnu energiu ukrytú v atómovom jadre. Dá sa to urobiť dvoma spôsobmi: rozdeliť ťažké jadrá, napríklad urán alebo plutónium, na ľahšie (štiepna reakcia) alebo prinútiť najľahšie izotopy vodíka, aby sa spojili (fúzna reakcia). V dôsledku oboch reakcií je hmotnosť výsledného materiálu vždy menšia ako hmotnosť pôvodných atómov. Ale hmota nemôže zmiznúť bez stopy – mení sa na energiu podľa známeho Einsteinovho vzorca E=mc 2.

Na vytvorenie atómovej bomby je nevyhnutnou a postačujúcou podmienkou získanie štiepneho materiálu v dostatočnom množstve. Práca je dosť náročná na prácu, ale má nízku intelektuálnu úroveň, má bližšie k ťažobnému priemyslu ako k vysokej vede. Hlavné zdroje na výrobu takýchto zbraní sa vynakladajú na výstavbu obrovských uránových baní a závodov na obohacovanie uránu. O jednoduchosti zariadenia svedčí fakt, že medzi výrobou plutónia potrebného na prvú bombu a prvým sovietskym jadrovým výbuchom neuplynul ani mesiac.

Pripomeňme si v krátkosti princíp fungovania takejto bomby, známy zo školských kurzov fyziky. Je založená na vlastnosti uránu a niektorých transuránových prvkov, napríklad plutónia, uvoľniť počas rozpadu viac ako jeden neutrón. Tieto prvky sa môžu rozpadnúť buď spontánne, alebo pod vplyvom iných neutrónov.

Uvoľnený neutrón môže opustiť rádioaktívny materiál alebo sa môže zraziť s iným atómom, čo spôsobí ďalšiu štiepnu reakciu. Keď sa prekročí určitá koncentrácia látky (kritická hmotnosť), počet novorodených neutrónov, ktoré spôsobujú ďalšie štiepenie atómového jadra, začína prevyšovať počet rozpadajúcich sa jadier. Počet rozpadajúcich sa atómov začína lavíne narastať a rodia sa nové neutróny, čiže nastáva reťazová reakcia. Pre urán-235 je kritická hmotnosť asi 50 kg, pre plutónium-239 - 5,6 kg. To znamená, že guľa plutónia s hmotnosťou o niečo menej ako 5,6 kg je len teplý kus kovu a hmotnosť o niečo viac trvá len niekoľko nanosekúnd.

Skutočná prevádzka bomby je jednoduchá: vezmeme dve hemisféry uránu alebo plutónia, každú o niečo menšiu ako je kritická hmotnosť, umiestnime ich do vzdialenosti 45 cm, zakryjeme ich výbušninami a odpálime. Urán alebo plutónium sa speká na kúsok superkritickej hmoty a začína jadrová reakcia. Všetky. Existuje ďalší spôsob, ako spustiť jadrovú reakciu - stlačiť kúsok plutónia silným výbuchom: vzdialenosť medzi atómami sa zníži a reakcia začne pri nižšej kritickej hmotnosti. Na tomto princípe fungujú všetky moderné atómové rozbušky.

Problémy s atómovou bombou začínajú od okamihu, keď chceme zvýšiť silu výbuchu. Jednoduché zvýšenie štiepneho materiálu nestačí - akonáhle jeho hmotnosť dosiahne kritickú hmotnosť, exploduje. Boli vynájdené rôzne dômyselné schémy, napríklad vyrobiť bombu nie z dvoch častí, ale z mnohých, vďaka čomu sa bomba začala podobať vypitvanému pomaranču, a potom ju poskladať do jedného kusu jedným výbuchom, ale stále so silou. nad 100 kiloton, problémy sa stali neprekonateľnými.

Palivo pre termonukleárnu fúziu však nemá kritické množstvo. Tu nám nad hlavou visí Slnko naplnené termonukleárnym palivom, v jeho vnútri už miliardu rokov prebieha termonukleárna reakcia – a nič nevybuchne. Okrem toho sa pri syntéznej reakcii napríklad deutéria a trícia (ťažký a superťažký izotop vodíka) uvoľňuje 4,2-krát viac energie ako pri spaľovaní rovnakého množstva uránu-235.

Výroba atómovej bomby bola skôr experimentálnym ako teoretickým procesom. Vytvorenie vodíkovej bomby si vyžiadalo vznik úplne nových fyzikálnych disciplín: fyziky vysokoteplotnej plazmy a ultravysokých tlakov. Pred začatím konštrukcie bomby bolo potrebné dôkladne pochopiť podstatu javov, ktoré sa vyskytujú iba v jadre hviezd. Žiadne experimenty tu nepomohli - nástrojmi vedcov boli iba teoretická fyzika a vyššia matematika. Nie je náhoda, že gigantickú úlohu vo vývoji termonukleárnych zbraní majú matematici: Ulam, Tikhonov, Samarsky atď.

Klasika super

Do konca roku 1945 Edward Teller navrhol prvý dizajn vodíkovej bomby, nazvaný „klasická super“. Na vytvorenie monštruózneho tlaku a teploty potrebnej na spustenie fúznej reakcie mala použiť konvenčnú atómovú bombu. Samotný „klasický super“ bol dlhý valec naplnený deutériom. K dispozícii bola aj medziľahlá „zapaľovacia“ komora so zmesou deutéria a trícia - syntézna reakcia deutéria a trícia začína pri nižšom tlaku. Analogicky s ohňom, deutérium malo hrať úlohu palivového dreva, zmes deutéria a trícia - pohár benzínu a atómová bomba - zápalka. Táto schéma sa nazývala „fajka“ - druh cigary s atómovým zapaľovačom na jednom konci. Sovietski fyzici začali vyvíjať vodíkovú bombu podľa rovnakej schémy.

Matematik Stanislav Ulam však pomocou obyčajného logaritmu Tellerovi dokázal, že výskyt fúznej reakcie čistého deutéria v „super“ je sotva možný a zmes by vyžadovala také množstvo trícia, že na jej výrobu by prakticky zmraziť výrobu plutónia na zbrane v Spojených štátoch.

Posypte cukrom

V polovici roku 1946 Teller navrhol ďalší dizajn vodíkovej bomby - „budík“. Pozostával zo striedajúcich sa sférických vrstiev uránu, deutéria a trícia. Pri jadrovom výbuchu centrálnej náplne plutónia sa vytvoril potrebný tlak a teplota na spustenie termonukleárnej reakcie v ďalších vrstvách bomby. „Budík“ však vyžadoval vysokovýkonný atómový iniciátor a Spojené štáty (rovnako ako ZSSR) mali problémy s výrobou uránu a plutónia na zbrane.

Na jeseň 1948 prišiel k podobnej schéme Andrej Sacharov. V Sovietskom zväze sa dizajn nazýval „sloyka“. Pre ZSSR, ktorý nemal čas vyrábať zbrojný urán-235 a plutónium-239 v dostatočnom množstve, bola Sacharovova nadýchaná pasta všeliekom. A preto.

V konvenčnej atómovej bombe je prírodný urán-238 nielen zbytočný (energia neutrónov počas rozpadu nestačí na spustenie štiepenia), ale aj škodlivý, pretože dychtivo pohlcuje sekundárne neutróny a spomaľuje reťazovú reakciu. Preto 90 % uránu určeného na zbrane pozostáva z izotopu uránu-235. Neutróny vznikajúce pri termonukleárnej fúzii sú však 10-krát energetickejšie ako štiepne neutróny a prírodný urán-238 ožiarený takýmito neutrónmi sa začína vynikajúco štiepiť. Nová bomba umožnila použiť urán-238, ktorý bol predtým považovaný za odpadový produkt, ako výbušninu.

Vrcholom Sacharovovho „lístkového cesta“ bolo aj použitie kryštalickej látky bieleho svetla – deuteridu lítneho 6 LiD – namiesto akútne deficitného trícia.

Ako bolo uvedené vyššie, zmes deutéria a trícia sa vznieti oveľa ľahšie ako čisté deutérium. Tu však výhody trícia končia a zostávajú len nevýhody: v normálnom stave je trícium plyn, ktorý spôsobuje ťažkosti so skladovaním; trícium je rádioaktívne a rozkladá sa na stabilné hélium-3, ktoré aktívne spotrebúva veľmi potrebné rýchle neutróny, čím sa obmedzuje skladovateľnosť bomby na niekoľko mesiacov.

Nerádioaktívny deutrid lítny sa po ožiarení pomalými štiepnymi neutrónmi – následky výbuchu atómovej poistky – mení na trícium. Žiarenie z primárneho atómového výbuchu teda okamžite produkuje dostatočné množstvo trícia pre ďalšiu termonukleárnu reakciu a deutérium je spočiatku prítomné v deutride lítnom.

Práve takáto bomba, RDS-6s, bola úspešne otestovaná 12. augusta 1953 na veži testovacieho areálu Semipalatinsk. Sila výbuchu bola 400 kiloton a stále sa vedú diskusie o tom, či išlo o skutočný termonukleárny výbuch, alebo o supersilný atómový. Koniec koncov, termonukleárna fúzna reakcia v Sacharovovej nadýchanej paste netvorila viac ako 20% celkového nabíjacieho výkonu. K výbuchu prispela hlavne rozpadová reakcia uránu-238 ožiareného rýchlymi neutrónmi, vďaka čomu RDS-6 otvorili éru takzvaných „špinavých“ bômb.

Faktom je, že hlavná rádioaktívna kontaminácia pochádza z produktov rozpadu (najmä stroncia-90 a cézia-137). Sacharovovo „lístkové cesto“ bolo v podstate obrovskou atómovou bombou, len mierne vylepšenou termonukleárnou reakciou. Nie je náhoda, že len jedna explózia „lístkového cesta“ vyprodukovala 82 % stroncia-90 a 75 % cézia-137, ktoré sa dostalo do atmosféry počas celej histórie testovacej lokality Semipalatinsk.

Americké bomby

Boli to však Američania, ktorí ako prví odpálili vodíkovú bombu. 1. novembra 1952 bolo na atole Elugelab v Tichom oceáne úspešne otestované termonukleárne zariadenie Mike s výťažnosťou 10 megaton. 74-tonové americké zariadenie by bolo ťažké nazvať bombou. „Mike“ bolo objemné zariadenie veľkosti dvojposchodového domu, naplnené tekutým deutériom pri teplote blízkej absolútnej nule (Sacharovovo „lístkové cesto“ bolo úplne prenosným výrobkom). Vrcholom „Mikea“ však nebola jeho veľkosť, ale dômyselný princíp stláčania termonukleárnych výbušnín.

Pripomeňme, že hlavnou myšlienkou vodíkovej bomby je vytvorenie podmienok pre fúziu (ultravysoký tlak a teplota) prostredníctvom jadrového výbuchu. V schéme „nafúknutia“ je jadrový náboj umiestnený v strede, a preto deutérium ani tak nestláča, ako ho rozptyľuje smerom von - zvýšenie množstva termonukleárnej výbušniny nevedie k zvýšeniu výkonu - jednoducho to nie je mať čas vybuchnúť. To je presne to, čo obmedzuje maximálnu silu tejto schémy - najsilnejší „puf“ na svete, Orange Herald, vyhodený do vzduchu Britmi 31. mája 1957, vyniesol iba 720 kiloton.

Ideálne by bolo, keby sme vo vnútri dokázali vybuchnúť atómovú rozbušku a stlačiť termonukleárnu výbušninu. Ale ako na to? Edward Teller predložil geniálny nápad: stlačiť termonukleárne palivo nie mechanickou energiou a tokom neutrónov, ale žiarením primárnej atómovej poistky.

V Tellerovom novom dizajne bola iniciačná atómová jednotka oddelená od termonukleárnej jednotky. Keď sa spustil atómový náboj, röntgenové žiarenie predchádzalo rázovej vlne a šírilo sa pozdĺž stien valcového telesa, vyparovalo sa a premieňalo polyetylénové vnútorné obloženie tela bomby na plazmu. Plazma zase vyžarovala mäkšie röntgenové lúče, ktoré boli absorbované vonkajšími vrstvami vnútorného valca uránu-238 - „tlačidla“. Vrstvy sa začali explozívne odparovať (tento jav sa nazýva ablácia). Horúcu uránovú plazmu môžeme prirovnať k prúdom supervýkonného raketového motora, ktorého ťah smeruje do valca s deutériom. Uránová fľaša sa zrútila, tlak a teplota deutéria dosiahli kritickú úroveň. Rovnaký tlak stlačil centrálnu plutóniovú trubicu na kritickú hmotnosť a tá explodovala. Výbuch plutóniovej rozbušky tlačil na deutérium zvnútra, čím ďalej stláčal a zahrieval termonukleárnu trhavinu, ktorá vybuchla. Intenzívny prúd neutrónov štiepi jadrá uránu-238 v „tlačidle“, čo spôsobuje sekundárnu rozpadovú reakciu. To všetko sa stihlo udiať ešte pred momentom, keď tlaková vlna z primárneho jadrového výbuchu dosiahla termonukleárny blok. Výpočet všetkých týchto udalostí, ktoré sa vyskytujú v miliardtinách sekundy, si vyžadoval mozgovú silu najsilnejších matematikov na planéte. Tvorcovia „Mike“ nezažili hrôzu z 10-megatonovej explózie, ale neopísateľnú radosť - podarilo sa im nielen pochopiť procesy, ktoré sa v skutočnom svete vyskytujú iba v jadrách hviezd, ale aj experimentálne otestovať svoje teórie nastavením vzbudiť svoju malú hviezdu na Zemi.

Bravo

Američania, ktorí prekonali Rusov v kráse dizajnu, nedokázali urobiť svoje zariadenie kompaktným: namiesto Sacharovovho práškového deuteridu lítneho použili tekuté podchladené deutérium. V Los Alamos reagovali na Sacharovovo „lístkové cesto“ s trochou závisti: „Rusi namiesto obrovskej kravy s vedrom surového mlieka používajú vrecko sušeného mlieka“. Obom stranám sa však nepodarilo pred sebou ukryť tajomstvá. 1. marca 1954 neďaleko atolu Bikini Američania otestovali 15-megatonovú bombu „Bravo“ s použitím deuteridu lítneho a 22. novembra 1955 prvú sovietsku dvojstupňovú termonukleárnu bombu RDS-37 s výkonom 1,7 megatony. explodoval nad testovacou plochou Semipalatinsk a zdemoloval takmer polovicu testovacej plochy. Odvtedy prešla konštrukcia termonukleárnej bomby menšími zmenami (napríklad medzi iniciačnou bombou a hlavnou náložou sa objavil uránový štít) a stala sa kanonickou. A na svete už nezostali žiadne veľké záhady prírody, ktoré by sa dali vyriešiť takýmto veľkolepým experimentom. Možno zrod supernovy.

Trochu teórie V termonukleárnej bombe sú 4 reakcie a prebiehajú veľmi rýchlo. Prvé dve reakcie slúžia ako zdroj materiálu pre tretiu a štvrtú, ktoré pri teplotách termonukleárneho výbuchu prebiehajú 30-100-krát rýchlejšie a poskytujú väčší energetický výťažok. Preto sa výsledné hélium-3 a trícium okamžite spotrebujú. Jadrá atómov sú kladne nabité, a preto sa navzájom odpudzujú. Aby zareagovali, treba ich tlačiť čelne, čím prekonajú elektrické odpudzovanie. To je možné len vtedy, ak sa pohybujú vysokou rýchlosťou. Rýchlosť atómov priamo súvisí s teplotou, ktorá by mala dosiahnuť 50 miliónov stupňov! Ale zahriatie deutéria na takú teplotu nestačí, treba ho tiež chrániť pred rozptyľovaním monštruóznym tlakom asi miliardy atmosfér! V prírode sa takéto teploty pri takýchto hustotách nachádzajú iba v jadre hviezd.

Koniec druhej svetovej vojny ukončili Spojené štáty americké, menovite prezident Harry Truman, v momente, keď nad hlavami tisícov Japoncov vybuchla atómová bomba zhodená na Hirošimu.

Tejto tragickej udalosti a zároveň veľkému technologickému prelomu predchádzali roky výskumu, práca stoviek vynikajúcich vedcov a technikov po celom svete a desiatky životov, ktoré vyhasli v dôsledku ožiarenia.

A len náhodou sa Američania stali prvými, ktorí použili výsledky výskumu v oblasti atómovej energie ako zbrane. Hirošima, Nagasaki, jadrová bomba – tieto slová sa stali takmer synonymom, keď hovoríme o zbraniach hromadného ničenia. Nová zbraň, symbol pretekov v zbrojení – atómová bomba na Hirošimu a Nagasaki priniesla len bolesť a smrť.

Aká bola atómová bomba (Hirošima), vytvorená na ničenie ľudských životov, s takým roztomilým názvom „Malý chlapec“? Kto bol tvorcom tejto inovatívnej zbrane používanej v japonských mestách Hirošima a Nagasaki? Sila bomby, jej vlastnosti - to sú otázky, na ktoré sa pokúsime odpovedať v tomto článku.

Atómová bomba Hirošima. Kde sa to všetko začalo?

Na prelome rokov 1938 a 1939 bola objavená skutočnosť štiepenia jadra uránu a stanovená kritická hmotnosť izotopu uránu-235. V tých rokoch vedecké kruhy z rôznych krajín úzko spolupracovali, ale rastúce napätie vo svete spochybňovalo spoločný výskum.

O túto tému sa zaujímali aj USA. Fyzici svetovej triedy Eugene Wigner a Leo Szilard napísali v mene Einsteina list Franklinovi Rooseveltovi. Informovalo o tom, že nacistické Nemecko vykonávalo výskum, ktorého výsledkom by bola bomba neuveriteľnej sily. Autori listu v tejto súvislosti vyzvali amerického prezidenta, aby urýchlil akumuláciu uránovej rudy a zvýšil financovanie projektov atómovej energie, keďže prvá atómová bomba na svete by mala byť vyrobená v USA. Hirošima a Nagasaki sa čoskoro stanú testovacími priestormi pre jeho silu.

Americká vláda urýchlene prijíma potrebné opatrenia. Výbor pre výskum uránu je preformátovaný a 17. septembra 1943 je otvorený tajný program „Projekt Manhattan“. Veľmi skoro bude vytvorená atómová bomba. Hirošima zažije jeho účinky na vlastnej koži. Na výskum, ktorý viedli plukovník Leslie Groves a Robert Oppenheimer (vedecká časť), boli pozvaní fyzici z celého sveta, počítačoví vedci, technici a ďalší špecialisti. Mnohí z nich boli utečenci z nacistického Nemecka.

Celkovo sa na projekte, ktorého výsledkom bude zhodenie jadrovej bomby na Hirošimu, podieľalo asi 130-tisíc zamestnancov. Medzi nimi je viac ako desiatka laureátov Nobelovej ceny.

Narodenie "Baby"

Izotop uránu 235 je v rude prírodného pôvodu obsiahnutý v množstve len 0,7 %.

Na získanie množstva uránu-235 potrebného na prekonanie kritickej hmotnosti 10 kg vyvinulo národné laboratórium Oak Ridge metódy na obohacovanie rudy a suroviny na výrobu uránovej bomby „Baby“ sa ťažili z niekoľkých ložísk:

• Belgické Kongo (územie modernej Konžskej demokratickej republiky v strednej Afrike);
• Veľké medvedie jazero v Kanade;
• Štát Colorado (USA).

Existuje predpoklad, že polovicu svetových zásob uránu, ktoré sa nachádzajú v Belgickom Kongu, skúpilo Francúzsko do konca 30. rokov. Európski vedci na základe dobre vybaveného laboratória na Collège de France nestihli dokončiť svoj výskum, keďže Francúzsko v roku 1940 padlo. Následne boli zásoby uránu vyvezené do USA.

JE DÔLEŽITÉ VEDIEŤ:

Na projekte vytvorenia atómových zbraní v USA pracoval veľký tím vedcov, no za jeho „otca“ sa považuje Otto Openheimer. Nebyť jeho génia, jadrová bomba by nespadla na Hirošimu a výsledok druhej svetovej vojny by bol iný. Neskôr by sa aktívne postavil proti použitiu atómových zbraní. Openheimer sa zo všetkých síl pokúsi zabezpečiť, aby sa „nová Hirošima“ už nezopakovala, aby bomba tohto typu nepadla.

Mechanika výbuchu bomby je založená na delovom systéme. Jeho vývojárom bol William Parson. Je to celkom jednoduchý princíp. Dve časti s podkritickou hmotnosťou sa pri určitej rýchlosti spoja a dôjde k výbuchu. Ale aj keby dosiahli kritické množstvo, pri ktorom urán vybuchne, dva kusy tohto rádioaktívneho materiálu by nemali ničivú silu. Bolo potrebné zabezpečiť hustú škrupinu, ktorá by zabránila „zvetrávaniu“ neutrónov.

Prvá, netestovaná vzorka - uránová bomba (Hirošima; Nagasaki dostalo plutóniovú bombu, ktorá už bola testovaná na testovacích miestach) "Baby", po nazbieraní potrebného množstva rádioaktívnej výplne, bola zhodená na mesto Hirošima. Bomba mala dosť nízku účinnosť nabitia, ale stačila na to, aby si vyžiadala státisíce životov.

Aká bola bomba zhodená na mesto Hirošima?

Bomba vybuchnutá v Hirošime niesla 64 kilogramov uránu-235 obohateného na 80 %. Z toho 25 kg pripadalo na „cieľ“ a zvyšok hmoty na „guľku“, ktorá sa od výbuchu prachu pohybovala v hlavni pištole s priemerom 76,2 mm rýchlosťou 300 m/s. poplatok.

Na to, aby bomba v Hirošime splnila požiadavky na ničivú silu, bolo potrebných viac ako 12 ton uránovej rudy, ktorú priemyselný gigant v Oak Ridge obohatil za mesiac a pol nepretržitej prevádzky. Dĺžka „Baby“ bola 3 m 20 cm, priemer – 71 cm. Masívne telo vyrobené z ťažkej legovanej ocele, objemný chvostový štandard pre americké bomby tej doby, plus ostatné vybavenie dávalo celkovú hmotnosť 4090 kg, mieri do mesta Hirošima. Sila bomby musela byť dostatočná na hromadné ničenie.

Letecká bomba mala vďaka svojmu predĺženiu a doprednému nastaveniu stabilnú trajektóriu a v dôsledku toho vysokú presnosť zásahu. Sila atómovej bomby zhodenej na Hirošimu bola 18 kiloton TNT. V budúcnosti bude sila bomby zhodenej na Hirošimu extrémne malá. Jadrové zbrane budúcich generácií majú oveľa vyššiu ničivú silu.
Sila bomby zhodenej na Hirošimu bola určená nielen množstvom uránovej nálože, ale aj dodatočnou mechanikou.

Technici dostali tieto úlohy:

• V prevádzke musí byť atómová bomba (Hirošima) bezpečná, nepovolené odpálenie je neprijateľné;
• zabezpečiť, aby bomba padajúca na Hirošimu vybuchla vo výške 500 - 600 metrov nad zemou;
• ak niečo nepôjde podľa plánu a bomba spadne na Hirošimu bez výbuchu, nálož sa musí zničiť sama, aby technika nespadla na nepriateľa.

Na tieto účely boli vyvinuté štyri hlavné systémy:

• Archieho výškomery, vyvinuté pre americké letectvo, zabezpečili odpálenie bomby v požadovanej výške a 2 zo 4 dostupných ukazovateľov stačili. Zaujímavosťou je, že citlivé antény výškomeru nebolo možné z bomby vybrať a znova nainštalovať. Preto bolo všetkým americkým lietadlám nad japonskými ostrovmi počas dní, keď bola atómová bomba na ceste do Hirošimy a Nagasaki, zakázané vytvárať rádiové rušenie.
• Barometrická poistka a časovač slúžili na zabránenie neúmyselnej samočinnej detonácie. Poistka neumožňovala fungovanie výbušných okruhov vo výškach nad 2135 m. Časovač zablokoval barometrické údaje odrazené od nosného lietadla na 15 sekúnd po zhodení bomby.
• Keď sa spustili výškomery, automatizačná jednotka spustila rozbušku systému kanóna s uránovou náplňou.
• V prípade neočakávaných porúch, ak bomba nevybuchne nad mestom Hirošima, sa pri dopade na zem vypne konvenčná zápalnica.

Na Hirošimu a Nagasaki zhodili atómové bomby. V čom je rozdiel?

Výroba bomby na báze uránu zhodenej na mesto Hirošima bola mimoriadne drahá. Projekt Manhattan súčasne vyvíjal bombu založenú na plutóniu-239 (vysoko rádioaktívne). Jadrová bomba v Hirošime bola, ako už bolo spomenuté vyššie, kanónového typu, pre plutónium bolo potrebné iné riešenie: guľa plutóniovej nálože v nábojoch bola obklopená 64 rozbuškami. To všetko bolo umiestnené v kovovej guli. Detonácia vo vnútri gule, zvýšenie hustoty plutónia na kritickú, čo spôsobí výbuch. Mechanika bola rovnaká ako pri atómovej bombe (Hirošima) „Malá“.

Sila atómovej bomby v Hirošime bola oveľa nižšia. "Fat Man", určený pre Nagasaki, mal výťažok 22 kiloton TNT. Prinieslo to ale oveľa menej deštrukcií kvôli nepresnému miereniu a konfigurácii mesta.

Zhodenie jadrovej bomby na Hirošimu a Nagasaki malo prinútiť Japonsko ku kapitulácii. Spojené štáty americké dosiahli svoj cieľ za cenu tisícov životov, ktoré okamžite pripravil o život atómový požiar, choroby a utrpenie mnohých ďalších tisícov ľudí v mestách Hirošima a Nagasaki. Atómová bomba použitá v Japonsku viedla ku koncu druhej svetovej vojny a ohlásila studenú vojnu a vek jadrovej energie.

Podľa niektorých správ by tam mohla byť ďalšia atómová bomba. Hirošima a Nagasaki boli na čele zoznamu obetí. Sila bomby (Hirošima mala asi 15 - 18 kiloton), ktorá sa mohla stať treťou, bola mnohonásobne vyššia. Ale z nám neznámych príčin sa jej stopa stratila.