| |
return_links(1); ?>
|
return_links(1); ?>
|
return_links(); ?>
|
|
| |
|
|
| |
Ядерная реакция со взрывом
|
|
| |
В следующем, 2009 году исполняется 60 лет со дня испытания первой советской атомной бомбы. Гигантскую эпопею создания советского атомного и водородного оружия, атомной промышленности и энергетики сейчас принято именовать Атомным проектом СССР. С конца 90-х опубликовано более пяти тысяч страниц рассекреченных документов. Мы хотим познакомить читателей с канвой основных событий, приведших к созданию советского ядерного и термоядерного оружия, становлению атомной промышленности, - сначала для чисто военных целей, а затем и мирной энергетики.
|
|
| |
Борис ГОРОБЕЦ,
доктор геолого-минералогических наук, профессор
|
|
| |
На Семипалатинском полигоне 29 августа 1949 г. с ночи зарядил дождь, к утру
ветер поднялся до 15 метров в секунду. Погода продолжала ухудшаться. Научный
руководитель Атомного проекта Игорь Курчатов запросил разрешения у Председателя
государственной комиссии по проведению испытания Лаврентия Берия перенести
момент подрыва с 8.00 на час раньше. В 7.00 над казахстанской степью вспыхнул
гигантский огненный шар. Спустя несколько дней в пробах воздуха, отобранных
американским самолетом-разведчиком, были обнаружены радиоактивные нуклиды.
Газеты в США писали, что, получив сообщение о первом советском испытании атомной
бомбы, президент Гарри Трумэн растерянно спросил советников: "Что же нам теперь
делать?" Американская ядерная монополия закончилась.
К этому эпохальному дню советская ядерная наука шла долгих восемнадцать лет.
Первая в СССР лаборатория ядерной физики была создана в 1931 г. в Украинском
физико-техническом институте (УФТИ), в Харькове. Именно там А.К. Вальтер, К.Д.
Синельников, А.И. Лейпунский и Г.Д. Латышев построили линейный ускоритель
протонов и 10 октября 1932 г. осуществили эксперимент, ознаменовавший рождение
отечественной ядерной физики, - в пучке протонов расщепили ядро лития. Тем самым
был повторен успех англичан Джона Кокрофта и Эрнеста Уолтона, добившихся его за
полгода до харьковчан.
Воодушевленный достижением УФТИ, директор Ленинградского физико-технического
института (ЛФТИ) академик Абрам Иоффе также создает в декабре 1932 г. у себя в
институте сначала группу, а затем лабораторию ядерной физики. Ее возглавил
Курчатов, ранее участвовавший в наладке ускорителя в Харькове, хотя в те годы он
занимался в основном сегнетоэлектриками. Параллельно в 1932 г. в Радиевом
институте (РИАН), в Ленинграде, началось строительство первого в Евразии
циклотрона - мощного ускорителя протонов и ионов, который был готов в 1937 году.
Этим проектом руководил директор РИАН Виталий Хлопин с участием Курчатова.
В 1938 г. произошло важнейшее событие: немецкие физики Отто Ган и Фридрих
Штрассман открыли деление ядер урана при их бомбардировке нейтронами. Это
явление лежит в основе всей ядерной физики, поскольку при делении ядра на два
(реже три) крупных осколка выделяется большая энергия, а также вылетает
несколько вторичных нейтронов. Подобное размножение нейтронов при делении ядер
представляет собой разветвленную цепную реакцию.
В химии такие реакции были ранее открыты и исследованы нобелевским лауреатом
Николаем Семеновым. В ядерной же физике этот процесс был впервые исследован
теоретически сотрудниками Семенова Юлием Харитоном и Яковом Зельдовичем в
1939-1940 годах. Харитон говорил, что после прихода нацистов к власти в Германии
ему было ясно, что война неизбежна и надо работать над новыми взрывчатыми
веществами (ВВ). Он создал лабораторию ВВ в семеновском Институте химической
физики (ИХФ) и стал крупнейшим в стране физиком в этой области.
Гениальная интуиция Харитона, Зельдовича и Семенова позволила им предвидеть
реальные перспективы ядерных реакций тогда, когда едва ли не все вокруг считали,
что эта область относится к чистой науке и не имеет прикладного значения.
Кстати, первые свои работы по ядерной физике Харитон и Зельдович сделали во
внеплановом порядке и во внерабочее время. А когда расчеты дали положительные
результаты, директор ИХФ Семенов отправил их в Наркомат нефтепереработки,
которому подчинялся институт, с предложением запланировать исследования по
новому перспективному направлению энергетики. Но в Наркомате этого не поняли.
Суть того, что выяснили наши ученые, заключалась в следующем. При делении ядра
урана выделяется энергия в 2 108эВ. Число нейтронов, испускаемых при делении
ядра, в среднем несколько больше двух. Эти нейтроны, попадая в следующие ядра
урана, также делят их, и лавина нейтронов нарастает в геометрической прогрессии.
На 80 звеньев в цепи деления уходит всего 0, 1-0, 2 микросекунды, и в конце
такой цепи образуется 1024 нейтронов. До того момента, когда нарастающая энергия
приведет к тепловой деформации и разрушению материала, т.е. как раз примерно за
80 звеньев, успеет выделиться огромная энергия взрыва - 2 1032 эВ = 3, 2 1013Дж.
Это в 10 миллионов раз больше, чем при взрыве химического ВВ, например,
тринитротолуола (ТНТ), которым принято измерять энергию ядерного взрыва (в кило-
и мегатоннах тротилового эквивалента).
Харитон и Зельдович выяснили, что цепная реакция не идет в природном уране, но в
атомной бомбе можно использовать изотоп урана-235 или же, что выяснилось позже,
плутоний-239. Так, первая американская бомба, испытанная в пустыне Невада 16
июля 1945 г., была плутониевой, вторая, сброшенная на Хиросиму, урановой, а
третья бомба, уничтожившая Нагасаки, - снова плутониевой. Первая советская
атомная бомба, испытанная 29 августа 1949 г., была копией американской. Огромную
роль в этом сыграла наша разведка. Мощность взрыва первой нашей бомбы составила
22 Кт в тротиловом эквиваленте. Она весила около 5 т и содержала около 6 кг
ядерной взрывчатки, т.е. превосходила свой тротиловый аналог в 3 тысячи раз.
Почему же не в 10 миллионов раз, как дозволяет теория? Далеко не все ядра
плутония (и/или урана) успевают принять участие в цепной реакции деления до
того, как все устройство разлетится. В атомной бомбе их доля составляет от 2 до
20% в зависимости от конструкции (тогда как у химических ВВ она близка к 100%).
Еще в 20-х годах Харитон установил, что в достаточно малой крупинке взрывчатого
вещества взрыв не происходит, и нашел формулу для начального объема заряда, при
котором взрыв возможен.
Дело вот в чем. Масса делящегося вещества пропорциональна его объему. Обрывы
цепей реакции происходят в основном на поверхности ВВ, например, урана-235 или
плутония. Поэтому число обрывов цепей, приводящее к затуханию цепной реакции в
данном объеме, пропорционально площади его поверхности. Но площадь
пропорциональна квадрату линейного размера, например, радиуса шара, а объем -
радиусу в кубе. При увеличении массы вещества его объем возрастает быстрее, чем
поверхность. Рано или поздно они сравняются, и число обрывов цепей на
поверхности станет примерно равно числу рождений новых нейтронов в объеме. Из
этого равенства и определяется критическая масса (или критмасса, как говорят
ядерщики).
Отсюда ясно, что критмасса сильно зависит от формы поверхности заряда и от
агрегатного состояния вещества: так, критмасса растворов плутония резко
уменьшается из-за того, что растворитель (вода) работает как замедлитель
нейтронов, что повышает число делений. Наиболее "экономное" геометрическое тело
- шар, так как он имеет минимальную поверхность при заданном объеме. В 1939 г.
Харитон и Зельдович впервые грубо оценили критмассу урана-235, получив величину
порядка десятков килограммов. Это убеждало, что в принципе можно будет выделить
из природного урана такое количество редкого изотопа, если столь сложная задача
будет поставлена на государственном уровне. Действительно, когда были уточнены
ядерные константы и расчеты реакций, оказалось, что критмасса шара из урана-235
составляет около 50 кг, а шара из плутония - около 10 кг.
Приостановим пока изложение физических принципов получения ядерных взрывов и
управления цепной реакцией в ядерных котлах. Мы еще вернемся к этому. Закончим
этот отрывок, приведя воспоминание о моменте сразу после взрыва первого
"изделия", оставленное начальником группы радиометристов Я.П. Докучаевым:
"Прошла взрывная волна. Все встали. "Да здравствует товарищ Сталин! Ура!!!" -
громко произнес Н.Л. Духов. Начались взаимные поздравления. <...> Б.А. Никитин и
А.П. Виноградов пожали друг другу руки. Я.Б. Зельдович молчал. М.Г. Мещеряков
также молчал, зная что-то "очень секретное" в итоге поездки в США. <...> К моему
удивлению, Игорь Васильевич [Курчатов] не улыбался, был очень озабочен, чем-то
недоволен. На поздравление Никитина он не ответил и поспешно пригласил М.Г.
Мещерякова в блиндаж на краткое совещание в отсутствие свидетелей. Даже Я.Б.
Зельдович приглашен не был". В дальнейших очерках мы расскажем, кем были эти и
другие люди, присутствовавшие на полигоне. И остановимся на причине
впечатляющего молчания Курчатова и Зельдовича. |
|
| |
|
|
| |
|
|
|
|
