Атомная бомба как устроена: Принцип работы атомной бомбы

Содержание

Принцип работы атомной бомбы

Взрыв атомной бомбы является одним из самых удивительных, загадочных и страшных процессов. Ядра некоторых изотопов радиоактивных элементов способны распадаться, при этом захватывая нейтрон. После этого выделяется ещё два или три нейтрона. Разрушение ядра одного атома при идеальных условиях может привести к распаду ещё двух или трех.

  • Чем водородная бомба отличается от атомной
  • Первое испытание
  • Ударная волна
  • Тепловой эффект
  • Огненный шар
  • Радиационное заражение
  • Царь-бомба
  • Создание атомной бомбы
  • Как устроена ядерная бомба?
  • Принцип работы
  • Поражающие факторы
  • Предыстория создания советской ядерной бомбы
  • Техническое задание
  • Испытания
  • «Ядерный клуб» мира
  • Нейтронная бомба
  • Конструкция и принцип действия нейтронной бомбы
  • Политические и исторические последствия
  • Зоны очага ядерного взрыва
  • Принципы устройства и действия ядерных боеприпасов
  • Принцип устройства ядерного заряда деления
  • Принцип устройства термоядерных зарядов
  • Как «ржавеют» термоядерные бомбы

Происходит лавинообразный процесс разрушения все большего числа ядер с высвобождением гигантского количества энергии разрыва атомных связей. При взрыве огромные энергии высвобождаются за сверхмалый промежуток времени. Происходит это в одной точке. Поэтому взрыв атомной бомбы является настолько мощным и разрушительным.

Первое ядерное испытание было проведено в июле 1945 года в США, недалеко от Алмогордо. В августе того же года американцы применили это оружие против японских городов Хиросима и Нагасаки. Взрыв атомной бомбы в городе привел к ужасным разрушениям и гибели большей части населения. 

Чем водородная бомба отличается от атомной

Термоядерный синтез — процесс, который происходит во время детонации водородной бомбы — самый мощный тип доступной человечеству энергии.

Эта термоядерная реакция, подобная той, что можно наблюдать на звездах, высвобождает невероятный поток энергии. В атомной же энергия получается от деления атомного ядра, поэтому взрыв атомной бомбы намного слабее.

Первое испытание

Советский Союз вновь опередил многих участников гонки холодной войны.

Первую водородную бомбу, изготовленную под руководством гениального Сахарова, испытали на секретном полигоне Семипалатинска.

Ударная волна

Прямое разрушительное воздействие водородной бомбы — сильнейшая, обладающая высокой интенсивностью ударная волна.

Ее мощность зависит от размера самой бомбы и той высоты, на которой произошла детонация заряда.

Тепловой эффект

Водородная бомба всего в 20 мегатонн создает огромное количество тепловой энергии: бетон плавился в радиусе пяти километров от места испытания снаряда.

В девятикилометровом радиусе будет уничтожено все живое, не устоят ни техника, ни постройки.

Огненный шар

Самым зрелищным после взрыва покажется наблюдателям огромный огненный шар: пылающие бури, инициированные детонацией водородной бомбы, будут поддерживать себя сами, вовлекая в воронку все больше и больше горючего материала.

Радиационное заражение

Самым опасным последствием взрыва станет радиационное заражение. Распад тяжелых элементов в бушующем огненном вихре наполнит атмосферу мельчайшими частицами радиоактивной пыли.

Царь-бомба

58 мегатонн — вот, сколько весила самая крупная водородная бомба, взорванная на полигоне архипелага Новая Земля.

Ударная волна три раза обогнула земной шар, заставив противников СССР лишний раз увериться в огромной разрушительной силе этого оружия. 

Создание атомной бомбы

Годом создания атомной бомбы стал 1896 год. Именно тогда французский физик А. Беккерель открыл радиоактивность урана. Впоследствии цепная реакция урана стала рассматриваться как источник огромной энергии и легла в основу разработки самого опасного оружия в мире. 

На протяжении нескольких последующих десятилетий учеными были обнаружены альфа, бета и гамма лучи. Тогда же было открыто большое количество радиоактивных изотопов, сформулирован закон радиоактивного распада и заложено начало исследования ядерной изомерии.

В 1940-х ученые обнаружили нейрон и позитрон и впервые провели расщепление ядра атома урана, сопровождающееся поглощением нейронов. Именно это открытие стало переломным моментом в истории.

В 1939 году французский физик Фредерик Жолио-Кюри запатентовал первую в мире ядерную бомбу.

В

Как устроена ядерная бомба?

В ее состав входят:

  1. Аварийный подрыв.
  2. Устройства взведения и предохранения.
  3. Источник питания.
  4. Различные датчики.

Транспортировка атомных бомб к месту атаки производится с помощью ракет. Ядерный боеприпас может входить в состав фугаса, торпеды, авиационный бомбы и прочих элементов. Для атомных бомб используют различные системы детонирования. 

Ядерное оружие может иметь большой, средний и малый калибр. Мощность взрыва обычно выражается в тротиловом эквиваленте. 

Принцип работы

Принцип действия ядерной бомбы основан на использовании энергии, выделяющейся при протекании цепной ядерной реакции. Во время этого процесса, тяжелые частицы делятся, а легкие – синтезируются.

При взрыве атомной бомбы, за кратчайший промежуток времени, на небольшой площади, выделяется огромное количество энергии.  В центре взрыва, непосредственно протекает процесс высвобождения энергии.

 Энергия ядерного взрыва, проецируясь на землю, может привести к сейсмическим толчкам, которые распространяются на значительное расстояние. 

Поражающие факторы

Атомное оружие имеет такие факторы поражения:

  1. Радиоактивное заражение.
  2. Световое излучение.
  3. Ударная волна.
  4. Электромагнитный импульс.
  5. Проникающая радиация.

Взрыв ядерного снаряда сопровождается яркой вспышкой. По мощности эта вспышка в несколько раз сильнее, чем солнечные лучи, поэтому опасность поражения световым и тепловым излучение есть в радиусе нескольких километров от точки взрыва.

Образующаяся при взрыве радиация действует всего минуту после взрыва, но имеет максимальную проникающую способность. У людей она вызывает развитие лучевой болезни.

Предыстория создания советской ядерной бомбы

После бомбардировки японских городов И. В. Сталин понял, что создание советской атомной бомбы является вопросом национальной безопасности. 20 августа 1945 года в СССР был создан комитет по ядерной энергетике во главе с Берия.

В 1943 году разведчики СССР передали из Англии материалы закрытых научных трудов в области атомной энергетики. Эти материалы проиллюстрировали, что работа заграничных ученых над созданием атомной бомбы серьезно продвинулась вперед.

Техническое задание

Согласно заданию, конструкторам необходимо было построить РДС двух моделей:

  1. РДС-1. Бомба с плутониевым зарядом, которая подрывается путем сферического обжатия. Устройство было позаимствовано у американцев.
  2. РДС-2. Пушечная бомба с двумя урановыми зарядами, сближающимися в стволе пушки, прежде чем создастся критическая масса.

Когда Америка узнала о том, что Советский Союз владеет секретами создания ядерного оружия, у нее появилось стремление к скорейшей эскалации превентивной войны.

Летом 1949 года появился план «Троян», по данным которого 1 января 1950 года планировалось начать боевые действия против СССР.  

Испытания

29 августа на полигоне в Семипалатинске было подорвано устройство РДС-1. Первая атомная бомба в СССР взорвалась с мощность 22 Кт.

«Ядерный клуб» мира

В него входят:

  1. Америка
  2. Россия 
  3. Англия 
  4. Франция
  5. Китай 
  6. Индия 
  7. Пакистан
  8. Корея 

Ядерное оружие есть также у Израиля, хотя руководство страны отказывается комментировать его наличие. 

Украина, Белоруссия и Казахстан, которые владели частью ядерного оружия СССР, после распада Союза передали свои бомбы России. 

Нейтронная бомба

Первый взрыв нейтронного оружия под индексом W-63 произошел в 1963 году в одной из шахт на полигоне в Неваде. 

В 1976 году на том же полигоне были выполнены испытания обновленного нейтронного заряда. Результаты испытаний настолько превзошли все ожидания военных, что решение о серийном производстве данного боеприпаса приняли за пару дней на самом высоком уровне.

Конструкция и принцип действия нейтронной бомбы

Нейтронная бомба – это вид тактического ядерного оружия мощностью от 1 до 10 кт, где поражающим фактором является поток нейтронного излучения.

К первому типу относятся маломощные заряды весом до 50 кг, которые используются в качестве боеприпасов к безоткатному или артиллерийскому орудию. В центральной части бомбы располагается полый шар из делящегося вещества. Внутри его полости находится «бустинг», усиливающий деление. Снаружи шар экранирован бериллиевым отражателем нейтронов.

Реакция термоядерного синтеза в таком снаряде запускается разогревом действующего вещества до миллиона градусов путем подрыва атомной взрывчатки. 

Второй тип нейтронного заряда используется в основном в крылатых ракетах или авиабомбах. Шар с «бустингом» вместо бериллиевого отражателя окружен небольшим слоем из дейтерий-тритиевой смеси.

Также существует и другой тип конструкции, когда дейтерий-тритиевая смесь выведена наружу атомной взрывчатки.

Еще одним поражающим фактором при взрыве нейтронной бомбы является наведенная радиоактивность. При захвате нейтронов веществом происходит частичное преобразование стабильных ядер в радиоактивные изотопы. Они в течении некоторого времени испускают собственное ядерное излучение, которое также становится опасным для живой силы противника.

Закатом нейтронного оружия стал 1992 год. В СССР, а затем и России, был разработан гениальный по своей простоте и эффективности способ защиты ракет – в состав материала корпуса ввели бор и обедненный уран. 

Политические и исторические последствия

Работы по созданию нейтронного оружия начались в 60-х годах XX века в США. На данный момент такой технологией обладают Россия и Франция.

В 1991 году президентами России и США были подписаны обязательства, по которым тактические ракеты и артиллерийские снаряды с нейтронной боеголовкой должны быть полностью уничтожены. 

Зоны очага ядерного взрыва

Для определения характера возможных разрушений, объема и условий проведения аварийно-спасательных и других неотложных работ очаг ядерного поражения условно делят на четыре зоны: полных, сильных, средних и слабых разрушений.

Зона полных разрушений характеризуется массовыми безвозвратными потерями среди незащищенного населения (до 100 %), полными разрушениями зданий и сооружений, а также части убежищ гражданской обороны, образованием сплошных завалов в населенных пунктах. Лес полностью уничтожается.

Зона сильных разрушений характеризуется массовыми безвозвратными потерями (до 90 %) среди незащищенного населения, полными разрушениями зданий и сооружений, образованием местных и сплошных завалов в населенных пунктах и лесах, сохранением убежищ и большинства противорадиационных укрытий подвального типа.

Зона средних разрушений характеризуется безвозвратными потерями среди населения (до 20 %), средними разрушениями зданий и сооружений, сплошных пожаров, сохранением коммунально-энергетических сетей, убежищ и большинства противорадиационных укрытий.

Зона слабых разрушений характеризуется слабыми и средними разрушениями зданий и сооружений.

 







Степень лучевой болезни

Доза излучения, вызывающая заболевание, рад

людей

животных

Легкая (I)

100-200

150-250

Средняя (II)

200-400

250-400

Тяжелая (III)

400-600

400-750

Крайне тяжелая (IV)

Более 600

Более 750

Таблица 2. Зависимость степени лучевой болезни от величины дозы облучения

Принципы устройства и действия ядерных боеприпасов

Ядерными боеприпасами называются авиабомбы, торпеды, боевые части ракет, артиллерийские снаряды и специальные ин­женерные мины, снаряженные ядерными зарядами.

Отли­чительные особенности ядерных боеприпасов обусловлены:

— типом носителя, определяющим форму, габаритные и ве­совые характеристики боеприпаса;

— калибром боеприпаса, который характеризуется тротиловым эквивалентом;

надежностью действия и безопасностью при хранении, транспортировке и боевом применении;

— экономичностью конструкции боеприпаса. 


Ядерный боеприпас состоит из ядерного заряда, датчиков подрыва, системы автома­тики и источников питания, размещенных в корпусе.

Ядерный заряд представляет собой устройство для осуществления взрывного про­цесса освобождения внутри­ядерной энергии.

По характе­ру происходящих в них взрыв­ных реакций ядерные заряды подразделяются на три вида:

— ядерные заряды деле­ния, энергия взрыва которых обусловлена только реакцией деления плутония-239, урана-235, урана-233;

— ядерные заряды, у ко­торых кроме реакции деления плутония или урана, происхо­дит реакция синтеза легких ядер; эти заряды еще называ­ются термоядерными зарядами типа „деление—синтез»;

— ядерные заряды, энергия взрыва которых освобождается в результате развития трех ядерных реакций. Такие заряды на­зываются комбинированными зарядами или термоядерными заря­дами типа «деление — синтез — деление».

Принцип устройства ядерного заряда деления

Ядерные заряды деления в зависимости от способа создания надкритической массы подразделяются на заряды пушечного и имплозивного типов.

В ядерном заряде пушечного типа делящееся вещест­во до момента взрыва разделено на несколько частей.

Перевод частей ядерного заряда в надкритическое состояние осуществляется взрывом обыч­ных взрывчатых веществ. В резуль­тате этого в делящемся веществе протекает цепная ядерная реакция деления и происходит ядерный взрыв.

В ядерном заряде имплозивного типа делящееся ве­щество до момента взрыва представляет единое целое, но раз­меры и плотность его таковы, что системна находится в подкритическом состоянии. Перевод ядерного заряда в надкритическое состояние также осуществляется взрывом заряда обыч­ного ВВ. 

Принцип устройства термоядерных зарядов

Термоядерные боеприпасы могут снаряжаться термоядерными зарядами типа «деление — синтез»  или «деление — синтез—деление». В термоядерных зарядах обоих типов вслед за взрывной реакцией деления, которая вызывает нагрев термоядерного ВВ, происходит реакция синтеза.

Термоядерную реакцию синтеза оказалось проще осуще­ствить, используя в качестве термоядерного горючего дейтерид лития — твердое вещество, представляющее собой соединение литая с дейтерием.

При взаимодействии нейтронов с ядрами лития образуется тритий, который вступает в реакцию с дейтерием.

Как «ржавеют» термоядерные бомбы

Изготовители ядерных боеголовок дают одинаковый гарантийный срок на свои изделия – 30 лет.

Сегодня из всего трехтысячного арсенала “в живых” осталось: 150 “стратегических” и около 400 “тактических” бомб, а также еще примерно 200 “тактических” изделий находятся на хранении в резерве.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 8 чел.
Средний рейтинг: 4.5 из 5.

Что такое «грязная бомба»?

Полумифические «грязные бомбы» могут принести немало бед и сделать пораженную ими территорию необитаемой на долгие годы.

Алексей Мокряков

Теги:

Вопрос-ответ

Излучение

Радиация

оружие

Ядерное оружие

Pexels

«Грязная бомба» отличается от атомной, но так же, как и ядерное оружие, может быть использована для радиоактивного заражения местности.

Содержание статьи

Что такое «грязная бомба»?

Это вовсе не обязательно бомба в классическом ее понимании и исполнении. «Грязная бомба», или радиологическое рассеивающее устройство (РРУ), состоит из двух основных частей – взрывчатого вещества и контейнера с радиоактивными частицами. При взрыве контейнер уничтожается, а радиоактивные частицы разносятся ударной волной на огромное расстояние вокруг эпицентра взрыва.

Не атомная бомба. Атомная бомба «работает» благодаря непосредственно взрыву, который запускает цепную реакцию расщепления атомов. «Грязная бомба» не может создать атомный взрыв, подрыв взрывного устройства в ней нужен лишь для высвобождения радиоактивных элементов и создания взрывной волны. 

Как действует «грязная бомба»?

По официальным данным, ни одно из современных государств не имеет на вооружении так называемых «грязных бомб». Главная причина: они не могут привести к массовому поражению противника непосредственно в момент взрыва (по сравнению с другим оружием массового поражения). Основная цель взрыва в таких бомбах – создание взрывной волны, которая разнесла бы радиоактивные частицы на максимально обширную площадь.

РРУ загрязняет почву, воду, заражает людей лучевой болезнью, но немедленного результата, которым обычно обладает оружие, использующееся в военных целях, не несет. Взрыв «грязной бомбы» сопоставим с последствиями, которые оказала авария на Чернобыльской АЭС на прилегающие территории.

Кроме того, эффекта взрыва «грязной бомбы» можно достигнуть, нанеся удар по атомному объекту или просто распылив радиоактивные элементы над нужной территорией с самолета.

Оружие террористов и «машина судного дня»

Основа устройства РРУ – радиологическая составляющая, радиоактивные химические элементы.

Самое печальное, что заполучить эти компоненты вполне реально, а бомбу собрать можно чуть ли не в домашних условиях. К примеру, америций-241 используется в детекторах дыма, калифорний-252 и цезий-137 – при лучевой терапии, иридий-192 есть в свечах зажигания двигателей внутреннего сгорания, а радий-226 до 1970 года использовали для «подсветки» светящихся шкал различных приборов.

Именно поэтому таким оружием часто грозят террористические группировки, которые, в принципе, могут получить доступ к его составляющим – такие угрозы поступали от боевиков многих бандфтормирований.

С другой стороны, военные эксперты приходят к мнению, что собрать и транспортировать такое оружие для террористических групп было бы задачей слишком непростой и почти невыполнимой.

Машина судного дня. Американский физик Лео Силард предлагал превратить метод «грязных бомб» в эдакое последнее решение в случае нарастания военного конфликта между государствами. В его интерпретации при помощи кобальта (наиболее активного и «живучего» радиоактивного элемента) можно было бы сконструировать не транспортируемую «машину судного дня». Это было бы термоядерное устройство, которое следовало бы взорвать на своей территории. В результате взрыва уничтожению подлежало бы как население своей страны (очевидно, кроме горстки принявших решение людей, ожидающих взрыва в бункерах), так и всего мира. Радиоактивные частицы кобальта разнеслись бы по земному шару в течение нескольких месяцев,а человечество начало бы медленно умирать от лучевой болезни.

Что делать?

Действовать при подрыве «грязной бомбы» нужно также, как при ядерном ударе.

Самое главное:

  • Если вы дома, и квартира не повреждена взрывом, оставайтесь в помещении, максимально изолировав его от внешней среды (закройте окна и двери, отключите отопление и кондиционер).
  • На улице необходимо передвигаться, прикрыв нос и рот влажной тканью.
  • Зараженную одежду лучше снять и хранить в пластиковом пакете как можно дальше от людей.
  • С тела (в также с закрытых продовольственных тар или бутылок воды) можно смыть радиоактивную пыль. В душе не тритесь мочалкой, чтобы не нарушить естественный защитный слой кожи.
  • Оставайтесь на связи (телевизор, радио, телефон) в ожидании официальной информации и рекомендаций властей.

Водородная бомба — 1950 — Ядерный музей

В январе 1950 года президент Трумэн принял противоречивое решение продолжить и активизировать исследования и производство термоядерного оружия. В то время у Дэвида Лилиенталя, председателя Комиссии по атомной энергии, были сильные сомнения в отношении создания «супер» или термоядерной бомбы.

Тем не менее, 25 июля 1950 года президент Гарри Трумэн написал Кроуфорду Х. Гринуолту, президенту E.I. du Pont de Nemours and Company с просьбой взять на себя проектирование, строительство и эксплуатацию нового предприятия по производству плутония и трития, необходимых ингредиентов для термоядерной бомбы. Из-за увеличения дальности полета советских самолетов Комиссия исключила расширение Хэнфорда, но предпочла отдаленные районы на юге и в районе реки Огайо. Так началось обширное расширение ядерно-оружейного комплекса, который в конечном итоге действовал примерно в тридцати двух государствах.

 

Водородная бомба и Манхэттенский проект

В дополнение к исследованиям и разработкам ядерного оружия во время Манхэттенского проекта также началась теоретическая работа над водородной бомбой. В начале 20-го века было признано, что звезды, вероятно, получают свой огромный выход энергии в результате какого-то ядерного процесса. В 1930-х годах Ганс Бете исследовал это явление и предположил, что Солнце и другие звезды получают свою энергию из набора термоядерных реакций, которые происходили при чрезвычайно высоких давлениях и температурах, преобладающих, как считается, в центре звезд. Однако многие считали, что эти условия невозможно воссоздать на Земле, и в результате мало кто из ученых задумывался о проведении таких реакций в лаборатории.

Появление атомной бомбы резко изменило перспективы производства водородной бомбы. В центре взрывающейся бомбы деления создаются температуры, превышающие 100 000 000 градусов, и поэтому стало понятно, что по крайней мере одно из условий, необходимых для запуска термоядерной реакции, возможно.

В 1942 году, после создания первой на Земле цепной ядерной реакции в лаборатории Мет в Чикаго, Энрико Ферми предположил, что процесс деления, происходящий в атомной бомбе, может быть использован для запуска такой же термоядерной реакции, которая происходила внутри центр солнца. Он предположил, что реакции с участием дейтронов, ядер встречающейся в природе тяжелой формы водорода, будут реагировать вместе со взрывом при огромных температурах, создаваемых во время атомного взрыва, и будут производить гелий и огромное количество энергии.

Когда Лос-Аламос был основан, исследование водородной бомбы было одной из первоначальных целей. Однако, поскольку разработка бомб деления оказалась сложнее, чем предполагалось, их разработка потребовала и получила полное внимание Лаборатории. Тем не менее небольшая группа физиков-теоретиков под руководством Эдварда Теллера приложила значительные усилия для изучения перспектив термоядерной бомбы во время войны.

 

Медленный прогресс: 1946 – 1949

Весной 1946 года физики, оставшиеся в Лос-Аламосе после окончания войны, вновь взялись за изучение возможности возникновения термоядерных реакций на Земле. Вскоре исследование разделилось на два отдельных направления. Одно из таких направлений исследовало сравнительно простую цель воспламенения относительно небольшой массы термоядерного топлива с помощью энергии, вырабатываемой при относительно большом взрыве деления — то, что позже стало известно как «ускорение» или «принцип ускорителя». Другое направление исследований имело гораздо более сложную задачу воспламенения относительно большой массы термоядерного топлива посредством относительно небольшого ядерного взрыва.

Доклад о состоянии понимания физиками термоядерного процесса по состоянию на весну 1946 г. был опубликован в июне того же года и назывался «Отчет конференции по Супер». Среди участников конференции были ученые Манхэттенского проекта Эдвард Теллер, Джон фон Нейман и Станислав Улам. Также присутствовал доктор Эмиль Клаус Фукс, который, как позже стало известно, передавал Советскому Союзу все, что знал об атомных исследованиях. В отчете сделан вывод, что теоретический проект, представленный на конференцию, в целом «работоспособен» и что разработка водородной бомбы действительно осуществима. Однако в отчете также сделан вывод о том, что для разработки супербомбы потребуются значительные ресурсы, и не было никаких оценок того, сколько будет стоить проект или сколько времени потребуется для успеха.

Работа над «Супером» продвигалась медленно с 1946 по 1949 год, главным образом потому, что работавшие над проектом ученые все еще не могли определить, как исследовать процесс термоядерной реакции в массе в лабораторных условиях. На самом деле, единственный способ изучить и проверить процесс синтеза даже в небольшой массе топлива — это подвергнуть его экстремальному нагреву и колоссальному выходу энергии при полномасштабном ядерном взрыве. Подобные эксперименты оказались сложными и дорогими. В результате большинство физиков в Лос-Аламосе посвятили свое время совершенствованию и повышению эффективности и мощности ядерных бомб, которые гораздо легче было испытать в лабораторных условиях.

 

Дебаты начинаются: 1949-1950

Когда Белый дом публично объявил, что Советский Союз действительно взорвал собственное атомное оружие (известное как JOE-1) 23 сентября 1949 г., обсуждение предложения о строительстве супербомба сразу усилилась. Советское ядерное испытание потрясло мир. Многие ведущие физики, работавшие над Манхэттенским проектом, считали, что пройдет не менее пяти лет, прежде чем Советы смогут создать собственную атомную бомбу. И Гарри Трумэн, и генерал-майор Лесли Гровс подсчитали, что русским потребуется несколько десятилетий, чтобы испытать ядерное устройство.

Советское ядерное испытание в августе 1949 года в сочетании с «падением» Китая к коммунизму позже в том же году вселили страх во многих американцев. Воспринимаемый баланс сил, существовавший между западными странами и коммунистическим блоком после Второй мировой войны, казалось, радикально изменился в пользу коммунистов. Все это вызвало пару очень серьезных вопросов: каким должен быть американский ответ и как Соединенным Штатам следует его добиваться?

Некоторые, включая Эдварда Теллера, Э.О. Лоуренс и Луис Альварес считали, что создание водородной бомбы — лучший способ противостоять новой советской угрозе и вернуть себе преимущество в гонке ядерных вооружений. Другие, в том числе Роберт Оппенгеймер, Джеймс Б. Конант и Дэвид Э. Лилиенталь, считали, что водородная бомба является оружием массового геноцида (даже в большей степени, чем атомная бомба), и ее разработка в конечном итоге угрожает будущему человечества. Дебаты о том, строить суперкомплекс или нет, будут разыграны в последние месяцы 19-го века. 49 и решение Трумэна в январе 1950 года коренным образом изменили ход холодной войны.

 

Генеральный консультативный комитет (GAC)

Поскольку дебаты о создании водородной бомбы разгорались, Комиссия по атомной энергии решила созвать специальное заседание своего Генерального консультативного комитета (GAC), которое состоится в как можно скорее. GAC был создан в соответствии с Законом об атомной энергии 1946 года с целью управления послевоенным развитием ядерной энергии и технологий в Соединенных Штатах.

В состав Комитета под председательством Роберта Оппенгеймера входили многие ведущие физики и технологические лидеры, участвовавшие в крупных проектах военного времени. Среди других видных членов были Джеймс Б. Конант, Ли А. Дюбридж, Энрико Ферми, И.И. Раби, Хартли Роу, Гленн Т. Сиборг, Сирил Стэнли Смит и Худ Вашингтон. Комитету, собравшемуся 29-30 октября 1949 г., было предложено поделиться своим мнением о водородной бомбе и рассмотреть вопрос о том, достаточно ли делает Комиссия по атомной энергии для достижения своих целей общей обороны и безопасности. GAC опубликовал свой отчет, который включал три отдельных раздела, 30 октября 19 г.49. Отчет был почти полностью рассекречен в 1974 году.

Часть I отчета касалась в основном всех соответствующих вопросов, кроме тех, которые непосредственно касались водородной бомбы. Это включало рекомендацию расширить мощности по разделению изотопов урана и производству плутония, а также увеличить поставки урановой руды, необходимой для производства ядерного оружия. Часть I также призывала к продолжению разработки ядерных бомб, особенно тех, которые можно было бы сделать доступными для «тактической доставки».

Часть II доклада посвящена водородной бомбе. В дополнение к изложению того, что было известно о супер, и подробному описанию трудностей, связанных с его разработкой, GAC пришел к выводу, что водородная бомба, вероятно, может быть построена. В отчете отмечается, что «последний момент, который необходимо подчеркнуть, заключается в том, что может потребоваться много испытаний, прежде чем будет разработана работоспособная модель или до того, как будет установлено вне всяких разумных сомнений, что такая модель не может быть разработана. Хотя мы не можем дать конкретную оценку вероятности для какой-либо конкретной модели, мы считаем, что творческий и согласованный подход к проблеме имеет более чем равные шансы на производство оружия в течение пяти лет». Во второй части доклада также обсуждались последствия разработки такого мощного оружия и подчеркивалось, что практически не существовало ограничений в отношении взрывной силы термоядерного оружия: «ясно, что применение этого оружия приведет к уничтожению бесчисленного количества человеческих жизней; это не оружие, которое может быть использовано исключительно для уничтожения материальных объектов военного или полувоенного назначения. Таким образом, ее использование ведет гораздо дальше, чем сама атомная бомба, к политике уничтожения гражданского населения».

Часть III доклада коснулась сути дела: вопроса о том, следует ли разрабатывать водородную бомбу. В конечном итоге в отчете делается вывод о том, что программу создания супербомбы продолжать не следует: «Хотя члены Консультативного комитета не единодушны в своих предложениях относительно того, что следует делать в отношении супербомбы, среди них есть определенные элементы единодушия. нас. Мы все надеемся, что так или иначе разработки этого оружия удастся избежать. Мы все не хотим, чтобы Соединенные Штаты брали на себя инициативу ускорения этого развития. Мы все согласны с тем, что в настоящий момент было бы неправильно прилагать все усилия для его развития».

 

Решение

Поскольку дебаты по поводу водородной бомбы достигли апогея, президент Трумэн обратился за советом к специальному подкомитету Совета национальной безопасности (СНБ). В комитет вошли председатель AEC Дэвид Э. Лилиенталь, министр обороны Луи Джонсон и государственный секретарь Дин Ачесон. Когда комитет впервые собрался для обсуждения водородной бомбы 30 ноября 1949 года, Лилиенталь не только поддержал выводы GAC не строить супер, но и призвал предпринять последнюю попытку достичь международного соглашения по ядерной энергии с Советским Союзом. Союз. Джонсон и Ачесон поддерживали разработку водородной бомбы.

Когда комитет собрался в последний раз 31 января 1950 года, Лилиенталь понял, что остановить разработку супера невозможно. Он принял проект набора рекомендаций для президента, написанный Дином Ачесоном, по продолжению разработки водородной бомбы.

24 февраля 1950 года Объединенный комитет начальников штабов обратился к президенту с просьбой одобрить комплексную разработку водородных бомб и средств их производства и доставки. Посоветовавшись со Специальным комитетом СНБ, Трумэн одобрил запрос 10 марта. Вскоре после этого началось строительство реакторов для производства трития, который считался необходимым для термоядерного топлива.

Два с половиной года спустя, 1 ноября 1952 года, Соединенные Штаты испытали свое первое термоядерное устройство на атолле Эниветок в южной части Тихого океана. Выстрел Майка, как известно, произвел 10 мегатонн в тротиловом эквиваленте и был примерно в 1000 раз больше, чем бомба, сброшенная на Хиросиму семью годами ранее. Менее чем через год Советы взорвали свое первое термоядерное оружие. К 1953 году началась гонка ядерных вооружений.

 

Операция «Теплица»

Операция «Теплица» представляла собой серию ядерных испытаний, проведенных на атолле Эниветок в начале 19 века. 51 для проверки различных принципов конструкции, которые впоследствии станут ключевыми в разработке термоядерного оружия. Цель этих испытаний состояла в том, чтобы уменьшить размер, вес и количество делящегося материала, необходимого для ядерного оружия, при одновременном увеличении его разрушительной силы.

Самое важное испытание в серии «Теплица» состоялось 8-9 мая 1951 года, когда физики испытали устройство, в котором должна была использоваться относительно большая мощность деления для воспламенения относительно небольшой массы термоядерного топлива. Эта классическая конструкция работала на принципе радиационной имплозии, который был исследован ранее в 19 веке.46. ​​Цель эксперимента, получившего название «выстрел Джорджа», заключалась в том, чтобы как минимум продемонстрировать, что термоядерная реакция может происходить в идеальных условиях в экспериментальном устройстве. Испытание сработало, и в результате крупнейшего на сегодняшний день взрыва деления удалось зажечь первое маленькое термоядерное пламя, когда-либо горевшее на Земле. По словам Эдварда Теллера, успех выстрела «Джордж» сыграл решающую роль в разработке «Супер» и дал ученым уверенность в том, что они могут продолжить дальнейшие размышления о принципах термоядерного проектирования.

 

Прорыв Теллера-Улама

В то время как выстрел «Джордж» в 1951 году доказал, что большой ядерный взрыв может быть использован для воспламенения небольшой массы термоядерного топлива в строго контролируемом эксперименте, ученые все еще пытались решить проблему того, как спроектировать боевое устройство, которое будет производить достаточно энергии от взрывающейся массы делящегося материала в термоядерном топливе, чтобы достичь температуры, необходимой для его горения.

В то время как физики-экспериментаторы и инженеры занимались этой проблемой, физики-теоретики уже усердно работали над следующим шагом: воспламенение большой массы термоядерного топлива посредством относительно небольшого ядерного взрыва. Прорыв произошел в начале марта 1951 (за два месяца до запланированных испытаний в Эниветоке), когда Эдвард Теллер и Станислав Улам придумали многообещающую конструкцию (детали которой до сих пор строго засекречены). Расчеты, основанные на новой конструкции, начались немедленно, большинство из них было выполнено учеными из Лос-Аламоса. Кроме того, ученые использовали некоторые из самых ранних вычислительных машин для помощи в вычислениях.

Новая проектная идея и поддерживающие ее расчеты были представлены широкой группе ученых на встрече, состоявшейся в офисе Оппенгеймера в Институте перспективных исследований в Принстоне 19 июня.51. Также присутствовали несколько членов AEC и GAC. Присутствующие сразу же пришли к выводу, что новая конструкция технически безупречна и, вероятно, дает наилучшие шансы на успех в экспериментальных испытаниях. Вскоре после этого в Лос-Аламосе были разработаны и утверждены в Вашингтоне планы серии испытаний устройств, которые должны были проверить эту конструкцию.

Осенью 1951 года было принято решение о проведении двух отдельных испытательных операций. Первая операция, IVY, должна была быть проведена как можно скорее и включала в себя ряд испытаний для проверки конструкции Теллера-Улама в строго экспериментальной ситуации. Вторая операция, CASTLE, должна была произойти как можно скорее после IVY и должна была протестировать конфигурацию Теллера-Улама в формах, подходящих для военного использования (т.е. вооруженных устройств).

 

Операция IVY

Первая серия термоядерных испытаний, проведенных США, была проведена в ноябре 1952 года в ходе операции IVY. Первое испытание состоялось 1 ноября 1952 года на небольшом тихоокеанском острове Элугелаб атолла Эниветок на Маршалловых островах. Взрыв, получивший прозвище «Выстрел Майка», был очень удачным. Он произвел энергетический эквивалент 10 мегатонн в тротиловом эквиваленте, что примерно в 1000 раз превышает выброс бомбы в Хиросиме (около 13 килотонн), сброшенной на Японию 19 августа.45. Хотя испытание прошло успешно, устройство «Майк» было очень далеко от практического оружия. Его термоядерное топливо состояло из жидкого дейтерия, вещества, которое необходимо охладить до температуры ниже -250°С, чтобы превратить его в жидкость. В результате для бомбы потребовалось сложное холодильное устройство (размером с небольшую лабораторию), чтобы поддерживать топливо в таком состоянии до его взрыва.

Одна из основных причин, по которой физики решили испытать первое термоядерное устройство с жидким дейтерием в качестве топлива, заключалась в том, что физикам было бы намного проще проводить теоретические расчеты на основе простого «сжигания» дейтерия по сравнению со сложным многоступенчатым процессом. участвовал во взрыве твердого дейтерида лития (LiD). Кроме того, в то время в Соединенных Штатах не было производственного предприятия, способного производить большие количества обогащенного лития, необходимого для использования в термоядерном устройстве.

Второе устройство, испытанное 16 ноября 1952 года в ходе операции IVY, было известно как «Королевский выстрел». Это устройство было сброшено с самолета и взорвано на высоте 1480 футов над целью. Взрыв, который полностью получил энергию от деления, был чрезвычайно сильным и, вероятно, произвел где-то около 500 килотонн (фактическая мощность никогда официально не публиковалась). По словам президента Дуайта Д. Эйзенхауэра в речи, произнесенной через год после испытаний IVY, Соединенные Штаты обладают атомной бомбой, «в 25 раз превышающей» используемую в Японии, то есть 500 килотонн.

Королевский выстрел был важен, потому что он продемонстрировал, что разработка термоядерного оружия — не единственный способ создания чрезвычайно массивных бомб. Начиная с JOE-1, многие политики и физики утверждали, что единственный возможный способ для Америки обеспечить свою безопасность — это произвести бомбу гораздо большей мощности, чем у Советов, и что единственный способ сделать это — осуществить ускоренную программу разработки водородная бомба. Ганс Бете, выступая против аварийной программы для супер, предположил, что бомба большего размера может быть легко произведена путем прямой экстраполяции существующей технологии деления.

В дополнение к работе над термоядерным оружием большая часть исследований, проводившихся в Лос-Аламосе в конце 1940-х годов, касалась новых методов создания более эффективных и мощных ядерных бомб. Некоторые физики исследовали способы улучшения методов имплозии с помощью экспериментальных лабораторных работ. Другие сосредоточились на использовании математических расчетов для изучения возможностей новых конфигураций. К началу 1950-х годов ученые определили, что очень эффективные бомбы деления в мегатонном классе могут быть разработаны с использованием новейших методов имплозии. King Shot подтвердил эти идеи, произведя взрыв мощностью почти полмегатонны в тротиловом эквиваленте.

 

Операция CASTLE

Операция CASTLE была второй серией термоядерных испытаний, запланированных Комиссией по атомной энергии и проводившихся весной 1954 года. В ходе CASTLE было испытано шесть вариантов супербомбы. Первое испытание в этой серии, испытание Браво, состоялось 1 марта 1954 года. Браво было устройством, использующим дейтерид лития в качестве топлива, и мощность взрыва составила 15 мегатонн, что стало самой большой бомбой, когда-либо взорванной Соединенными Штатами. Бомба была в форме, которую легко приспособить для доставки самолетом, и, таким образом, стала первой в Америке боевой водородной бомбой.

Испытательный взрыв «Браво» дал более чем в два с половиной раза больше, чем ожидали ученые. Мощный взрыв выбросил в атмосферу большое количество радиоактивных обломков. В результате произошло облучение и заражение жителей близлежащих атоллов, а также части военнослужащих и экипажа японского рыболовного траулера («Счастливый дракон»), незамеченного в зоне безопасности вокруг взрыва. Этот инцидент ясно заставил общественность задуматься об опасности радиоактивных осадков от ядерного оружия.

Ядерные испытания в Операционном замке

1. Браво — 14,8 мегатона

2. Ромео — 11,0 мегатоны

3. Кун — 0,10 мегатоны

4. Союз — 6,90 мегатоны

5,

6. Нектар – 1,69

Соединенные Штаты никогда не испытывали ядерное устройство больше, чем Браво. Когда в середине 1950-х годов Ливерморская лаборатория предложила одно такое более мощное устройство для включения в другую серию испытаний, Эйзенхауэр лично наложил на него вето на основании его чрезмерной мощности.

 

Описание первого ядерного реактора

Серия объяснений

Узнайте больше о прорывах, впервые осуществленных в Чикагском университете

По

Луиза Лернер

В 1942 году Манхэттенский проект должен был создать цепную реакцию — решающий шаг к доказательству возможности создания атомной бомбы. Ученые добились этой устойчивой ядерной реакции, первой созданной людьми, 2 декабря 19 года.42, на корте для сквоша под трибунами Stagg Field в Чикагском университете.

По прозвищу «Чикагская свая-1», первый в мире ядерный реактор положил начало атомному веку и имеет сложное наследие, в том числе рост ядерной энергии и ядерного оружия.

Перейти к разделу:

  • Как появился первый ядерный реактор?
  • Как выглядел первый ядерный реактор?
  • Как работал первый ядерный реактор?
  • Что произошло в день первой цепной ядерной реакции?
  • Что случилось с реактором потом?
  • Как реактор привел к созданию первой атомной бомбы?
  • Каково наследие первого ядерного реактора?
  • Сможете ли вы посетить место первой ядерной реакции?

Как появился первый ядерный реактор?

По мере того, как физики приближались к пониманию природы атома в 1930-х годах, становилось все более очевидным, что при расщеплении атомов может высвобождаться большое количество энергии. В 1939 году Альберт Эйнштейн и Лео Силард в соавторстве написали письмо президенту США Франклину Д. Рузвельту, в котором объясняли, что открытие может быть превращено в мощное оружие и что у нацистских ученых, вероятно, есть для этого инструменты.

Это положило начало Манхэттенскому проекту Соединенных Штатов, сверхсекретной научной миссии, целью которой было узнать, как расщепить атом и использовать его энергию. Но одним из первых пунктов в списке было выяснить, возможно ли вообще создать и контролировать цепную ядерную реакцию.

Проект решил объединить эти усилия в одном месте. Поскольку в Чикаго проживало большое количество ведущих физиков и химиков, он располагался в центре, вдали от обоих побережий, и имел пространство и жилье для проекта, штаб-квартира проекта ядерного реактора находилась в Чикагском университете и носила кодовое название «Металлургическая лаборатория».

Металлургической лабораторией руководил профессор Артур Холли Комптон, лауреат Нобелевской премии и декан факультета физических наук Калифорнийского университета в Чикаго. Сотни людей были завербованы, чтобы «помочь военным действиям», хотя большинству из них очень мало рассказали о деталях.

После серии небольших экспериментов для проверки концепции началась работа над реактором, который фактически поддерживал бы цепную реакцию. Первоначально его планировалось построить к западу от города Чикаго, но трудности со строительством замедлили прогресс, поэтому Комптон решил, что они будут строить реактор там, где до этого момента проводились многие эксперименты — старое поле для игры в сквош под ним. заброшенные футбольные трибуны Stagg Field в Чикагском университете.

Обсуждается, знал ли президент Чикагского университета Роберт Мейнард Хатчинс о проведении эксперимента, хотя Комптон сказал, что не сказал ему об этом. Мэр Чикаго и другие выборные должностные лица не были уведомлены.

Как выглядел первый ядерный реактор?

Сам реактор, получивший прозвище «Чикагская свая-1» или сокращенно СР-1, представлял собой груду графитовых блоков высотой 20 футов, усеянную сотнями более мелких блоков урана.

Бригады

работали круглосуточно в течение двух недель, очищая графит и уран, укладывая блоки в 57 слоев в точных положениях и подгоняя отверстия под кадмиевые регулирующие стержни. Закончили вечером 1 декабря 1942 года.

Как работал первый ядерный реактор?

Ядерный реактор предназначен для расщепления атомов. Некоторые элементы, такие как уран, со временем естественным образом испускают частицы, называемые нейтронами. Принцип работы ядерного реактора заключается в размещении урана в правильных положениях, чтобы нейтроны из урана попали в 9 атомов.0117 других атомов урана и заставляют их расщепляться и выбрасывать больше нейтронов, которые расщепляют другие атомы. Вот почему это называется цепной реакцией. Но все должно быть расположено под правильным углом, чтобы реакция продолжалась.

Инженеры могут управлять реакцией, вставляя стержни из вещества, поглощающего нейтроны, что замедляет или останавливает цепную реакцию.

Что произошло в день первой цепной реакции?

2 декабря 19 г. 42 группа из 49 ученых собралась для проведения теста на критичность. По словам тех, кто там был, это был медленный и тихий процесс: Ферми приказал операторам медленно перемещать управляющие стержни, и их инструменты щелкнули, чтобы записать количество нейтронов.

В 15:53 ​​они зафиксировали, что впервые в истории была достигнута самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция. Это заняло 28 минут.

В честь праздника пили вино Кьянти из бумажных стаканчиков, и многие из присутствующих расписывались на соломенной обертке пустой бутылки.

Что случилось с реактором потом?

После эксперимента реактор был разобран и перевезен в более удаленное место в лесном заповеднике за пределами Чикаго. После войны ученые и оборудование Металлургической лаборатории были реорганизованы и направлены на изучение мирного использования атомной энергии, став первой национальной лабораторией страны — Аргоннской национальной лабораторией.

Как реактор привел к созданию первой атомной бомбы?

Чтобы создать атомную бомбу, Манхэттенскому проекту сначала нужно было доказать, что цепная реакция действительно работает так, как они предполагали.

Во-вторых, им нужно было построить больше и больше реакторов, чтобы создать правильный вид плутония и урана для использования в атомных бомбах. С этой целью Манхэттенский проект демонтировал Чикагский блок-1 и быстро перешел к строительству более крупных реакторов в Хэнфорде, штат Вашингтон, и Ок-Ридже, штат Теннесси, для производства урана и плутония. Основное научное руководство переместилось в Лос-Аламос, штат Нью-Мексико, где собрали и испытали бомбы.

В конечном итоге США сбросили на Японию две атомные бомбы: Хиросиму 6 августа 1945 года и Нагасаки 9 августа. Считается, что в результате двух взрывов погибло более 200 000 человек.

Что осталось от первого ядерного реактора?

Хотя сам эксперимент был недолгим, Чикагская куча-1 имела сложные и долговременные последствия во всем мире. Ядерное оружие изменило глобальную политику и альянсы; ядерная энергия в настоящее время производит 10 процентов электроэнергии в мире; и новые области исследований были открыты, поскольку исследователи использовали радиоактивные изотопы для лечения болезней и понимания того, как работает тело.

  • Ядерное оружие:  В годы после Манхэттенского проекта США и Советский Союз потратили миллиарды долларов на создание тысяч ядерных бомб. На пике, в 1986 году, в шести странах мира насчитывалось около 70 000 единиц атомного оружия. Около 500 бомб были взорваны над землей для испытаний, прежде чем они были перемещены под землю в соответствии с договором 1963 года. Ядерное оружие продолжает сильно влиять на глобальную политику и альянсы; по состоянию на 2020 год в мире осталось около 13000 человек.
  • Часы Судного дня и Бюллетень ученых-атомщиков: Группа ученых из Манхэттенского проекта, которые возражали против использования бомбы на людях, сформировали Бюллетень ученых-атомщиков , , который устанавливает обратный отсчет часов Судного дня до полуночи как метафора того, насколько человечество близко к гибели от собственной руки. Сегодня он вырос, чтобы включить в свои расчеты, среди прочего, изменение климата и биологические угрозы.
  • Ядерная энергия:  Другим непосредственным применением ядерных реакторов было производство электроэнергии. Правительство США быстро создало национальные лаборатории для разработки ядерных реакторов для получения энергии. Реактор, построенный Аргоннской национальной лабораторией, произвел первое в мире полезное количество электроэнергии из ядерной энергии 20 декабря 1951 года, зажег цепочку из четырех лампочек. Сегодня около 20% электроэнергии в США вырабатывается ядерными реакторами, а во всем мире — 10%. Хотя разработка новых ядерных реакторов в Соединенных Штатах замедлилась в конце 20-го века, ядерная энергетика в последнее время стала вызывать больший интерес как источник безуглеродной электроэнергии.
  • Химия и биология:  Появление ядерных реакторов помогло исследователям понять химию и биологию, создать новые виды материалов и лечить болезни человека. Реакторы могут производить радиоактивные изотопы, которые ученые использовали в качестве индикаторов для понимания метаболизма, того, как питательные вещества перемещаются в экосистемах и, среди прочего, как клетки создают ДНК. Реакторы также производят нейтроны, которые ученые могут использовать в качестве метода визуализации, чтобы видеть в мельчайших масштабах.
  • Политика в области науки: Чикагская свая-1 и Манхэттенский проект ознаменовали начало кардинальных изменений в том, как ведётся наука. После войны финансирование научных исследований и разработок в США стало поступать в основном от федерального правительства через Национальный научный фонд и Министерство энергетики, а не от отдельных благотворителей. Он также заложил основу для крупных совместных проектов, таких как Большой адронный коллайдер, LIGO и НАСА, на которые сегодня приходится большая часть расходов на научные исследования.
  • Медицина:  Помимо открытий фундаментальной природы биологии, исследователи также сразу же увидели пользу для медицины. В начале 1950-х годов Комиссия по атомной энергии финансировала Аргоннскую онкологическую исследовательскую больницу (которая в 1973 году стала Институтом Франклина Маклина при Чикагском университете). Больница успешно стала пионером в использовании радиации для лечения рака, а позже усилия были расширены за счет включения радиологических инноваций в диагностику и лечение других заболеваний. Изотоп технеций-99 используется в миллионах процедур каждый год.

Сможете ли вы посетить место первой ядерной реакции?

Реактор был демонтирован вскоре после экспериментов Чикагской сваи-1 и перемещен к западу от города. Площадка для сквоша и старые футбольные трибуны, на которых она размещалась, были снесены несколько десятилетий назад и заменены библиотекой Джозефа Э. Регенштейна Чикагского университета и библиотекой Джо и Рики Мансуэто. (Люди иногда спрашивают, есть ли еще какой-либо риск радиоактивности, но это место было тщательно проверено, и никаких следов не осталось.