Chi ha sviluppato le armi atomiche. Bomba all'idrogeno (termonucleare): sperimentazione di armi di distruzione di massa

Il mondo dell'atomo è così fantastico che la sua comprensione richiede una rottura radicale nei consueti concetti di spazio e tempo. Gli atomi sono così piccoli che se una goccia d’acqua potesse essere ingrandita fino alle dimensioni della Terra, ogni atomo in quella goccia sarebbe più piccolo di un’arancia. Infatti, una goccia d'acqua è composta da 6000 miliardi di miliardi (60000000000000000000000) di atomi di idrogeno e ossigeno. Eppure, nonostante le sue dimensioni microscopiche, l'atomo ha una struttura in una certa misura simile alla nostra struttura. sistema solare. Nel suo centro incomprensibilmente piccolo, il cui raggio è inferiore a un trilionesimo di centimetro, c'è un "sole" relativamente enorme: il nucleo di un atomo.

Piccoli “pianeti” – gli elettroni – ruotano attorno a questo “sole” atomico. Il nucleo è costituito dai due principali elementi costitutivi dell'Universo: protoni e neutroni (hanno un nome unificante: nucleoni). Un elettrone e un protone sono particelle cariche e la quantità di carica in ciascuna di esse è esattamente la stessa, ma le cariche differiscono nel segno: il protone è sempre carico positivamente e l'elettrone è carico negativamente. Il neutrone non trasporta carica elettrica e di conseguenza ha una permeabilità molto elevata.

Nella scala atomica delle misurazioni, la massa di un protone e di un neutrone è considerata unità. Il peso atomico di qualsiasi elemento chimico dipende quindi dal numero di protoni e neutroni contenuti nel suo nucleo. Ad esempio, un atomo di idrogeno, con un nucleo costituito da un solo protone, ha una massa atomica pari a 1. Un atomo di elio, con un nucleo formato da due protoni e due neutroni, ha una massa atomica pari a 4.

I nuclei degli atomi di uno stesso elemento contengono sempre lo stesso numero di protoni, ma il numero di neutroni può variare. Gli atomi che hanno nuclei con lo stesso numero di protoni, ma differiscono nel numero di neutroni e sono varietà dello stesso elemento sono chiamati isotopi. Per distinguerli tra loro, al simbolo dell'elemento viene assegnato un numero, pari alla somma tutte le particelle nel nucleo di un dato isotopo.

Potrebbe sorgere la domanda: perché il nucleo di un atomo non si disgrega? Dopotutto, i protoni in esso contenuti sono particelle elettricamente cariche con la stessa carica, che devono respingersi a vicenda con grande forza. Ciò è spiegato dal fatto che all'interno del nucleo ci sono anche le cosiddette forze intranucleari che attraggono le particelle nucleari tra loro. Queste forze compensano le forze repulsive dei protoni e impediscono la separazione spontanea del nucleo.

Le forze intranucleari sono molto forti, ma agiscono solo a distanze molto ravvicinate. Pertanto, i nuclei degli elementi pesanti, costituiti da centinaia di nucleoni, risultano instabili. Le particelle del nucleo sono in movimento continuo qui (all'interno del volume del nucleo) e se aggiungi loro una quantità aggiuntiva di energia, possono superare le forze interne: il nucleo si dividerà in parti. La quantità di questa energia in eccesso è chiamata energia di eccitazione. Tra gli isotopi degli elementi pesanti ci sono quelli che sembrano sull'orlo dell'auto-disintegrazione. Basta una piccola “spinta”, ad esempio, un semplice neutrone che colpisce il nucleo (e non deve nemmeno accelerare per ad alta velocità) affinché avvenga la reazione di fissione nucleare. In seguito si scoprì che alcuni di questi isotopi “fissili” venivano prodotti artificialmente. In natura esiste un solo isotopo di questo tipo: l'uranio-235.

Urano fu scoperto nel 1783 da Klaproth, che lo isolò dal catrame di uranio e gli diede il nome del pianeta Urano recentemente scoperto. Come si è scoperto in seguito, in realtà non si trattava dell'uranio stesso, ma del suo ossido. Si ottenne uranio puro, un metallo bianco-argenteo
solo nel 1842 Peligo. Il nuovo elemento non aveva proprietà notevoli e non attirò l'attenzione fino al 1896, quando Becquerel scoprì il fenomeno della radioattività nei sali di uranio. Successivamente, l'uranio è diventato un oggetto ricerca scientifica ed esperimenti, ma applicazione pratica ancora non ce l'avevo.

Quando, nel primo terzo del 20 ° secolo, i fisici capirono più o meno la struttura del nucleo atomico, cercarono prima di tutto di realizzare il sogno di lunga data degli alchimisti: cercarono di trasformare un elemento chimico in un altro. Nel 1934, i ricercatori francesi, i coniugi Frédéric e Irene Joliot-Curie, riferirono all'Accademia francese delle Scienze la seguente esperienza: bombardando piastre di alluminio con particelle alfa (nuclei di un atomo di elio), gli atomi di alluminio si trasformavano in atomi di fosforo, ma non quelli ordinari, ma radioattivi, che a loro volta divennero un isotopo stabile del silicio. Pertanto, un atomo di alluminio, dopo aver aggiunto un protone e due neutroni, si è trasformato in un atomo di silicio più pesante.

Questa esperienza ha suggerito che se si “bombardano” con neutroni i nuclei dell'elemento più pesante esistente in natura - l'uranio - si può ottenere un elemento che non esiste in condizioni naturali. Nel 1938 Chimici tedeschi Otto Hahn e Fritz Strassmann ripeterono in termini generali l'esperienza dei coniugi Joliot-Curie, utilizzando l'uranio al posto dell'alluminio. I risultati dell'esperimento non furono affatto quelli attesi: invece di un nuovo elemento superpesante con un numero di massa maggiore di quello dell'uranio, Hahn e Strassmann ottennero elementi leggeri dalla parte centrale tavola periodica: bario, cripton, bromo e alcuni altri. Gli stessi sperimentatori non sono stati in grado di spiegare il fenomeno osservato. Solo l'anno successivo la fisica Lise Meitner, alla quale Hahn riferì le sue difficoltà, trovò la spiegazione corretta del fenomeno osservato, suggerendo che quando l'uranio viene bombardato da neutroni, il suo nucleo si divide (fissioni). In questo caso si sarebbero dovuti formare nuclei di elementi più leggeri (da cui provengono bario, cripton e altre sostanze), nonché liberati 2-3 neutroni liberi. Ulteriori ricerche hanno permesso di chiarire in dettaglio il quadro di ciò che stava accadendo.

L'uranio naturale è costituito da una miscela di tre isotopi con masse 238, 234 e 235. La quantità principale di uranio è l'isotopo 238, il cui nucleo comprende 92 protoni e 146 neutroni. L'uranio-235 è solo 1/140 dell'uranio naturale (0,7% (ha 92 protoni e 143 neutroni nel nucleo), e l'uranio-234 (92 protoni, 142 neutroni) è solo 1/17500 dell'uranio naturale (0,7% (ha 92 protoni e 143 neutroni nel nucleo) massa totale uranio (0,006%. Il meno stabile di questi isotopi è l'uranio-235.

Di tanto in tanto, i nuclei dei suoi atomi si dividono spontaneamente in parti, a seguito delle quali si formano elementi più leggeri della tavola periodica. Il processo è accompagnato dal rilascio di due o tre neutroni liberi, che corrono a velocità enorme - circa 10mila km/s (sono chiamati neutroni veloci). Questi neutroni possono colpire altri nuclei di uranio, provocando reazioni nucleari. Ogni isotopo si comporta diversamente in questo caso. I nuclei di uranio-238 nella maggior parte dei casi catturano semplicemente questi neutroni senza ulteriori trasformazioni. Ma circa in un caso su cinque, quando un neutrone veloce si scontra con il nucleo dell'isotopo-238, avviene una curiosa reazione nucleare: uno dei neutroni dell'uranio-238 emette un elettrone, trasformandosi in un protone, cioè il L'isotopo dell'uranio si trasforma in un altro
elemento pesante - nettunio-239 (93 protoni + 146 neutroni). Ma il nettunio è instabile: dopo pochi minuti uno dei suoi neutroni emette un elettrone, trasformandosi in un protone, dopo di che l'isotopo del nettunio si trasforma nell'elemento successivo nella tavola periodica: il plutonio-239 (94 protoni + 145 neutroni). Se un neutrone colpisce il nucleo dell'uranio-235 instabile, si verifica immediatamente la fissione: gli atomi si disintegrano con l'emissione di due o tre neutroni. È chiaro che nell'uranio naturale, la maggior parte dei cui atomi appartengono all'isotopo 238, questa reazione non ha conseguenze visibili: tutti i neutroni liberi alla fine verranno assorbiti da questo isotopo.

Ebbene, cosa succederebbe se immaginassimo un pezzo di uranio piuttosto massiccio, costituito interamente da isotopo-235?

Qui il processo andrà diversamente: i neutroni rilasciati durante la fissione di diversi nuclei, a loro volta, colpendo i nuclei vicini, provocano la loro fissione. Di conseguenza, viene rilasciata una nuova porzione di neutroni, che divide i nuclei successivi. In condizioni favorevoli, questa reazione procede come una valanga e viene chiamata reazione a catena. Per avviarlo potrebbero bastare poche particelle bombardanti.

Infatti, supponiamo che l’uranio-235 venga bombardato da soli 100 neutroni. Separeranno 100 nuclei di uranio. In questo caso verranno rilasciati 250 nuovi neutroni di seconda generazione (in media 2,5 per fissione). I neutroni di seconda generazione produrranno 250 fissioni, che rilasceranno 625 neutroni. Nella generazione successiva diventerà 1562, poi 3906, poi 9670, ecc. Il numero di divisioni aumenterà indefinitamente se il processo non viene interrotto.

Tuttavia, in realtà solo una piccola frazione di neutroni raggiunge i nuclei degli atomi. Gli altri, correndo rapidamente tra di loro, vengono portati via nello spazio circostante. Una reazione a catena autosufficiente può verificarsi solo in una matrice sufficientemente ampia di uranio-235, che si dice abbia una massa critica. (Questa massa in condizioni normali è di 50 kg.) È importante notare che la fissione di ciascun nucleo è accompagnata dal rilascio di un'enorme quantità di energia, che risulta essere circa 300 milioni di volte superiore all'energia spesa per la fissione. ! (Si stima che la fissione completa di 1 kg di uranio-235 rilasci la stessa quantità di calore della combustione di 3mila tonnellate di carbone.)

Questa colossale esplosione di energia, rilasciata in pochi istanti, si manifesta come un'esplosione di forza mostruosa ed è alla base dell'azione delle armi nucleari. Ma affinché quest'arma diventi realtà, è necessario che la carica non sia costituita da uranio naturale, ma da un isotopo raro - 235 (tale uranio è chiamato arricchito). Successivamente si scoprì che anche il plutonio puro è un materiale fissile e potrebbe essere utilizzato in una carica atomica al posto dell'uranio-235.

Tutti questi scoperte importanti furono realizzati alla vigilia della seconda guerra mondiale. Ben presto iniziarono i lavori segreti sulla creazione di una bomba atomica in Germania e in altri paesi. Negli Stati Uniti, questo problema fu affrontato nel 1941. All'intero complesso delle opere venne dato il nome di “Progetto Manhattan”.

La guida amministrativa del progetto è stata affidata al generale Groves e la guida scientifica è stata affidata al professore dell'Università della California Robert Oppenheimer. Entrambi erano ben consapevoli dell'enorme complessità del compito che dovevano affrontare. Pertanto, la prima preoccupazione di Oppenheimer era quella di reclutare un team scientifico altamente intelligente. Negli USA a quel tempo c'erano molti fisici da cui emigravano Germania fascista. Non è stato facile convincerli a creare armi dirette contro la loro ex patria. Oppenheimer parlava personalmente a tutti, usando tutta la forza del suo fascino. Ben presto riuscì a riunire un piccolo gruppo di teorici, che chiamò scherzosamente “luminari”. E infatti comprendeva i più grandi specialisti dell'epoca nel campo della fisica e della chimica. (Tra loro ci sono 13 premi Nobel, tra cui Bohr, Fermi, Frank, Chadwick, Lawrence.) Oltre a loro, c'erano molti altri specialisti di vari profili.

Il governo degli Stati Uniti non ha lesinato sulle spese e fin dall'inizio il lavoro ha assunto dimensioni importanti. Nel 1942, a Los Alamos, fu fondato il più grande laboratorio di ricerca del mondo. La popolazione di questa città scientifica raggiunse presto le 9mila persone. In termini di composizione degli scienziati, portata degli esperimenti scientifici e numero di specialisti e lavoratori coinvolti nel lavoro, il laboratorio di Los Alamos non ha avuto eguali nella storia del mondo. Il Progetto Manhattan aveva la propria polizia, il controspionaggio, un sistema di comunicazione, magazzini, villaggi, fabbriche, laboratori e un budget colossale.

L'obiettivo principale del progetto era ottenere abbastanza materiale fissile da cui poter creare diverse bombe atomiche. Oltre all'uranio-235, la carica per la bomba, come già accennato, potrebbe essere l'elemento artificiale plutonio-239, cioè la bomba potrebbe essere uranio o plutonio.

Groves e Oppenheimer concordarono sul fatto che il lavoro dovesse essere svolto contemporaneamente in due direzioni, poiché era impossibile decidere in anticipo quale di esse sarebbe stata più promettente. Entrambi i metodi erano fondamentalmente diversi l'uno dall'altro: l'accumulo di uranio-235 doveva essere effettuato separandolo dalla maggior parte dell'uranio naturale, e il plutonio poteva essere ottenuto solo come risultato di una reazione nucleare controllata quando l'uranio-238 veniva irradiato con neutroni. Entrambi i percorsi sembravano insolitamente difficili e non promettevano soluzioni facili.

Come si possono infatti separare due isotopi che differiscono solo leggermente nel peso e che si comportano chimicamente esattamente allo stesso modo? Né la scienza né la tecnologia hanno mai affrontato un problema del genere. Anche la produzione del plutonio sembrava inizialmente molto problematica. Prima di ciò, l’intera esperienza delle trasformazioni nucleari era limitata a pochi esperimenti di laboratorio. Ora dovevano padroneggiare la produzione di chilogrammi di plutonio su scala industriale, sviluppare e creare un'installazione speciale per questo: un reattore nucleare e imparare a controllare il corso della reazione nucleare.

Sia lì che qui è stato necessario risolvere tutta una serie di problemi complessi. Pertanto, il Progetto Manhattan consisteva in diversi sottoprogetti, guidati da eminenti scienziati. Lo stesso Oppenheimer era a capo del Laboratorio Scientifico di Los Alamos. Lawrence era responsabile del Laboratorio di Radiazioni dell'Università della California. Fermi condusse una ricerca presso l'Università di Chicago per creare un reattore nucleare.

All'inizio il problema più importante era ottenere l'uranio. Prima della guerra questo metallo non aveva praticamente alcuna utilità. Ora, quando ne avevano bisogno immediatamente in enormi quantità, si è scoperto che non ce n'erano metodo industriale la sua produzione.

L'azienda Westinghouse iniziò il suo sviluppo e raggiunse rapidamente il successo. Dopo aver purificato la resina di uranio (l'uranio si trova in natura in questa forma) e ottenuto l'ossido di uranio, questo è stato convertito in tetrafluoruro (UF4), dal quale l'uranio metallico è stato separato mediante elettrolisi. Se alla fine del 1941 gli scienziati americani avevano a loro disposizione solo pochi grammi di uranio metallico, già nel novembre 1942 la sua produzione industriale negli stabilimenti di Westinghouse raggiunse le 6.000 libbre al mese.

Allo stesso tempo, erano in corso i lavori per creare un reattore nucleare. Il processo di produzione del plutonio in realtà si riduceva all'irradiazione di barre di uranio con neutroni, a seguito dei quali parte dell'uranio-238 si trasformerebbe in plutonio. Le fonti di neutroni in questo caso potrebbero essere atomi fissili di uranio-235, sparsi in quantità sufficiente tra gli atomi di uranio-238. Ma per mantenere la produzione costante di neutroni, dovette iniziare una reazione a catena di fissione degli atomi di uranio-235. Intanto, come già accennato, per ogni atomo di uranio-235 c'erano 140 atomi di uranio-238. È chiaro che i neutroni che si diffondono in tutte le direzioni avevano una probabilità molto più alta di incontrarli nel loro cammino. Cioè, un numero enorme di neutroni rilasciati si è rivelato assorbito dall'isotopo principale senza alcun beneficio. Ovviamente in tali condizioni non potrebbe aver luogo una reazione a catena. Come essere?

All'inizio sembrava che senza la separazione di due isotopi il funzionamento del reattore fosse generalmente impossibile, ma presto fu stabilita una circostanza importante: si scoprì che l'uranio-235 e l'uranio-238 erano suscettibili ai neutroni di energie diverse. Il nucleo di un atomo di uranio-235 può essere diviso da un neutrone di energia relativamente bassa, avente una velocità di circa 22 m/s. Tali neutroni lenti non vengono catturati dai nuclei di uranio-238: per questo devono avere una velocità dell'ordine di centinaia di migliaia di metri al secondo. In altre parole, l'uranio-238 non ha il potere di impedire l'inizio e il progresso di una reazione a catena nell'uranio-235 causata da neutroni rallentati a velocità estremamente basse - non più di 22 m/s. Questo fenomeno fu scoperto dal fisico italiano Fermi, che visse negli Stati Uniti dal 1938 e qui condusse i lavori per creare il primo reattore. Fermi decise di utilizzare la grafite come moderatore di neutroni. Secondo i suoi calcoli, i neutroni emessi dall'uranio-235, dopo aver attraversato uno strato di grafite di 40 cm, avrebbero dovuto ridurre la loro velocità a 22 m/s e iniziare una reazione a catena autosufficiente nell'uranio-235.

Un altro moderatore potrebbe essere la cosiddetta acqua “pesante”. Poiché gli atomi di idrogeno in esso contenuti sono molto simili per dimensioni e massa ai neutroni, potrebbero rallentarli meglio. (Con i neutroni veloci, accade più o meno la stessa cosa che con le palle: se una pallina ne colpisce una grande, rotola indietro, quasi senza perdere velocità, ma quando incontra una pallina, le trasferisce una parte significativa della sua energia - allo stesso modo un neutrone durante una collisione elastica rimbalza su un nucleo pesante, rallentando solo leggermente, e quando si scontra con i nuclei degli atomi di idrogeno perde molto rapidamente tutta la sua energia.) Tuttavia, acqua naturale non adatto alla moderazione poiché il suo idrogeno tende ad assorbire i neutroni. Ecco perché a questo scopo dovrebbe essere utilizzato il deuterio, che fa parte dell'acqua “pesante”.

All'inizio del 1942, sotto la guida di Fermi, iniziò la costruzione del primo reattore nucleare della storia nell'area del campo da tennis sotto le tribune ovest del Chicago Stadium. Gli scienziati hanno svolto tutto il lavoro da soli. La reazione può essere controllata nell'unico modo: regolando il numero di neutroni che partecipano alla reazione a catena. Fermi intendeva raggiungere questo obiettivo utilizzando barre costituite da sostanze come boro e cadmio, che assorbono fortemente i neutroni. Il moderatore erano mattoni di grafite, dai quali i fisici costruirono colonne alte 3 me larghe 1,2 m. Tra di loro furono installati blocchi rettangolari con ossido di uranio. L'intera struttura ha richiesto circa 46 tonnellate di ossido di uranio e 385 tonnellate di grafite. Per rallentare la reazione, nel reattore furono introdotte barre di cadmio e boro.

Se ciò non bastasse, per assicurazione, due scienziati stavano su una piattaforma situata sopra il reattore con secchi pieni di una soluzione di sali di cadmio: avrebbero dovuto versarli sul reattore se la reazione fosse andata fuori controllo. Fortunatamente, ciò non è stato necessario. Il 2 dicembre 1942 Fermi ordinò di estendere tutte le barre di controllo e l'esperimento ebbe inizio. Dopo quattro minuti, i contatori di neutroni iniziarono a suonare sempre più forte. Con ogni minuto l'intensità del flusso di neutroni diventava maggiore. Ciò indicava che nel reattore era in corso una reazione a catena. È durato 28 minuti. Quindi Fermi diede il segnale e le aste abbassate fermarono il processo. Così, per la prima volta, l'uomo liberò l'energia del nucleo atomico e dimostrò di poterlo controllare a suo piacimento. Adesso non c’erano più dubbi sul fatto che le armi nucleari fossero una realtà.

Nel 1943 il reattore Fermi fu smantellato e trasportato al Laboratorio Nazionale Aragonese (a 50 km da Chicago). È stato qui presto
Fu costruito un altro reattore nucleare in cui l'acqua pesante veniva utilizzata come moderatore. Consisteva in un serbatoio cilindrico di alluminio contenente 6,5 tonnellate di acqua pesante, nel quale erano immerse verticalmente 120 barre di uranio metallico, racchiuse in un guscio di alluminio. Le sette aste di controllo erano realizzate in cadmio. Intorno al serbatoio c'era un riflettore di grafite, poi uno schermo fatto di leghe di piombo e cadmio. L'intera struttura era racchiusa in un guscio di cemento con uno spessore di parete di circa 2,5 m.

Gli esperimenti su questi reattori pilota hanno confermato la possibilità della produzione industriale di plutonio.

Il centro principale del Progetto Manhattan divenne presto la città di Oak Ridge nella valle del fiume Tennessee, la cui popolazione crebbe fino a 79mila persone in pochi mesi. Qui venne costruito in breve tempo il primo impianto di produzione di uranio arricchito della storia. Nel 1943 qui venne lanciato un reattore industriale per la produzione di plutonio. Nel febbraio 1944 ne venivano estratti quotidianamente circa 300 kg di uranio, dalla cui superficie si otteneva il plutonio mediante separazione chimica. (Per fare ciò, il plutonio veniva prima sciolto e poi precipitato.) L'uranio purificato veniva quindi riportato al reattore. Nello stesso anno iniziò la costruzione dell'enorme stabilimento di Hanford nel deserto arido e tetro sulla riva sud del fiume Columbia. Qui si trovavano tre potenti reattori nucleari, che producevano diverse centinaia di grammi di plutonio ogni giorno.

Parallelamente, era in pieno svolgimento la ricerca per sviluppare un processo industriale per l'arricchimento dell'uranio.

Avendo considerato diverse varianti, Groves e Oppenheimer decisero di concentrare i loro sforzi su due metodi: diffusione gassosa ed elettromagnetico.

Il metodo della diffusione del gas si basava su un principio noto come legge di Graham (fu formulata per la prima volta nel 1829 dal chimico scozzese Thomas Graham e sviluppata nel 1896 dal fisico inglese Reilly). Secondo questa legge, se due gas, di cui uno più leggero dell'altro, vengono fatti passare attraverso un filtro con fori trascurabilmente piccoli, allora diversi più luce gas rispetto al gas pesante. Nel novembre 1942, Urey e Dunning della Columbia University crearono un metodo di diffusione gassosa per separare gli isotopi dell'uranio basato sul metodo Reilly.

Poiché l'uranio naturale è un solido, è stato prima convertito in fluoruro di uranio (UF6). Questo gas veniva poi fatto passare attraverso fori microscopici, dell'ordine di millesimi di millimetro, nella partizione del filtro.

Poiché la differenza nei pesi molari dei gas era molto piccola, dietro la partizione il contenuto di uranio-235 è aumentato solo di 1,0002 volte.

Per aumentare ulteriormente la quantità di uranio-235, la miscela risultante viene nuovamente fatta passare attraverso un divisorio e la quantità di uranio viene nuovamente aumentata di 1,0002 volte. Pertanto, per aumentare il contenuto di uranio-235 al 99%, è stato necessario far passare il gas attraverso 4000 filtri. Ciò è avvenuto in un enorme impianto di diffusione gassosa a Oak Ridge.

Nel 1940, sotto la guida di Ernest Lawrence, iniziarono le ricerche sulla separazione degli isotopi dell'uranio mediante il metodo elettromagnetico presso l'Università della California. Era necessario trovare processi fisici che permettessero di separare gli isotopi sfruttando la differenza delle loro masse. Lawrence tentò di separare gli isotopi utilizzando il principio di uno spettrografo di massa, uno strumento utilizzato per determinare le masse degli atomi.

Il principio del suo funzionamento era il seguente: gli atomi preionizzati venivano accelerati da un campo elettrico e poi fatti passare attraverso un campo magnetico, in cui descrivevano cerchi situati su un piano perpendicolare alla direzione del campo. Poiché i raggi di queste traiettorie erano proporzionali alla loro massa, gli ioni leggeri finivano su cerchi di raggio più piccolo di quelli pesanti. Se lungo il percorso degli atomi venissero posizionate delle trappole, in questo modo i diversi isotopi potrebbero essere raccolti separatamente.

Questo era il metodo. In condizioni di laboratorio ha dato buoni risultati. Ma costruire un impianto in cui la separazione isotopica potesse essere effettuata su scala industriale si è rivelato estremamente difficile. Tuttavia, Lawrence alla fine riuscì a superare tutte le difficoltà. Il risultato dei suoi sforzi fu la comparsa del calutron, che fu installato in un gigantesco stabilimento a Oak Ridge.

Questa centrale elettromagnetica fu costruita nel 1943 e si rivelò forse il frutto più costoso del Progetto Manhattan. Era necessario il metodo di Lawrence grande quantità dispositivi complessi, non ancora sviluppati, associati ad alta tensione, alto vuoto e forti campi magnetici. L’entità dei costi si è rivelata enorme. Calutron aveva un elettromagnete gigante, la cui lunghezza raggiungeva i 75 me pesava circa 4000 tonnellate.

Per gli avvolgimenti di questo elettromagnete sono state utilizzate diverse migliaia di tonnellate di filo d'argento.

L'intera opera (senza contare il costo di 300 milioni di dollari in argento, che la Tesoreria dello Stato fornì solo temporaneamente) costò 400 milioni di dollari. Il Ministero della Difesa ha pagato 10 milioni solo per l'elettricità consumata dal calutron. Gran parte dell'attrezzatura dello stabilimento di Oak Ridge era superiore in dimensioni e precisione a qualsiasi cosa fosse mai stata sviluppata in questo campo tecnologico.

Ma tutti questi costi non sono stati vani. Dopo aver speso un totale di circa 2 miliardi di dollari, nel 1944 gli scienziati statunitensi crearono una tecnologia unica per l'arricchimento dell'uranio e la produzione di plutonio. Nel frattempo, nel laboratorio di Los Alamos stavano lavorando alla progettazione della bomba vera e propria. Il principio del suo funzionamento era, in termini generali, chiaro da molto tempo: la sostanza fissile (plutonio o uranio-235) doveva essere trasferita in uno stato critico al momento dell'esplosione (affinché avvenga una reazione a catena, il massa della carica deve essere anche sensibilmente maggiore di quella critica) e irradiato con un fascio di neutroni, che comporta l'inizio di una reazione a catena.

Secondo i calcoli, la massa critica della carica ha superato i 50 chilogrammi, ma sono stati in grado di ridurla in modo significativo. In generale, il valore della massa critica è fortemente influenzato da diversi fattori. Quanto maggiore è la superficie della carica, tanto più neutroni vengono emessi inutilmente nello spazio circostante. Una sfera ha la superficie più piccola. Di conseguenza, cariche sferiche con altre pari condizioni hanno la massa critica più piccola. Inoltre, il valore della massa critica dipende dalla purezza e dal tipo dei materiali fissili. È inversamente proporzionale al quadrato della densità di questo materiale, che consente, ad esempio, raddoppiando la densità, di ridurre di quattro volte la massa critica. Il grado di subcriticità richiesto può essere ottenuto, ad esempio, compattando il materiale fissile a causa dell'esplosione di una carica di un esplosivo convenzionale realizzato sotto forma di un guscio sferico che circonda la carica nucleare. La massa critica può essere ridotta anche circondando la carica con uno schermo che rifletta bene i neutroni. Come schermo possono essere utilizzati piombo, berillio, tungsteno, uranio naturale, ferro e molti altri.

Un possibile progetto di una bomba atomica è costituito da due pezzi di uranio che, una volta combinati, formano una massa maggiore di quella critica. Per provocare l'esplosione di una bomba, devi avvicinarli il più rapidamente possibile. Il secondo metodo si basa sull'uso di un'esplosione convergente verso l'interno. In questo caso, un flusso di gas proveniente da un esplosivo convenzionale è stato diretto verso il materiale fissile situato all'interno e lo ha compresso fino a raggiungere una massa critica. Combinando una carica e irradiandola intensamente con neutroni, come già accennato, si provoca una reazione a catena, a seguito della quale nel primo secondo la temperatura aumenta fino a 1 milione di gradi. Durante questo periodo, solo il 5% circa della massa critica riuscì a separarsi. Il resto della carica nei primi progetti di bombe evaporava senza
qualsiasi beneficio.

La prima bomba atomica della storia (le fu dato il nome di Trinity) fu assemblata nell'estate del 1945. E il 16 giugno 1945, la prima esplosione atomica sulla Terra fu effettuata nel sito dei test nucleari nel deserto di Alamogordo (Nuovo Messico). La bomba è stata collocata al centro del sito di prova in cima a una torre d'acciaio alta 30 metri. L'attrezzatura di registrazione è stata posizionata attorno ad esso a grande distanza. C'era un posto di osservazione a 9 km di distanza e un posto di comando a 16 km di distanza. L'esplosione atomica ha fatto un'impressione straordinaria su tutti i testimoni di questo evento. Secondo le descrizioni dei testimoni oculari, sembrava che molti soli si fossero uniti in uno solo e illuminassero contemporaneamente il luogo del test. Poi un enorme palla di fuoco e una nuvola rotonda di polvere e luce cominciò a salire lentamente e minacciosamente verso di lui.

Decollando da terra, questa palla di fuoco è salita in pochi secondi ad un'altezza di oltre tre chilometri. Ogni momento aumentava di dimensioni, presto il suo diametro raggiunse 1,5 km e lentamente salì nella stratosfera. Quindi la palla di fuoco lasciò il posto a una colonna di fumo fluttuante, che si estendeva fino a un'altezza di 12 km, assumendo la forma di un fungo gigante. Tutto ciò fu accompagnato da un terribile ruggito, da cui la terra tremò. La potenza della bomba che esplode ha superato tutte le aspettative.

Non appena la situazione delle radiazioni lo ha consentito, diversi carri armati Sherman, rivestiti all'interno con piastre di piombo, si sono precipitati nell'area dell'esplosione. Su uno di essi c'era Fermi, ansioso di vedere i risultati del suo lavoro. Ciò che apparve davanti ai suoi occhi era una terra morta e bruciata, sulla quale tutti gli esseri viventi erano stati distrutti nel raggio di 1,5 km. La sabbia aveva formato una crosta vetrosa e verdastra che ricopriva il terreno. In un enorme cratere giacevano i resti devastati di una torre di sostegno in acciaio. La forza dell'esplosione è stata stimata in 20.000 tonnellate di TNT.

Il passo successivo doveva essere uso in combattimento bombe contro il Giappone, che, dopo la resa della Germania nazista, continuò da solo la guerra con gli Stati Uniti e i suoi alleati. A quel tempo non esistevano veicoli di lancio, quindi il bombardamento dovette essere effettuato da un aereo. I componenti delle due bombe furono trasportati con grande cura dall'incrociatore Indianapolis sull'isola di Tinian, dove aveva sede il 509° Gruppo Aereonautico Combinato. Queste bombe differivano leggermente l'una dall'altra nel tipo di carica e nel design.

La prima bomba - "Baby" - era di grandi dimensioni bomba aerea con una carica atomica di uranio-235 altamente arricchito. La sua lunghezza era di circa 3 m, diametro - 62 cm, peso - 4,1 tonnellate.

La seconda bomba - "Fat Man" - con una carica di plutonio-239 era a forma di uovo con un grande stabilizzatore. La sua lunghezza
era 3,2 m, diametro 1,5 m, peso - 4,5 tonnellate.

Il 6 agosto, il bombardiere B-29 Enola Gay del colonnello Tibbets sganciò "Little Boy" sulla principale città giapponese di Hiroshima. La bomba venne calata con il paracadute ed esplose, come previsto, ad un'altitudine di 600 m da terra.

Le conseguenze dell'esplosione furono terribili. Anche per i piloti stessi, la vista di una città pacifica da loro distrutta in un istante fece un'impressione deprimente. Più tardi, uno di loro ha ammesso di aver visto in quel momento la cosa peggiore che una persona possa vedere.

Per coloro che erano sulla terra, ciò che stava accadendo somigliava al vero inferno. Prima di tutto, un’ondata di caldo ha investito Hiroshima. Il suo effetto durò solo pochi istanti, ma fu così potente che sciolse anche le piastrelle e i cristalli di quarzo nelle lastre di granito, trasformò in carbone i pali del telefono a 4 km di distanza e infine incenerì corpi umani che di loro non restavano che ombre sull'asfalto dei marciapiedi o sui muri delle case. Poi una mostruosa folata di vento esplose da sotto la palla di fuoco e si precipitò sulla città ad una velocità di 800 km/h, distruggendo tutto sul suo cammino. Le case che non potevano resistere al suo furioso assalto crollarono come se fossero state abbattute. Nel cerchio gigante con un diametro di 4 km non è rimasto un solo edificio intatto. Pochi minuti dopo l'esplosione, una pioggia nera radioattiva cadde sulla città: questa umidità si trasformò in vapore condensato negli alti strati dell'atmosfera e cadde a terra sotto forma di grandi gocce miste a polvere radioattiva.

Dopo la pioggia, una nuova folata di vento si è abbattuta sulla città, questa volta soffiando in direzione dell'epicentro. Era più debole del primo, ma comunque abbastanza forte da sradicare gli alberi. Il vento alimentava un fuoco gigantesco in cui bruciava tutto ciò che poteva bruciare. Dei 76mila edifici, 55mila furono completamente distrutti e bruciati. Testimoni di questa terribile catastrofe ricordarono i tedofori, dai quali cadevano a terra abiti bruciati insieme a brandelli di pelle, e folle di persone impazzite, coperte di terribili ustioni, che si precipitavano urlanti per le strade. Nell'aria c'era un puzzo soffocante di carne umana bruciata. C'erano persone che giacevano ovunque, morte e morenti. C'erano molti ciechi e sordi e, frugando in tutte le direzioni, non riuscivano a distinguere nulla nel caos che regnava intorno a loro.

Le persone sfortunate, che si trovavano a una distanza massima di 800 m dall'epicentro, sono letteralmente bruciate in una frazione di secondo: le loro viscere sono evaporate e i loro corpi si sono trasformati in grumi di carboni fumanti. Quelli situati a una distanza di 1 km dall'epicentro sono stati colpiti dalla malattia da radiazioni in forma estremamente grave. Nel giro di poche ore iniziarono a vomitare violentemente, la loro temperatura salì a 39-40 gradi e iniziarono ad avvertire mancanza di respiro e sanguinamento. Poi sulla pelle sono apparse ulcere non cicatrizzate, la composizione del sangue è cambiata radicalmente e i capelli sono caduti. Dopo terribili sofferenze, di solito il secondo o il terzo giorno, sopravveniva la morte.

In totale, circa 240mila persone sono morte a causa dell'esplosione e delle malattie da radiazioni. Circa 160mila hanno ricevuto la malattia da radiazioni in una forma più lieve: la loro morte dolorosa è stata ritardata di diversi mesi o anni. Quando la notizia del disastro si diffuse in tutto il paese, tutto il Giappone fu paralizzato dalla paura. Aumentò ulteriormente dopo che il vagone merci del maggiore Sweeney sganciò una seconda bomba su Nagasaki il 9 agosto. Qui furono uccise e ferite anche diverse centinaia di migliaia di abitanti. Incapace di resistere alle nuove armi, il governo giapponese capitolò: la bomba atomica pose fine alla seconda guerra mondiale.

La guerra è finita. Durò solo sei anni, ma riuscì a cambiare il mondo e le persone quasi al di là del riconoscimento.

La civiltà umana prima del 1939 e la civiltà umana dopo il 1945 sono sorprendentemente diverse l’una dall’altra. Ci sono molte ragioni per questo, ma una delle più importanti è l’emergere delle armi nucleari. Si può dire senza esagerare che l'ombra di Hiroshima grava su tutta la seconda metà del XX secolo. È diventata una profonda bruciatura morale per molti milioni di persone, come ex contemporanei questa catastrofe e coloro che sono nati decenni dopo. L'uomo moderno non riesce più a pensare al mondo come lo pensava prima del 6 agosto 1945: capisce troppo chiaramente che questo mondo può trasformarsi in nulla in pochi istanti.

L'uomo moderno non può guardare alla guerra come la vedevano i suoi nonni e bisnonni: sa per certo che questa guerra sarà l'ultima e in essa non ci saranno né vincitori né vinti. Le armi nucleari hanno lasciato il segno in tutti i settori vita pubblica e la civiltà moderna non può vivere secondo le stesse leggi di sessanta o ottanta anni fa. Nessuno lo ha capito meglio degli stessi creatori della bomba atomica.

"Le persone del nostro pianeta , ha scritto Robert Oppenheimer, deve unirsi. Terrore e distruzione seminati l'ultima guerra, dettaci questo pensiero. Le esplosioni delle bombe atomiche lo hanno dimostrato con tutta crudeltà. Altre persone hanno già detto parole simili in altri momenti, solo su altre armi e su altre guerre. Non hanno avuto successo. Ma chi oggi dice che queste parole sono inutili si lascia ingannare dalle vicissitudini della storia. Non possiamo esserne convinti. I risultati del nostro lavoro non lasciano all’umanità altra scelta se non quella di creare un mondo unito. Un mondo basato sulla legalità e sull’umanità”.

Nell’URSS deve essere instaurata una forma di governo democratica.
Vernadsky V.I.

La bomba atomica nell'URSS fu creata il 29 agosto 1949 (il primo lancio riuscito). Il progetto è stato guidato dall'accademico Igor Vasilievich Kurchatov. Il periodo di sviluppo delle armi atomiche nell'URSS durò dal 1942 e si concluse con i test sul territorio del Kazakistan. Ciò ruppe il monopolio statunitense su tali armi, perché dal 1945 erano l’unica potenza nucleare. L'articolo è dedicato alla descrizione della storia dell'emergere della bomba nucleare sovietica, nonché alla caratterizzazione delle conseguenze di questi eventi per l'URSS.

Storia della creazione

Nel 1941, i rappresentanti dell'URSS a New York informarono Stalin che negli Stati Uniti si stava svolgendo un incontro di fisici dedicato allo sviluppo di armi nucleari. Negli anni '30 gli scienziati sovietici lavorarono anche alla ricerca atomica, la più famosa delle quali fu la scissione dell'atomo da parte di scienziati di Kharkov guidati da L. Landau. Tuttavia, non è mai arrivato al punto di un utilizzo effettivo nelle armi. Oltre agli Stati Uniti, anche la Germania nazista lavorò su questo. Alla fine del 1941 gli Stati Uniti iniziarono il loro progetto atomico. Stalin lo venne a sapere all'inizio del 1942 e firmò un decreto sulla creazione di un laboratorio in URSS per creare un progetto atomico, l'accademico I. Kurchatov ne divenne il leader.

Si ritiene che il lavoro degli scienziati statunitensi sia stato accelerato dagli sviluppi segreti dei colleghi tedeschi venuti in America. In ogni caso, nell'estate del 1945 alla Conferenza di Potsdam nuovo presidente USA G. Truman informò Stalin del completamento dei lavori su una nuova arma: la bomba atomica. Inoltre, per dimostrare il lavoro degli scienziati americani, il governo americano ha deciso di testare la nuova arma in combattimento: il 6 e il 9 agosto sono state sganciate bombe su due città giapponesi, Hiroshima e Nagasaki. Questa è stata la prima volta che l'umanità ha appreso dell'esistenza di una nuova arma. Fu questo evento che costrinse Stalin ad accelerare il lavoro dei suoi scienziati. I. Kurchatov fu convocato da Stalin e promise di soddisfare qualsiasi richiesta dello scienziato, purché il processo procedesse il più rapidamente possibile. Inoltre, è stato creato comitato statale sotto il Consiglio dei commissari del popolo, che supervisionava il progetto nucleare sovietico. Era diretto da L. Beria.

Lo sviluppo si è spostato in tre centri:

L'ufficio di progettazione dello stabilimento di Kirov, impegnato nella creazione di attrezzature speciali.
Un impianto diffuso negli Urali, che avrebbe dovuto lavorare alla creazione di uranio arricchito.
Centri chimici e metallurgici dove veniva studiato il plutonio. Fu questo elemento ad essere utilizzato nella prima bomba nucleare di tipo sovietico.

Nel 1946 fu creato il primo centro nucleare unificato sovietico. Era una struttura segreta Arzamas-16, situata nella città di Sarov (regione di Nizhny Novgorod). Nel 1947 crearono il primo reattore atomico, in un'impresa vicino a Chelyabinsk. Nel 1948 fu creato un campo di addestramento segreto sul territorio del Kazakistan, vicino alla città di Semipalatinsk-21. Fu qui che il 29 agosto 1949 fu organizzata la prima esplosione della bomba atomica sovietica RDS-1. Questo evento è stato tenuto completamente segreto, ma l'aviazione americana del Pacifico è stata in grado di registrare un forte aumento dei livelli di radiazioni, che era la prova della sperimentazione di una nuova arma. Già nel settembre 1949 G. Truman annunciò la presenza di una bomba atomica nell'URSS. Ufficialmente l’URSS ammise la presenza di queste armi solo nel 1950.

Si possono identificare diverse conseguenze principali del successo dello sviluppo delle armi atomiche da parte degli scienziati sovietici:

Perdita dello status statunitense unico stato con armi atomiche. Ciò non solo equiparava l’URSS agli Stati Uniti in termini di potere militare, ma costrinse anche questi ultimi a riflettere su ogni loro passo militare, poiché ora dovevano temere per la risposta della leadership dell'URSS.
La presenza delle armi atomiche nell’URSS ne assicurò lo status di superpotenza.
Dopo che gli Stati Uniti e l’Unione Sovietica furono pareggiati nella disponibilità di armi atomiche, iniziò la corsa per la loro quantità. Gli stati hanno speso enormi quantità di denaro per superare i loro concorrenti. Inoltre, iniziarono i tentativi di creare armi ancora più potenti.
Questi eventi segnarono l’inizio della corsa al nucleare. Molti paesi hanno iniziato a investire risorse per aggiungersi alla lista degli stati dotati di armi nucleari e garantirne la sicurezza.

Gli antichi scienziati indiani e greci antichi presumevano che la materia fosse costituita dalle più piccole particelle indivisibili e ne scrissero nei loro trattati molto prima dell'inizio della nostra era; Nel V secolo AVANTI CRISTO e. lo scienziato greco Leucippo di Mileto e il suo allievo Democrito formularono il concetto di atomo (greco atomos “indivisibile”). Per molti secoli questa teoria rimase piuttosto filosofica e solo nel 1803 il chimico inglese John Dalton propose una teoria scientifica dell'atomo, confermata da esperimenti.

Alla fine del XIX e all'inizio del XX secolo. questa teoria fu sviluppata nelle loro opere da Joseph Thomson, e poi da Ernest Rutherford, detto Padre fisica Nucleare. Si è scoperto che l'atomo, contrariamente al suo nome, non è una particella finita indivisibile, come precedentemente affermato. Nel 1911, i fisici adottarono il sistema "planetario" di Rutherford Bohr, secondo il quale un atomo è costituito da un nucleo carico positivamente ed elettroni carichi negativamente che orbitano attorno ad esso. Successivamente si è scoperto che anche il nucleo non è indivisibile, è costituito da protoni carichi positivamente e neutroni privi di carica, che, a loro volta, sono costituiti da particelle elementari;

Non appena gli scienziati sono diventati più o meno chiari sulla struttura del nucleo atomico, hanno cercato di realizzare il sogno di lunga data degli alchimisti: trasformare una sostanza in un'altra. Nel 1934, gli scienziati francesi Frederic e Irene Joliot-Curie, bombardando l'alluminio con particelle alfa (nuclei di un atomo di elio), ottennero atomi di fosforo radioattivo, che, a loro volta, si trasformarono in un isotopo stabile di silicio, un elemento più pesante dell'alluminio. Nacque l'idea di condurre un esperimento simile con l'elemento naturale più pesante, l'uranio, scoperto nel 1789 da Martin Klaproth. Dopo che Henri Becquerel scoprì la radioattività dei sali di uranio nel 1896, questo elemento interessò seriamente gli scienziati.

E. Rutherford.

Fungo di un'esplosione nucleare.

Nel 1938, i chimici tedeschi Otto Hahn e Fritz Strassmann condussero un esperimento simile all'esperimento Joliot-Curie, tuttavia, prendendo l'uranio invece dell'alluminio, si aspettavano di ottenere un nuovo elemento superpesante. Tuttavia, il risultato è stato inaspettato: invece di quelli superpesanti, abbiamo ottenuto elementi leggeri dalla parte centrale tavola periodica. Dopo qualche tempo, la fisica Lise Meitner suggerì che il bombardamento dell'uranio con neutroni porta alla scissione (fissione) del suo nucleo, formando nuclei di elementi leggeri e lasciando un certo numero di neutroni liberi.

Ulteriori ricerche hanno dimostrato che l'uranio naturale è costituito da una miscela di tre isotopi, il meno stabile dei quali è l'uranio-235. Di tanto in tanto, i nuclei dei suoi atomi si dividono spontaneamente in parti, questo processo è accompagnato dal rilascio di due o tre neutroni liberi, che corrono ad una velocità di circa 10mila chilometri; I nuclei dell'isotopo più comune-238 nella maggior parte dei casi catturano semplicemente questi neutroni, meno spesso avviene la trasformazione dell'uranio in nettunio e quindi in plutonio-239. Quando un neutrone colpisce un nucleo di uranio-2 3 5, subisce immediatamente una nuova fissione.

Era ovvio: se prendi un pezzo abbastanza grande di uranio-235 puro (arricchito), la reazione di fissione nucleare al suo interno procederà come una valanga, questa reazione fu chiamata reazione a catena; Ogni fissione del nucleo rilascia un'enorme quantità di energia. È stato calcolato che con la fissione completa di 1 kg di uranio-235, viene rilasciata la stessa quantità di calore di quando si bruciano 3mila tonnellate di carbone. Questo colossale rilascio di energia, rilasciato in pochi istanti, avrebbe dovuto manifestarsi come un'esplosione di forza mostruosa, che, ovviamente, interessò immediatamente i dipartimenti militari.

La coppia Joliot-Curie. Anni '40

L. Meitner e O. Hahn. 1925

Prima dello scoppio della seconda guerra mondiale, in Germania e in alcuni altri paesi venivano svolti lavori altamente classificati per creare armi nucleari. Negli Stati Uniti, la ricerca denominata “Progetto Manhattan” iniziò nel 1941 e un anno dopo fu fondato a Los Alamos il più grande laboratorio di ricerca del mondo. Dal punto di vista amministrativo, il progetto era subordinato al generale Groves. La guida scientifica era fornita dal professore dell'Università della California Robert Oppenheimer. Al progetto hanno preso parte le più grandi autorità nel campo della fisica e della chimica, tra cui 13 premi Nobel: Enrico Fermi, James Frank, Niels Bohr, Ernest Lawrence e altri.

Il compito principale era ottenere una quantità sufficiente di uranio-235. Si è scoperto che il plutonio-2 39 potrebbe anche servire come carica di bomba, quindi il lavoro è stato svolto in due direzioni contemporaneamente. L'accumulo di uranio-235 doveva essere effettuato separandolo dalla maggior parte dell'uranio naturale, e il plutonio poteva essere ottenuto solo come risultato di una reazione nucleare controllata quando l'uranio-238 veniva irradiato con neutroni. L'arricchimento dell'uranio naturale fu effettuato negli stabilimenti di Westinghouse e per produrre plutonio fu necessario costruire un reattore nucleare.

Fu nel reattore che ebbe luogo il processo di irradiazione delle barre di uranio con neutroni, a seguito del quale parte dell'uranio-238 avrebbe dovuto trasformarsi in plutonio. Le fonti di neutroni in questo caso erano atomi fissili di uranio-235, ma la cattura di neutroni da parte dell'uranio-238 non ha consentito l'inizio di una reazione a catena. A risolvere il problema aiutò la scoperta di Enrico Fermi, il quale scoprì che i neutroni rallentati alla velocità di 22 ms provocano una reazione a catena dell'uranio-235, ma non vengono catturati dall'uranio-238. In qualità di moderatore, Fermi ha proposto uno strato di 40 centimetri di grafite o acqua pesante, che include l'isotopo dell'idrogeno deuterio.

R. Oppenheimer e il tenente generale L. Groves. 1945

Calutron a Oak Ridge.

Un reattore sperimentale fu costruito nel 1942 sotto le tribune dello stadio di Chicago. Il 2 dicembre ha avuto luogo con successo il lancio sperimentale. Un anno dopo, nella città di Oak Ridge fu costruito un nuovo impianto di arricchimento e fu lanciato un reattore per la produzione industriale di plutonio, nonché un dispositivo calutron per la separazione elettromagnetica degli isotopi di uranio. Il costo totale del progetto è stato di circa 2 miliardi di dollari. Nel frattempo, a Los Alamos, si lavorava direttamente sulla progettazione della bomba e sui metodi per far esplodere la carica.

Il 16 giugno 1945, vicino alla città di Alamogordo nel Nuovo Messico, durante i test nome in codice Trinity, il primo ordigno nucleare con una carica di plutonio e uno schema di detonazione implosivo (utilizzando esplosivi chimici per la detonazione). La potenza dell'esplosione era equivalente a un'esplosione di 20 kilotoni di TNT.

Il passo successivo fu l'uso in combattimento delle armi nucleari contro il Giappone, che, dopo la resa della Germania, continuò da solo la guerra contro gli Stati Uniti e i suoi alleati. Il 6 agosto, un bombardiere B-29 Enola Gay, sotto il controllo del colonnello Tibbetts, sganciò una bomba Little Boy su Hiroshima con una carica di uranio e un circuito di detonazione di un cannone (utilizzando la connessione di due blocchi per creare una massa critica). La bomba è stata lanciata con il paracadute ed è esplosa a un'altitudine di 600 m da terra. Il 9 agosto, il vagone merci del maggiore Sweeney sganciò la bomba al plutonio Fat Man su Nagasaki. Le conseguenze delle esplosioni furono terribili. Entrambe le città furono quasi completamente distrutte, a Hiroshima morirono più di 200mila persone, a Nagasaki circa 80mila. Più tardi, uno dei piloti ammise di aver visto in quel momento la cosa peggiore che si possa vedere. Incapace di resistere alle nuove armi, il governo giapponese capitolò.

Hiroshima dopo il bombardamento atomico.

L'esplosione della bomba atomica pose fine alla Seconda Guerra Mondiale, ma in realtà iniziò nuova guerra“freddo”, accompagnato da una sfrenata corsa agli armamenti nucleari. Gli scienziati sovietici dovettero mettersi al passo con gli americani. Nel 1943 fu creato il "laboratorio n. 2" segreto, guidato dal famoso fisico Igor Vasilyevich Kurchatov. Successivamente il laboratorio venne trasformato nell'Istituto dell'Energia Atomica. Nel dicembre 1946, la prima reazione a catena fu effettuata presso il reattore nucleare sperimentale di uranio-grafite F1. Due anni dopo, nell'Unione Sovietica fu costruito il primo impianto di plutonio con diversi reattori industriali e, nell'agosto 1949, la prima bomba atomica sovietica con carica di plutonio, RDS-1, con una potenza di 22 kilotoni, fu testata a Semipalatinsk. sito di prova.

Nel novembre del 1952, gli Stati Uniti fecero esplodere la prima carica termonucleare sull’atollo di Eniwetak nell’Oceano Pacifico. forza distruttiva che è sorto a causa dell'energia rilasciata durante la fusione nucleare di elementi leggeri in elementi più pesanti. Nove mesi dopo, nel sito di test di Semipalatinsk, gli scienziati sovietici testarono la bomba termonucleare RDS-6, o bomba all'idrogeno, con una potenza di 400 kilotoni, sviluppata da un gruppo di scienziati guidati da Andrei Dmitrievich Sakharov e Yuli Borisovich Khariton. Nell'ottobre 1961 al campo di addestramento dell'arcipelago Nuova terra La bomba zar da 50 megatoni, la più potente bomba all'idrogeno mai testata, venne fatta esplodere.

I. V. Kurchatov.

Alla fine degli anni 2000, gli Stati Uniti avevano circa 5.000 armi nucleari e la Russia 2.800 su veicoli strategici dispiegati, oltre a un numero significativo di armi nucleari tattiche. Questa scorta è sufficiente per distruggere più volte l'intero pianeta. Solo uno bomba termonucleare la potenza media (circa 25 megatoni) è pari a 1500 Hiroshima.

Alla fine degli anni '70 furono condotte ricerche per creare un'arma a neutroni, un tipo di bomba nucleare a bassa potenza. Una bomba a neutroni differisce da una bomba nucleare convenzionale in quanto aumenta artificialmente la porzione di energia dell'esplosione che viene rilasciata sotto forma di radiazione di neutroni. Questa radiazione colpisce la forza lavoro del nemico, influenza le sue armi e crea contaminazione radioattiva dell’area, durante l’impatto onda d'urto e la radiazione luminosa è limitata. Tuttavia, nessun esercito al mondo ha mai adottato cariche di neutroni.

Sebbene l'uso dell'energia atomica abbia portato il mondo sull'orlo della distruzione, esso ha anche un aspetto pacifico, sebbene sia estremamente pericoloso quando va fuori controllo, come hanno dimostrato chiaramente gli incidenti nelle centrali nucleari di Chernobyl e Fukushima . La prima centrale nucleare al mondo con una capacità di soli 5 MW fu lanciata il 27 giugno 1954 nel villaggio di Obninskoye, nella regione di Kaluga (oggi città di Obninsk). Oggi nel mondo sono attive più di 400 centrali nucleari, 10 delle quali in Russia. Generano circa il 17% di tutta l’elettricità globale e questa cifra è destinata ad aumentare. Attualmente il mondo non può fare a meno dell’uso dell’energia nucleare, ma mi piacerebbe credere che in futuro l’umanità troverà una fonte di energia più sicura.

Pannello di controllo di una centrale nucleare a Obninsk.

Chernobyl dopo il disastro.

Negli anni '30 del secolo scorso, molti fisici lavorarono alla creazione di una bomba atomica. Ufficialmente considerato il primo a creare, testare e utilizzare bomba atomica STATI UNITI D'AMERICA. Tuttavia, recentemente ho letto i libri di Hans-Ulrich von Kranz, un ricercatore dei segreti del Terzo Reich, in cui afferma che i nazisti hanno inventato la bomba e che la prima bomba atomica al mondo è stata testata da loro nel marzo 1944 in Bielorussia. Gli americani sequestrarono tutti i documenti sulla bomba atomica, gli scienziati e gli stessi campioni (presumibilmente erano 13). Quindi gli americani ebbero accesso a 3 campioni e i tedeschi ne trasportarono 10 in una base segreta in Antartide. Krantz conferma le sue conclusioni dal fatto che dopo Hiroshima e Nagasaki negli Stati Uniti non c'erano notizie di test di bombe più grandi di 1,5, e successivamente i test non hanno avuto successo. Ciò, a suo avviso, sarebbe stato impossibile se le bombe fossero state create dagli stessi Stati Uniti.

È improbabile che sapremo la verità.

Nel millenovecentoquaranta Enrico Fermi finì di lavorare su una teoria chiamata Reazione Nucleare a Catena. Successivamente gli americani realizzarono il loro primo reattore nucleare. Nel millenovecentoquarantacinque, gli americani crearono tre bombe atomiche. Il primo venne fatto saltare in aria nel Nuovo Messico, mentre i due successivi furono sganciati sul Giappone.

Difficilmente è possibile nominare specificamente una persona che è il creatore di armi atomiche (nucleari). Senza le scoperte dei predecessori non ci sarebbe stato alcun risultato finale. Ma molti chiamano Otto Hahn, tedesco di nascita, chimico nucleare, il padre della bomba atomica. Apparentemente sono state le sue scoperte nel campo della fissione nucleare, insieme a Fritz Strassmann, a poter essere considerate fondamentali nella creazione delle armi nucleari.

Il padre delle armi sovietiche distruzione di massaÈ generalmente accettato considerare personalmente Igor Kurchatov e l'intelligence sovietica e Klaus Fuchs. Tuttavia, non dovremmo dimenticare le scoperte dei nostri scienziati alla fine degli anni '30. Il lavoro sulla fissione dell'uranio è stato condotto da A.K Peterzhak e G.N.

La bomba atomica è un prodotto che non è stato inventato immediatamente. Ci sono voluti decine di anni di vari studi per arrivare al risultato. Prima che gli esemplari venissero inventati per la prima volta nel 1945, furono effettuati molti esperimenti e scoperte. Tutti gli scienziati legati a queste opere possono essere annoverati tra gli ideatori della bomba atomica. Besom parla direttamente del team di inventori della bomba stessa, poi c'era un'intera squadra, è meglio leggerlo su Wikipedia.

Alla creazione della bomba atomica hanno preso parte un gran numero di scienziati e ingegneri di vari settori. Sarebbe ingiusto citarne solo uno. Il materiale di Wikipedia non menziona il fisico francese Henri Becquerel, gli scienziati russi Pierre Curie e sua moglie Maria Sklodowska-Curie, che scoprirono la radioattività dell'uranio, e il fisico teorico tedesco Albert Einstein.

Una domanda piuttosto interessante.

Dopo aver letto le informazioni su Internet, sono giunto alla conclusione che l'URSS e gli Stati Uniti hanno iniziato a lavorare alla creazione di queste bombe contemporaneamente.

Penso che leggerai più in dettaglio nell'articolo. Tutto è scritto lì in grande dettaglio.

Molte scoperte hanno i propri genitori, ma le invenzioni sono spesso il risultato collettivo di una causa comune, alla quale tutti hanno contribuito. Inoltre, molte invenzioni sono, per così dire, un prodotto della loro epoca, quindi il lavoro su di esse viene svolto contemporaneamente in diversi laboratori. Così è con la bomba atomica, non ha un solo genitore.

Un compito piuttosto difficile, è difficile dire chi ha inventato esattamente la bomba atomica, perché molti scienziati sono stati coinvolti nel suo aspetto, che hanno costantemente lavorato allo studio della radioattività, dell'arricchimento dell'uranio, della reazione a catena della fissione dei nuclei pesanti, ecc. i punti principali della sua creazione:

Nel 1945 gli scienziati americani avevano inventato due bombe atomiche Bambino pesava 2722 kg ed era equipaggiato con uranio-235 arricchito e Uomo grasso con una carica di Plutonio-239 con una potenza di oltre 20 kt, aveva una massa di 3175 kg.

In questo momento, sono completamente diversi per dimensioni e forma.

Lavorare su progetti nucleari negli Stati Uniti e nell’URSS iniziarono contemporaneamente. Nel luglio 1945, una bomba atomica americana (Robert Oppenheimer, capo del laboratorio) fu fatta esplodere sul sito del test, e poi, in agosto, furono sganciate bombe anche sulle famigerate Nagasaki e Hiroshima. Il primo test della bomba sovietica ebbe luogo nel 1949 (responsabile del progetto Igor Kurchatov), ma come si suol dire, la sua creazione fu resa possibile grazie all'eccellente intelligenza.

Ci sono anche informazioni secondo cui i creatori della bomba atomica furono i tedeschi. Puoi leggere questo, ad esempio, qui..

Semplicemente non esiste una risposta chiara a questa domanda: molti fisici e chimici di talento hanno lavorato alla creazione di armi mortali in grado di distruggere il pianeta, i cui nomi sono elencati in questo articolo - come vediamo, l'inventore era tutt'altro che solo.

La bomba all'idrogeno (Hydrogen Bomb, HB) è un'arma di distruzione di massa dall'incredibile potere distruttivo (la sua potenza è stimata in megatoni di TNT). Il principio di funzionamento della bomba e la sua struttura si basano sull'utilizzo dell'energia della fusione termonucleare dei nuclei di idrogeno. I processi che avvengono durante l'esplosione sono simili a quelli che avvengono sulle stelle (incluso il Sole). Il primo test di un VB adatto al trasporto su lunghe distanze (progettato da A.D. Sakharov) fu effettuato in Unione Sovietica in un sito di prova vicino a Semipalatinsk.

Reazione termonucleare

Il sole contiene enormi riserve di idrogeno, che è costantemente influenzato da pressione e temperatura ultra elevate (circa 15 milioni di gradi Kelvin). A una densità e temperatura del plasma così estreme, i nuclei degli atomi di idrogeno si scontrano casualmente tra loro. Il risultato delle collisioni è la fusione dei nuclei e, di conseguenza, la formazione dei nuclei di un elemento più pesante: l'elio. Reazioni di questo tipo sono chiamate fusione termonucleare; sono caratterizzate dal rilascio di quantità colossali di energia.

Le leggi della fisica spiegano il rilascio di energia durante una reazione termonucleare come segue: parte della massa dei nuclei leggeri coinvolti nella formazione di elementi più pesanti rimane inutilizzata e viene convertita in energia pura in quantità colossali. Ecco perché il nostro corpo celeste perde circa 4 milioni di tonnellate di materia al secondo, rilasciando nello spazio un flusso continuo di energia.

Isotopi dell'idrogeno

Il più semplice di tutti gli atomi esistenti è l'atomo di idrogeno. È costituito da un solo protone, che forma il nucleo, e da un singolo elettrone che orbita attorno ad esso. Dagli studi scientifici condotti sull'acqua (H2O) è emerso che essa contiene in piccole quantità la cosiddetta acqua “pesante”. Contiene isotopi “pesanti” dell'idrogeno (2H o deuterio), i cui nuclei, oltre a un protone, contengono anche un neutrone (una particella vicina in massa a un protone, ma priva di carica).

La scienza conosce anche il trizio, il terzo isotopo dell'idrogeno, il cui nucleo contiene 1 protone e 2 neutroni. Il trizio è caratterizzato da instabilità e costante decadimento spontaneo con rilascio di energia (radiazione), con conseguente formazione di un isotopo di elio. Tracce di trizio si trovano negli strati superiori dell'atmosfera terrestre: è lì, sotto l'influenza Raggi cosmici Le molecole di gas che compongono l'aria subiscono cambiamenti simili. È anche possibile ottenere il trizio in reattore nucleare irradiando l'isotopo del litio-6 con un potente flusso di neutroni.

Sviluppo e primi test della bomba all'idrogeno

Come risultato di un'analisi teorica approfondita, gli esperti dell'URSS e degli Stati Uniti sono giunti alla conclusione che una miscela di deuterio e trizio facilita l'avvio di una reazione di fusione termonucleare. Armati di questa conoscenza, gli scienziati degli Stati Uniti negli anni '50 del secolo scorso iniziarono a creare una bomba all'idrogeno. E già nella primavera del 1951, fu effettuato un test nel sito di prova di Enewetak (un atollo nell'Oceano Pacifico), ma poi fu ottenuta solo una fusione termonucleare parziale.

Passò poco più di un anno e nel novembre 1952 fu effettuato il secondo test di una bomba all'idrogeno con una resa di circa 10 Mt di TNT. Tuttavia, quell'esplosione difficilmente può essere definita l'esplosione di una bomba termonucleare nel senso moderno: in realtà, l'ordigno era un grande contenitore (delle dimensioni di un edificio a tre piani) pieno di deuterio liquido.

La Russia si assunse anche il compito di migliorare le armi atomiche e la prima bomba all'idrogeno del progetto A.D. Sakharov fu testato nel sito di test di Semipalatinsk il 12 agosto 1953. L'RDS-6 (questo tipo di arma di distruzione di massa era soprannominato il "sbuffo" di Sakharov, poiché la sua progettazione prevedeva il posizionamento sequenziale di strati di deuterio attorno alla carica iniziatrice) aveva una potenza di 10 Mt. Tuttavia, a differenza della “casa a tre piani” americana, bomba sovietica Era compatto e poteva essere rapidamente consegnato al sito di lancio in territorio nemico su un bombardiere strategico.

Accettando la sfida, gli Stati Uniti nel marzo 1954 fecero esplodere una bomba aerea più potente (15 Mt) in un sito di test sull'atollo di Bikini ( l'oceano Pacifico). Il test ha portato al rilascio di una grande quantità di sostanze radioattive, alcuni dei quali caduti con precipitazioni a centinaia di chilometri dall'epicentro dell'esplosione. La nave giapponese "Lucky Dragon" e gli strumenti installati sull'isola di Rogelap hanno registrato un forte aumento delle radiazioni.

Poiché i processi che si verificano durante la detonazione di una bomba all'idrogeno producono elio stabile e innocuo, ci si aspettava che le emissioni radioattive non dovessero superare il livello di contaminazione di un detonatore a fusione atomica. Ma i calcoli e le misurazioni delle effettive ricadute radioattive variavano notevolmente, sia in quantità che in composizione. Pertanto, la leadership americana ha deciso di sospendere temporaneamente la progettazione di quest’arma fino a quando il suo impatto sull’ambiente e sull’uomo non sarà stato completamente studiato.

Video: test in URSS

Tsar Bomba - bomba termonucleare dell'URSS

Punto cruciale nella catena di reclutamento del tonnellaggio bombe all'idrogeno stabilito dall'URSS quando, il 30 ottobre 1961, una "bomba zar" da 50 megatoni (la più grande della storia) fu testata su Novaya Zemlya - il risultato di molti anni di lavoro gruppo di ricerca INFERNO. Sakharov. L'esplosione è avvenuta ad un'altitudine di 4 chilometri e l'onda d'urto è stata registrata tre volte da strumenti in tutto il mondo. Nonostante il test non abbia rivelato alcun guasto, la bomba non è mai entrata in servizio. Ma il fatto stesso che i sovietici possedessero tali armi lasciò un’impressione indelebile sul mondo intero e gli Stati Uniti smisero di accumulare il tonnellaggio del loro arsenale nucleare. La Russia, a sua volta, ha deciso di abbandonare l'introduzione delle testate con cariche di idrogeno in servizio di combattimento.

La bomba all’idrogeno è la più complessa dispositivo tecnico, la cui esplosione richiede il verificarsi sequenziale di una serie di processi.

Innanzitutto, la carica iniziatrice situata all'interno del guscio della VB (bomba atomica in miniatura) esplode, provocando un potente rilascio di neutroni e la creazione dell'alta temperatura necessaria per iniziare la fusione termonucleare nella carica principale. Inizia il massiccio bombardamento neutronico dell'inserto di deuteride di litio (ottenuto combinando il deuterio con l'isotopo di litio-6).

Sotto l'influenza dei neutroni, il litio-6 si divide in trizio ed elio. La miccia atomica in questo caso diventa una fonte di materiali necessari affinché la fusione termonucleare avvenga nella bomba stessa fatta esplodere.

Una miscela di trizio e deuterio innesca una reazione termonucleare, facendo aumentare rapidamente la temperatura all'interno della bomba e nel processo è coinvolto sempre più idrogeno.
Il principio di funzionamento di una bomba all'idrogeno implica il verificarsi ultraveloce di questi processi (a ciò contribuiscono il dispositivo di carica e la disposizione degli elementi principali), che all'osservatore appaiono istantanei.

Superbomba: fissione, fusione, fissione

La sequenza dei processi sopra descritti termina dopo l'inizio della reazione del deuterio con il trizio. Successivamente si decise di utilizzare la fissione nucleare anziché la fusione di quelli più pesanti. Dopo la fusione dei nuclei di trizio e deuterio, vengono rilasciati elio libero e neutroni veloci, la cui energia è sufficiente per avviare la fissione dei nuclei di uranio-238. I neutroni veloci sono in grado di dividere gli atomi dal guscio di uranio di una superbomba. La fissione di una tonnellata di uranio genera un'energia di circa 18 Mt. In questo caso, l'energia viene spesa non solo per creare un'onda d'urto e rilasciare una quantità colossale di calore. Ogni atomo di uranio decade in due “frammenti” radioattivi. Si forma un intero “bouquet” di vari elementi chimici (fino a 36) e circa duecento isotopi radioattivi. È per questo motivo che si formano numerose ricadute radioattive, registrate a centinaia di chilometri dall'epicentro dell'esplosione.

Dopo la caduta della cortina di ferro, si è saputo che l'URSS stava progettando di sviluppare una "bomba zar" con una capacità di 100 milioni di tonnellate. Poiché a quel tempo non esisteva un aereo in grado di trasportare una carica così massiccia, l'idea fu abbandonata a favore di una bomba da 50 Mt.

Conseguenze dell'esplosione di una bomba all'idrogeno

Onda d'urto

L'esplosione di una bomba all'idrogeno comporta distruzione e conseguenze su larga scala e l'impatto primario (ovvio, diretto) è triplice. Il più evidente di tutti gli impatti diretti è un’onda d’urto di altissima intensità. La sua capacità distruttiva diminuisce con la distanza dall'epicentro dell'esplosione, e dipende anche dalla potenza della bomba stessa e dall'altezza alla quale è esplosa la carica.

Effetto termico

L'effetto dell'impatto termico di un'esplosione dipende dagli stessi fattori della potenza dell'onda d'urto. Ma a loro si aggiunge un'altra cosa: il grado di trasparenza masse d'aria. La nebbia o anche una leggera nuvolosità riducono drasticamente il raggio di danno oltre il quale un flash termico può causare gravi ustioni e perdita della vista. L'esplosione di una bomba all'idrogeno (più di 20 Mt) genera un'incredibile quantità di energia termica, sufficiente a sciogliere il cemento a una distanza di 5 km, far evaporare quasi tutta l'acqua da un laghetto a una distanza di 10 km, distruggere il personale nemico , attrezzature ed edifici alla stessa distanza . Al centro si forma un imbuto con un diametro di 1-2 km e una profondità fino a 50 m, ricoperto da uno spesso strato di massa vetrosa (diversi metri di rocce ad alto contenuto di sabbia si sciolgono quasi istantaneamente, trasformandosi in vetro ).

Secondo calcoli basati su test di vita reale, le persone hanno una probabilità del 50% di sopravvivere se:

Si trovano in un rifugio di cemento armato (sotterraneo) a 8 km dall'epicentro dell'esplosione (EV);
Sono ubicati in edifici residenziali ad una distanza di 15 km dall'EV;
Si troveranno in un'area aperta a una distanza superiore a 20 km dal veicolo elettrico con scarsa visibilità (per un'atmosfera “pulita” la distanza minima in questo caso sarà di 25 km).

Con la distanza dai veicoli elettrici, la probabilità di sopravvivenza delle persone che si trovano in aree aperte aumenta notevolmente. Quindi, a una distanza di 32 km sarà del 90-95%. Un raggio di 40-45 km è il limite dell'impatto primario di un'esplosione.

Palla di fuoco

Un altro impatto evidente dell’esplosione di una bomba all’idrogeno sono le tempeste di fuoco autosufficienti (uragani), formate a seguito di masse colossali di materiale infiammabile attirate nella palla di fuoco. Ma nonostante ciò, la conseguenza più pericolosa dell'esplosione in termini di impatto sarà inquinamento da radiazioni ambiente per decine di chilometri intorno.

Cadere

La palla di fuoco che appare dopo l'esplosione si riempie rapidamente di particelle radioattive in grandi quantità (prodotti del decadimento di nuclei pesanti). La dimensione delle particelle è così piccola che quando entrano nell'atmosfera superiore, possono rimanervi per molto tempo. Tutto ciò che la palla di fuoco raggiunge sulla superficie della terra si trasforma istantaneamente in cenere e polvere, e poi viene trascinato nella colonna di fuoco. I vortici di fiamma mescolano queste particelle con particelle cariche, formando una pericolosa miscela di polvere radioattiva, il cui processo di sedimentazione dei granuli dura a lungo.

La polvere grossolana si deposita abbastanza rapidamente, ma la polvere fine viene trasportata dalle correnti d'aria su grandi distanze, cadendo gradualmente dalla nuvola appena formata. Le particelle più grandi e cariche si depositano nelle immediate vicinanze dell'EC; le particelle di cenere visibili ad occhio nudo si trovano ancora a centinaia di chilometri di distanza. Formano una copertura mortale spessa diversi centimetri. Chiunque gli si avvicini rischia di ricevere una grave dose di radiazioni.

Le particelle più piccole e indistinguibili possono “galleggiare” nell’atmosfera per molti anni, girando ripetutamente attorno alla Terra. Quando cadono in superficie, hanno perso una discreta quantità di radioattività. Il più pericoloso è lo stronzio-90, che ha un tempo di dimezzamento di 28 anni e genera radiazioni stabili durante questo periodo. Il suo aspetto viene rilevato da strumenti in tutto il mondo. "Atterraggio" sull'erba e sul fogliame, viene coinvolto catene alimentari. Per questo motivo, gli esami di persone situate a migliaia di chilometri dai siti di test rivelano stronzio-90 accumulato nelle ossa. Anche se il suo contenuto è estremamente ridotto, la prospettiva di diventare un “sito di archiviazione” scorie radioattive“non è di buon auspicio per una persona, portando allo sviluppo di neoplasie maligne ossee. Nelle regioni della Russia (così come in altri paesi) vicine ai siti di lancio di prova delle bombe all'idrogeno, si osserva ancora un aumento dello sfondo radioattivo, che dimostra ancora una volta la capacità di questo tipo di armi di lasciare conseguenze significative.