Väike poiss ja Paks mees võitlevad esimest korda aatomipommidega
Sisu
Üks kahest kuulsaimast Teise maailmasõja pommilennukist on Boeing B-29, 44-27297, Boxcar. Lennuk, millest 9. augustil 1945 visati Nagasakile teine sõjaväe aatomipomm. Nüüd on see näitus lähedal asuvas Wright-Pattersoni õhujõudude baasis asuvas Ameerika Ühendriikide õhujõudude rahvusmuuseumis.
Dayton, Ohio.
16. juulil 1945 läbi viidud Trinity katse, mis oli ajaloo esimene tuumaplahvatus, oli tuumalaengute ühe konstruktsioonilahenduse katsetamine. Kolm nädalat hiljem heideti Jaapani linnadele Hiroshimale ja Nagasakile kaks tuumapommi "Baby" ja "Fat Man".
Mõlemat lahingumissiooni on kirjeldatud arvukates väljaannetes. Seevastu palju vähem pöörati tähelepanu arenduse ja ehitamise tehnilistele aspektidele, samuti mõlema tuumapommi katsetamisele ja lahingukasutuseks ettevalmistamisele. Seda teavet hoiti aastaid hoolikalt. Isegi täna, pärast enamiku Manhattani projekti materjalide avaldamist, mil enamik neist on Internetist leitav, on selleteemalised Poola väljaanded haruldased. Selle artikli eesmärk on tutvustada lugejaid aatomiajastu alguse selle poolega.
Väike poiss L-1 valmistub testiks. Hästi nähtavad liitmikud riistvarakambris. Kaks väiksemat kasti vasakul on patareid. Kõrval peaks olema kaks Archie kõrgusmõõturi plokki, millest ainult üks, alumine, on monteeritud. Keskel, üleval, on vaevumärgatav Clock Box, st. kaheksast kellalülitist ja mikrolülitist koosnev plokk.
Uraanikahur, plutooniumikahur
Los Alamose laborite töö algperioodil, s.o 1943. aasta kevadel, võtsid sinna kogunenud teadlased ja tehnikud pärast loengusarja kuulamist teoreetiliste küsimustega kurssi viia projekti - aatomipommi loomine. Aktsepteeritud eeldused näitasid, et pommi südamik (südamik) peaks olema metallilise uraani U-235 või plutoonium-239 kuul, mida ümbritseb paks peegeldav kiht materjalist, mis peegeldab hästi neutroneid. Need materjalid võivad tekitada laviini lõhustumise reaktsiooni, kui laengu mass ületab kriitilise massi1. Uraani U-235 kriitiliseks massiks hinnati algselt 15 kg ja plutooniumi Pu-239 kriitiliseks massiks 5 kg. Suure hulga energia vabanemine väga lühikese ajaga – plahvatus eeldab aga lõhustuva materjali kogumist kriitilisest massist mitu korda suuremas koguses. See tingimus tõi kaasa peamise disainiprobleemi – kuidas südamikku kokku panna nii, et ükski selle komponentidest ei ületaks kriitilist massi. Teiseks, mitte vähem oluliseks, oli enneaegse lõhkamise võimalus (predetonation), s.o. ahelreaktsiooni käivitamine kuni kõige mugavama konfiguratsiooni saavutamiseni, s.t. kuni südamiku kokkupanek on lõpetatud.
Eeldetonatsiooni võivad põhjustada välise päritoluga neutronid või laengukeha tuumas või materjalides spontaanselt tekkinud neutronid. Enneaegse detonatsiooni käigus vabanenud energiaks hinnati maksimaalselt mitukümmend tonni trotüüli. Sellist plahvatust, mille energia vabanemine oli väga piiratud, st mitu suurusjärku vähem kui nominaalne, nimetasid Los Alamose teadlased "zilchiks", see tähendab laengu tühjenemiseks.
Mitme või kümne tuhande tonni trotüüli plahvatusega võrdväärse jõuga tuumaplahvatuse tekitamiseks oli vaja südamik viivitamatult kokku panna, sinna viia neutronid, käivitades ahelreaktsiooni ja hoida südamikku ülekriitilises olekus nii kaua kui võimalik. Kuna lõhustuvad materjalid olid üliraske, keeruka ja aeganõudva valmistamisprotsessi tõttu väga väärtuslikud, tuli aatomilaeng kujundada nii, et oleks tagatud võimalikult suur efektiivsus – kasutada võimalikult vähe aktiivmaterjali ja kasutada maksimaalselt ära. sellest. tõhusalt.
Nendele teadmistele ja teoreetilistele eeldustele tuginedes toodi algselt välja mitu erinevat pommi konstrueerimise skeemi.
Enamik neist eeldas tavapäraste lõhkeainete kasutamise tõttu südamiku kokkupanemise kiiret kiirust. Esimene sellest rühmast oli idee tulistada silindriline tihvt õõnsasse sfääri. Teine idee oli tulistada üksteise pihta tükke, nagu kaks muna pikkuses lõigatud poolikut, millest igaüks koosneb poolsüdamikust ja helkurist. Veel üks arvas, et helkuri südamik koosnes neljast osast, neljandikust ringist, mis olid kinnitatud lõhkeainekihiga ümbritsetud suurema rõnga sisse. Selle aktiveerimine piki ümbermõõtu tooks kaasa rõnga kiire hävimise ja neljandike ühinemise üheks elemendiks.
Kiiresti märgati üksikute süsteemide eeliseid ja miinuseid, aga ka tehnoloogilisi raskusi, millest tuli üle saada. Esimest skeemi tunnistati parimaks ja lihtsamini rakendatavaks. Ta valiti tänu võimalusele kasutada suurtükiväevarustuse tootmisel tuntud, valdatud ja tõestatud tehnoloogiaid, mistõttu sai ta ka relvakoostu nime. Enamik vägesid oli suunatud sellele süsteemile. Kavandatavatest teine tingis suure massi (umbes 0,5 tonni) ja inertsiga asümmeetriliste elementide ühendamise. Kolmas süsteem väitis esmapilgul, et kogu protsessi sünkroonimine oli väga keeruline ja lükati samuti tagasi, kuigi see pakkus välja idee teise kompileerimismeetodi kohta, mida hiljem nimetati implosiveks. Tööd selle kallal alustas väike teadlaste rühm, kuid alguses käsitlesid nad seda puhtalt uurimistegevusena.
Püstolisüsteemile keskendudes töötati välja kaks konstruktsiooni: "uraanipüstol" ja "plutooniumipüstol". Mõlemal juhul tuli aktiivmaterjali alakriitiline osa - "kuul" tulistada teise sobiva kujuga osasse ja ka alakriitilisse "sihikusse", mis kinnitataks spetsiaalse relvatoru otsa. Mõlema relva väljatöötamine ei kulgenud aga paralleelselt. 1943. aasta suve ja sügise algne töö keskendus peamiselt uraanipüstolile, kuid uraani ja plutooniumi füüsikalis-keemiliste omaduste uurimise paranedes pöördus teadlaste tähelepanu plutooniumipüstolile kui tehniliselt keerukamale konstruktsioonile. Põhjuseks oli palju suurem nõutav südamiku kokkupanemise kiirus Pu-239 plutooniumi suurema spontaanse lagunemise kiiruse tõttu. Lisaks oli plutooniumil väiksem kriitiline mass ja kõrgem neutronite paljunemisindeks – laviinireaktsioon arenes selles kiiremini. Kõik see viis selle suurema efektiivsuseni.
Usuti, et rühmakahuri tehniliste probleemide lahendamine tagab ka uraani disaini edu. Plutooniumi kasuks rääkisid ka probleemid, mis tekkisid mõlema lõhustuva materjali tootmisel. U-235 looduslikus uraanis on ainult 0,7% (1 139 uraaniosakest). Selle tootmine - nn. rikastamisprotsess on keeruline ja pikk füüsiline protsess, mis seisneb sama elemendi isotoopide üksteisest eraldamises. Pu-239 plutoonium on teine element, mis on kunstlikult loodud uraani kiiritamisel U-238-ga reaktoris. Selle isoleerimist saab läbi viia tavapäraste keemiliste meetoditega, kuigi kõigi toodete kõrge radioaktiivsuse tõttu on see ka keeruline ja tervisele ohtlik protsess.
