Единая картина мира. Системно структурным методом
Шрифт:
В течение двух лет группа Гейзенберга провела исследования, необходимые для создания атомного реактора с использованием урана и тяжелой воды. Было подтверждено, что взрывчатым веществом может служить лишь один из изотопов, а именно – уран-235, содержащийся всего 1% от всего природного урана. Одной из проблем было обогащение урана. Другой проблемой программы создания бомбы был атомный реактор, для которого – в качестве замедлителя реакции – требовался графит либо тяжелая вода. Немецкие физики выбрали воду, создав себе тем самым серьезную проблему. Оккупировав Норвегию, у которой был единственный в мире завод по производству тяжелой воды, но французы тут же вывезли всю продукцию, а англичане вывели завод из строя. В Лейпциге взорвался опытный
Однако в начале 1945 года Гейзенберг имел все необходимое для монтажа новой большой реакторной установки, которая была развернута в конце февраля. Реактор содержал 664 кубика урана общим весом 1525 кг, окруженных графитовым замедлителем-отражателем нейтронов весом 10 т, кроме того в активную зону дополнительно влили 1,5 т тяжелой воды. 23 марта в Берлин доложили, что реактор заработал, но реактор не достиг критической точки, цепная реакция не пошла. Было недостаточно урана и тяжелой воды. 23 апреля в Хайгерлох вошли американские войска. Реактор был демонтирован и вывезен в США.
С небольшим отставанием шла разработка ядерного оружия в США и Англии. 16 марта 1939 года организовали встречу Джорджа Пеграм, Лео Силард, Энрико Ферми и Юджин Вигнер. Ученые договорились держать свои исследования в секрете, а также о необходимости связаться с правительством США и военным командованием, чтобы получить финансирование. 18 марта Ферми проинформировал власть о возможности применения атомной энергии в военных целях. Однако власти не проявили заинтересованности возможно из-за того, что Ферми довольно осторожно описал возможности, а также потому, что на беседе не присутствовало высокое командование.
Поговорив с приятелем Вигнеров, а также с Силордом 2 августа 1939 года, Эйнштейн подписал письмо президенту США Рузвельту, в котором рассказывалось о прогрессе физической науки в исследованиях цепных ядерных реакций, на ее основе возможности создания мощной бомбы нового типа, и просил сформировать комиссию из физиков, работающих в этой области и представителей правительства, т. к. Германия также ведет работы в этом направлении. В октябре Рузвельт создал комиссию. Сразу же от вооруженных сил США были выделены необходимые средства на секретные исследования цепных реакций. Кроме того Рузвельт создал «Национальный совет по оборонным исследованиям (NDRC)» и в его составе – «Урановый комитет» (UC), в который вначале вошли только ученые, имеющие гражданство США. Главой Уранового комитета Рузвельт назначил Лаймана Бриггса из Национального бюро стандартов. Позднее привлекались известные ученые прибывшие из других стран, но к иностранным ученым относились с большим подозрением: среди них могли оказаться шпионы. Руководителями групп по исследованию урана назначались только граждане США. Несмотря на итальянское происхождение Ферми, заслужив доверие методолога и организатора научных исследований и научного сообщества Вэнивера Буша, назначен руководителем ядерного реактора в Чикаго.
Ключевой проблемой создания реактора была урановая руда. Расщепляемым был уран-235, составляющий 07%, природный уран-238 составляет 99,03%, естественной оказалась проблема обогащения урана. Получением необходимого количества материалов занимался Силард, а Ферми проектировал ураново-графитовый ядерный реактор, пытаясь найти наилучший вариант их размещения и соотношения, чтобы получить самоподдерживающую цепную реакцию. К этому времени было известно, что чем больше размеры реактора, тем лучше протекает диффузия нейтронов. В 1941 году с трудом получено большое количество минералов урана и чистого графита. В июне 1942 года Рузвельт совместно с армейскими руководителями и управлением научных исследований начал непосредственную работу по созданию атомной бомбы. В августе эта программа была названа «Манхеттен проект», а Ферми получил пост руководителя теоретического отдела проекта. Общее руководство проектом осуществлял Джулиус Роберт Оппенгеймер.
В проекте было задействовано около 129 000 служащих,
Главной проблемой монтажа основного реактора была безопасность, поэтому пришлось перенести его в более отдаленное место. С сентября по ноябрь 1942 года соорудили 16 экспоненциальных реакторов с измерением необходимых параметров. Кроме того был спроектирован особый стержень, названный Zip, это был избыточный механизм безопасности. Расположение металлического урана идеальной чистоты в центре реактора должно увеличить коэффициент размножения, который показывает количество тепловых нейтронов, переходящих из одной реакции в другую. В ночь на 2 декабря уложен 57-й слой урана и графита, все это по расчетам Ферми должно создать критическое состояние, учитывая соотношение свободных нейтронов, участвующих в цепных реакция и нейтронов, поглощенных средствами безопасности.
Ферми внимательно наблюдал за всем происходящим. Вынимая защитные кадмиевые стержни один за другим, постепенно росло количество активных нейтронов, приближаясь к критическому. Когда достали последний стержень, Ферми улыбнулся и нарушил всеобщее молчание: «Реакция поддерживается сама». Достигнуто критическое состояние, работал первый в мире реактор с самоподдерживающейся ядерной реакцией. Открыли бутылку лучшего итальянского вина кьянти, все выпили в знак уважения Ферми и за то, что ничего не взорвалось.
Первый реактор, так называемый «Чикагская поленница» (CP-1) проработала до февраля 1943 года. Перевезена в Аргоннскую лабораторию, где она была доработана с добавлением радиологической защиты, получила название (CP-2). В 1944 году был закончен новый ядерный реактор (СР-3)с защитой на тяжелой воде.
Сразу же после удачного запуска атомного реактора был создан проект Y2 по проектированию атомной бомбы в Лос-Аламосе, которым руководил тот же Оппенгеймер, которому не раз приходилось обращаться к Ферми, мировому авторитету атомной физики, с возникшими проблемами. Было решено изготовить бомбу на основе урана-235, другую на плутоние-239 с изотопом плутония-240, которые готовились в разных реакторах. Идея создания атомной бомбы на основе урана-235 оказалась проще: при соединении двух частей данного вещества, достигается критическая масса, при которой происходит вышедшая из под контроля цепная реакция, с выделением большого количества энергии за короткое время, чтобы произошел взрыв. С плутониевой бомбой было несколько вариантов. В итоге остановились на таком: плутониевый шар взрывной волной сжимается вдвое и достигает надкритичности.
Первые сведения о работах, проводимых по разработке атомной бомбы, как союзниками, так и противником, были доложены Сталину разведкой в 1943 году. Сразу же было принято решение о развертывании подобных работ в Союзе. В одном из зданий Казанского университета начала работать секретная «Лаборатория № 2», ее руководителем назначен Курчатов. Так начался советский атомный проект. Задания получили не только ученые, но и разведчики, для которых добыча ядерных секретов стала проблемой № 1. Ценнейшие сведения о работе над атомной бомбой в США, добытые разведкой, очень помогли продвижению советского ядерного проекта. Участвовавшие в нем ученые сумели избежать тупиковых путей поиска, тем самым существенно ускорив достижение конечной цели.