Мировая наука не стоит на месте. Проникновение в тайны строения ядра атома подарило человечеству эффективную и дешевую энергию, новые диагностические технологии. Однако исследования в этой области привели к созданию ядерного оружия и страшным катастрофам, повлекшим за собой огромное количество смертей, разрушение городов и заражение многих километров земной поверхности.
Споры о плюсах и минусах научных открытий в этой сфере продолжаются до сих пор.
История создания
Предпосылки
Военно-политическая обстановка и мощное развитие научных теорий в 20 веке создали реальные предпосылки для появления оружия массового уничтожения.
Однако первым кирпичиком в строительстве атомной бомбы можно считать открытие (в 1896 году) Антуаном Анри Беккерелем радиоактивности урана. В этом же ключе проводили свои исследования Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри. Уже в 1913 году для изучения радиоактивности они создали свое научное учреждение (Радиевый институт).
Еще два важнейших открытия в этой сфере: планетарная модель атома и проведение успешных опытов по расщеплению ядра, значительно ускорили появление нового оружия. В 1934 году был оформлен первый патент, который представлял описание реактора на атомной энергии (Лео Силард), а в 1939 году Фредериком Жолио-Кюри была запатентована урановая бомба.
Три страны мира начали свою борьбу за пальму первенства в производстве ядерного оружия.
Немецкая программа
Начало
В 1939 — 1945 году созданием атомной бомбы занимались ученые нацистской Германии. Эта программа получила название «Урановый проект» и была строго засекреченной. В ее планы входило создание оружия в течение девяти-двенадцати месяцев. Проект собрал около 22 научных организаций, в которые входили самые известные институты страны. Во главе секретной компании были назначены Альберт Шпеер и Эрих Шуман. Для создания сверхоружия было запущено производство фторида урана, из которого можно было получить уран-235, а также разработано специальное устройство по разделению изотопов по методу Клузиуса — Диккеля.
Эта установка состояла из двух труб, одна из которых должна была нагреваться, а вторая охлаждаться. Между ними должен был продвигаться гексафторид урана в газообразном состоянии, что дало бы возможность разделить более легкий уран −235 и тяжелый уран — 238.
На основании теоретических выкладок по конструированию ядерного реактора, которые предоставил Вернер Гейзенберг, компания «Ауэрге» получила заказ на производство некоторого количества урана. Норвежская Norsk Hydro предоставляла оксид дейтерия (тяжеловодородную воду). В 1940 году Физический институт, который занимался вопросами атомной энергии, перешел в ведение вооруженных сил.
Неудачи
Однако, не смотря на то, что над проектом работало огромное количество ученых в течение года, собранное устройство для разделения изотопов так и не заработало. Было разработано еще около пяти вариантов обогащения урана, которые также не привели к успеху. Считается, что причинами неудачных экспериментов является дефицит тяжеловодородной воды и недостаточно очищенный графит. Только в начале 1942 года немцы смогли построить первый реактор, который через некоторое время взорвался. Проведение последующих экспериментов было затруднено, поскольку в Норвегии был уничтожен завод по производству оксида дейтерия.
Последние данные о проведении экспериментов, дающих возможность получить цепную реакцию, были датированы январем 1945 года, однако уже в конце месяца установку пришлось демонтировать и отправить дальше от линии фронта в Хайгерлох. Последняя проба устройства была назначена на март — апрель. Считается, что ученые могли в короткий срок получить положительный результат, но этому не суждено было случиться, поскольку войска союзников вошли в город.
По окончанию Второй мировой войны немецкий реактор был вывезен в Америку.
Американская программа
Предпосылки
Первые разработки, связанные с атомной энергией, проводились Америкой, совместно с Канадой, Германией и Англией. Программа носила название «Урановый комитет». Руководство проекта осуществляли два человека — ученый и военный, физик Роберт Оппенгеймер и генерал Лесли Гровс. Специально для прикрытия работ была сформирована особая часть войск — Манхэттенский инженерный округ, командующим которого был назначен Гровс. В середине 1939 года президент Рузвельт получил письмо, подписанное Альбертом Эйнштейном, в котором сообщалось, что Германия разрабатывает новейшее сверхоружие. Была назначена специальная организация «Урановый комитет», которая должна была выяснить, насколько реальны слова Эйнштейна. Уже в октябре новость о возможности создания оружия была подтверждена и комитет начал свою активную работу.
Gadget
«Проект Манхеттен»
В 1943 в США был создан «Проект Манхеттен», целью которого стало создание ядерного оружия. В разработках участвовали известные ученые из стран-союзников, а также огромное количество строительных служащих и военных. Уран был главным сырьем для экспериментов, однако в составе природного ископаемого содержится всего лишь 0,7% необходимого для производства урана-235. Поэтому было принято решение провести исследования по разделению и обогащению этого элемента. Для этого использовались технологии термо — и газовой диффузии, а также электромагнитного разделения. В конце 1942 года было одобрено строительство специальной установки для произведения газовой диффузии.
Факт. Несмотря на то, что в проекте работали ученые из Англии, Канады, Америки и Германии, США отказались делиться результатами исследований с Англией, что послужило развитию некоторой напряженности между странами — союзниками.
Была поставлена главная цель исследований: создать ядерную бомбу в 1945 году, что удалось достичь ученым, входившим в «Проект Манхеттен».
Осуществление
Итогом деятельности этой организации являлось создание трех бомб: Gadget (Штучка) на основе плутония-239; Little Boy (Малыш) урановая; Fat Man (Толстяк) на основе распада плутония-239. Little Boy и Fat Man в августе 1945 года были сброшены на Японию, что нанесло непоправимый ущерб населению страны.
Ядерная бомба малыш и толстяк
Советская программа
Теория и развитие
Еще в 1920 году в СССР был создан Радиевый институт, который занимался фундаментальными исследованиями радиоактивности. Уже в середине 20 века (с 1930 по 1940 годы) в Советском Союзе велись активные работы, связанные с получением ядерной энергии. В 1940 известные российские ученые обратились к правительству, говоря о необходимости развития практической базы в атомной области. Благодаря этому была создана специальная организация (Комиссия по проблеме урана), председателем которой назначили В. Г. Хлопина. За год была проведена огромная работа по организации и координации учреждений, входивших в ее состав. Однако началась война, и большую часть научных институтов пришлось эвакуировать в. Казань. В тылу теоретическая работа над развитием этой отрасли продолжалась.
В сентябре 1942 года, практически сразу после начала американского проекта «Манхеттен» правительство СССР постановило начать работы по изучению урана. Для этого были выделены специальные помещения для лаборатории в Казани. Доклад о результатах исследований был назначен на апрель 1943 года. А в феврале 1943 года начались практические работы по созданию атомной бомбы.
Практические разработки
После возвращения Радиевого института в Ленинград (1944 г) ученые приступили к практической реализации своих проектов. Считается, что 5 декабря 1945 года — дата начала работ по разработке атомной энергии. Исследования велись по следующим направлениям: изучение радиоактивного плутония; эксперименты по выделению плутония; разработка технологии получения плутония из урана.
Факт. Готовое решение должно было быть предоставлено правительству к 1 июля 1946 года.
После бомбардировки Японии Государственный комитет обороны издал указ об образовании Специального комитета по использованию атомной энергии. Для руководства этим проектом было организовано Первое главное управление. На решение поставленной задачи было брошено огромное количество человеческих и материальных ресурсов. Директивой Сталина предписывалось создать урановую и плутониевую бомбы не позднее 1948 года.
Развитие
Первоочередными задачами проекта являлось открытие производства промышленного плутония и урана и строительство ядерного реактора. Для разделения изотопов решено был использовать диффузионный метод. С огромной скоростью стали возводиться секретные предприятия, необходимые для решения этих вопросов. Техническая документация для этого оружия должна была быть готова к июлю 1946 года, а собранные конструкции — уже в 1948 году. Благодаря колоссальному человеческому ресурсу и мощной материальной базе переход от теории к практическим экспериментам произошел в сжатые сроки. Первый реактор был построен и успешно запущен в декабре 1946 года. И уже в августе 1949 года была успешно испытана первая атомная бомба.
Первое испытание атомной бомбы в Советском Союзе
Устройство бомбы
Основные компоненты: корпус; автоматическая система; ядерный заряд. Корпус производится из прочного и надежного металла, способного уберечь боеголовку от негативных внешних факторов. В частности, от перепада температур, механических повреждений или других влияний, способных вызвать незапланированный взрыв. Автоматика осуществляет контроль над следующими функциями: предохранительные устройства; механизм взведения; устройство аварийного подрыва; питание; подрывная система (датчик подрыва заряда). Ядерный заряд — устройство, содержащее запас определенных веществ и обеспечивающее высвобождение энергии непосредственно для взрыва.
Принцип действия
В основе любого ядерного оружия лежит цепная реакция — процесс, при котором происходит цепное деление ядер атомов и выделяется мощная энергия. Критическое состояние может быть достигнуто при наличии целого ряда факторов. Существуют вещества, способные или неспособные к цепной реакции, в частности Уран-235 и Плутоний-239, которые используются в производстве этого вида оружия.
В уране-235 деление тяжелого ядра может возбуждаться одним нейтроном, а в результате процесса появляется уже от 2 до 3 нейтронов. Таким образом, порождается цепная реакция разветвленного типа. В этом случае ее носителями являются нейтроны. Природный уран состоит из 3 изотопов — 234, 235 и 238. Однако содержание Урана-235, необходимого для поддержания цепной реакции, всего около 0,72%. Поэтому для производственных целей проводят разделение изотопов. Альтернативным вариантом служит использование Плутония-239. Этот элемент получают искусственным путем, в процессе облучения Урана — 238 нейтронами.
При взрыве урановой или плутониевой бомбы могут быть выделены два ключевых момента: непосредственный центр взрыва, где протекает цепная реакция; проекция взрыва на поверхность — эпицентр.
РДС-1 в разрезе
Факторы поражения при ядерном взрыве
Типы поражения атомной бомбой: ударная волна; световое и тепловое излучение; электромагнитное воздействие; радиоактивное заражение; проникающая радиация. Ударная взрывная волна разрушает строения и технику, наносит повреждения людям. Этому способствует резкий перепад давления и высокая скорость воздушного потока. В процессе взрыва высвобождается огромное количество световой и тепловой энергии. Поражение этой энергией может распространяться на несколько тысяч метров. Ярчайший свет поражает зрительный аппарат, а высокая температура вызывает воспламенение горючих веществ и наносит ожоги. Электромагнитные импульсы выводят из строя электронику, и повреждает радиосвязь. Радиация заражает поверхность земли в очаге поражения и вызывает нейтронную активацию веществ, находящихся в почве. Проникающая радиация разрушает все системы человеческого организма и вызывает лучевую болезнь.
Классификация ядерных боеприпасов
Существует два класса боеголовок: атомные; термоядерные.
Первые — это устройства одноступенчатого (однофазного) типа, образование энергии в которых происходит при делении тяжелых ядер (использование урана или плутония) с получением более легких элементов.
Вторые — устройства, имеющие двухступенчатый (двухфазный) механизм действия, происходит последовательное развитие двух физических процессов (цепная реакция и термоядерный синтез).
Еще одним важным показателем ядерного оружия является его мощность, которую измеряют в тротиловом эквиваленте. На сегодняшний день существует пять таких групп: менее 1 кт (килотонн) — сверхмалая мощность; от 1 до 10 кт — малая; от 10 до 100 кт — средняя; от 100 до 1 Мт (мегатонн) — крупная; более 1 Мт — сверхкрупная.
Факт. Считается, что взрыв на Чернобыльской АЭС имел мощность около 75 тонн.
Варианты детонации
Детонация может обеспечиваться подключением двух основных схем или их комбинации.
Баллистическая или пушечная схема
Ее использование возможно только в зарядах, содержащих уран. Для осуществления взрыва производится выстрел одним блоком, содержащим делящееся вещество, имеющее подкритическую массу в другой блок, являющийся неподвижным.
Имплозивная схема
Производится направленный внутрь взрыв, осуществляемый при помощи обжатия горючего, в процессе которого докритическая масса делящегося вещества становится сверхкритической.
Средства доставки
Атомные боеголовки могут доставлять до цели практически современные ракеты, которые позволяют разместить внутри боеприпас. Существует разделение средств доставки по следующим группам:
тактические (средства поражения воздушных, морских и космических целей), предназначены для уничтожения военной техники и человеческого ресурса противника на линии фронта и в ближайшем тылу;
стратегические — поражение стратегических целей (в частности, административных единиц и промышленных предприятий, находящихся в тылу противника);
оперативно-тактические уничтожение целей, которые находятся в диапазоне оперативной глубины.
Самая мощная бомба в мире
Такой боеголовкой считается так называемая «Царь-бомба» (АН602 или «Иван»). Оружие было разработано в России группой физиков — ядерщиков. Руководил проектом академик И. В. Курчатов. Это самое мощное термоядерное взрывное устройство в мире, которое прошло успешные испытания. Мощность заряда составляет около 58,6 мегатонн (в тротиловом эквиваленте), что превысило расчетные характеристики почти на 7 Мт. Испытание мегаоружия были проведены 30 октября 1961 года.
Бомба АН602
Бомба АН602 внесена в книгу рекордов Гиннесса.
Атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки
В конце Второй мировой войны США решили продемонстрировать наличие оружие массового уничтожения. Это было единственное за всю историю применение ядерных бомб в боевых целях. В августе 1945 года на Японию, воевавшую на стороне Германии, были сброшены ядерные боеголовки. Города Хиросима и Нагасаки были практически полностью снесены с лица земли. Записи свидетельствуют, что в Хиросиме погибло около 166 тысяч человек, а в Нагасаки — 80 тысяч. Однако огромное количество японцев, пострадавших от взрыва умерло через некоторое время после бомбардировки или продолжали болеть еще долгие годы. Это связано с тем, что проникающая радиация вызывает нарушения всех систем человеческого организма. На тот момент понятия о радиоактивном загрязнении поверхности земли не существовало, поэтому люди продолжали находиться на территории, подвергшейся облучению. Высокую смертность, генетические уродства у новорожденных и развитие онкологических заболеваний тогда не связывали со взрывами.
Опасность войны и катастрофы, связанные с атомом
Ядерные энергетика и оружие были и остаются предметов самых острых споров. Поскольку невозможно реально оценить безопасность в этой сфере. Наличие сверхмощного оружия с одной стороны, является сдерживающим фактором, однако, с другой — его применение может вызвать масштабную мировую катастрофу. Опасность любой атомной отрасли в первую очередь связана с утилизацией отходов, которые еще долгое время излучают высокий радиационный фон. А также с безопасной и эффективной работой всех производственных отсеков. Существует более 20 случаев, когда «мирный атом» выходил из под контроля, и приносил колоссальные потери. Одной из самых больших катастроф считается авария на Чернобыльской АЭС.
Заключение
Атомное оружие считается одним из самых сильных инструментов мировой политики, находящихся в арсенале некоторых стран. С одной стороны, это серьезный аргумент для предотвращения военных столкновений и укрепления мира, но с другой — причина возможных масштабных аварий и катастроф.
Источник
