Атомный проект
виртуальная выставка
главная о выставке новости тендеры участники мероприятия статистика
каталог выставки
 


новости
Атомный проект

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•108 эВ. 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•1013 Дж. 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».

Борис ГОРОБЕЦ, доктор геолого-минералогических наук, профессор

По материалам журнала "Мировая Энергетика"


© 2009-2011 Nestor
Разработчик программого обеспечения виртуальных выставок - "Нестор"
Представитель виртуальных выставок в странах Евросоюза - XX-expo