Атомная энергия для военных целей

12.10. В предыдущих главах мы установили, что саморазвивающаяся цепная реакция не может быть вызвана в массе чистого металлического урана, независимо от ее размеров, из-за паразитного захвата нейтронов ураном-238. Это заключение было результатом различных теоретических вычислений, а также прямого эксперимента. Чтобы получить невзрывающийся котел, можно применить решетку и замедлитель, что в достаточной мере уменьшает паразитные захваты. Для осуществления взрывающейся системы этот прием, как оказалось, неудовлетворителен в двух отношениях. Во-первых, процесс на тепловых нейтронах развивается столь медленно, что в результате получился бы лишь слабый взрыв. Во-вторых, котел получается слишком большим для транспортировки. Поэтому для осуществления взрывающейся системы необходимо исключить паразитный захват, удалив большую часть U-238, или применив плутоний.

12.11. Эти общие положения, как и многие другие, были твердо установлены еще до возникновения Лос-Аламосского проекта.

КРИТИЧЕСКИЕ РАЗМЕРЫ

12.12. Вычисление критических размеров является проблемой, которую мы уже обсуждали в связи с вопросом о котлах. Хотя расчет для однородного металла проще, чем для решетки, но в начальном периоде работы оставались неточности, обусловленные как недостаточно точным знанием постоянных, так и математическими трудностями. Так, поперечные сечения рассеяния, деления и поглощения нейтронов ядрами, участвующими в реакции, меняются со скоростью нейтронов. Детали этих изменений не были известны экспериментально и крайне трудно учитывались при расчетах. Весной 1943 г. на основе использования различных методов вычисления и наиболее надежных ядерных постоянных были высказаны некоторые суждения о критических размерах, но все же пределы ошибок оставались большими.

ОТРАЖАЮЩАЯ ОБОЛОЧКА

12.13. Критические размеры урано-графитового котла могут быть значительно уменьшены, если он окружен слоем графита, так как эта оболочка отражает много нейтронов обратно в котел. Подобную оболочку можно применить и для уменьшения критических размеров бомбы, однако, здесь она играет еще дополнительную роль: ее собственная инерция задерживает расширение реагирующего материала. Применение ее приводит к более длительному, более энергичному и эффективному взрыву. Наиболее эффективной является оболочка, имеющая максимальную плотность: высокая прочность на разрыв оказывается несущественной. Благодаря счастливому совпадению, материалы высокой плотности одновременно являются и превосходными отражателями нейтронов.

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

12.14. Как уже отмечалось выше, бомба во время реакции стремится разлететься на куски, что ведет к прекращению реакции. Подсчет, насколько должна расшириться бомба, прежде чем реакция прекратится, относительно прост. Подсчет же времени этого расширения и сколь далеко заходит за это время реакция — гораздо труднее.

12.15. Оболочка должна увеличивать коэффициент полезного действия как из-за отражения нейтронов, так и из-за задержки в расширении бомбы, но оказывается, что ее действие на КПД не столь велико, как на критическую массу. Причина этого в том, что процесс отражения требует относительно большого времени и не может широко развиться до момента окончания реакции.

ДЕТОНАЦИЯ И СБЛИЖЕНИЕ ЧАСТЕЙ БОМБЫ

12.16. Как было установлено в главе II, невозможно предотвратить возникновение цепной реакции, если размеры бомбы превосходят критические. Дело в том, что всегда имеется достаточно нейтронов для начала цепной реакции (нейтроны от космических лучей, от спонтанных делений или от реакций в примесях, вызванных -частицами). Таким образом, пока детонация нежелательна, бомба должна состоять из некоторого числа отдельных частей, каждая из которых меньше критической (или по малости геометрических размеров, или вследствие неподходящей формы). Чтобы вызвать детонацию, отдельные части бомбы нужно сблизить достаточно быстро вместе. Из-за присутствия блуждающих нейтронов цепная реакция может начаться уже во время этого сближения, еще до того момента, как бомба достигла наиболее компактной, т. е. наиболее благоприятной для реакции формы. В этом случае взрыв будет мешать бомбе достигнуть этой наиболее компактной формы. Может случиться, что он будет совсем неэффективен. Возникает поэтому двойная задача: (1) уменьшить до минимума время сближения частей бомбы и (2) уменьшить до минимума число блуждающих нейтронов.

12.17. Опасность получения «хлопка», т. е. детонации столь малой эффективности, что даже сама бомба окажется разрушенной неполностью, также подвергалась рассмотрению. Это было бы, конечно, весьма нежелательно, так как дало бы в руки врага запас весьма ценного материала.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ