Авиация и космонавтика 2013 03

Особый драматизм этой истории придает тот факт, что явление деления ядра урана было открыто на рубеже 1938–1939 гг., когда скорое вооруженное столкновение в Европе стало уже практически неотвратимым, но мировое научное сообщество было ещё единым. Если бы это произошло всего на год-два раньше, а такое вполне могло случиться, очень вероятно, что атомное оружие было бы применено в Европе, причём наибольший научно-технический потенциал для его создания имела Германия. После начала Второй мировой войны, когда коллективный разум физиков был разделен линиями фронтов, а фундаментальная наука была отложена до лучших времен, это открытие вообще могло не состояться.

Как бы там ни было, деление ядер урана было открыто, что послужило толчком к развитию ядерной техники.

Сделаем небольшое отступление для читателей, слегка забывших курс общей физики. Для возникновения и развития цепной реакции деления необходимо, чтобы в данный момент времени число испускаемых нейтронов было больше числа поглощенных ядрами урана и других материалов, а также ушедших через поверхность образца, то есть коэффициент размножения нейтронов должен быть больше единицы. Количество испускаемых при делении нейтронов пропорционально плотности вещества и объёму, а количество уходящих нейтронов пропорционально площади поверхности образца, поэтому коэффициент размножения увеличивается с ростом его размеров. Состояние с коэффициентом размножения нейтронов, равным единице, получило название критического, а соответствующая масса вещества — критической массы. Величина критической массы зависит от формы образца, его плотности, наличия других материалов, играющих роль поглотителя или замедлителя нейтронов, поэтому состояния критичности можно достичь различными способами, иногда даже помимо желания экспериментатора.

Ко времени открытия деления ядер урана было уже известно, что природный уран представляет собой смесь двух основных изотопов — 99,3 % 238U и 0,7 % 235U. Вскоре было показано, что цепная реакция возможна в изотопе 235U.

Таким образом, задача овладения ядерной энергией сводилась к задаче промышленного разделения изотопов урана, технически очень сложной, но вполне разрешимой. В условиях начинавшейся большой войны вопрос создания атомной бомбы становился вопросом времени.

Ещё спустя некоторое время было установлено, что цепная реакция возможна в искусственном элементе — плутонии 239Ри. Его можно было получить облучая природный уран в ядерном реакторе.

Пионером в разработке ядерного оружия, можно считать Францию. Имея отлично оснащённую лабораторию в Коллеж де Франс и государственную поддержку, французы выполнили много фундаментальных работ в ядерной области. В 1930-х гг. Франция скупила все запасы урановой руды в Бельгийском Конго, что составляло половину всего мирового запаса урана. В 1940 г., после падения Франции, эти запасы на двух транспортах были переправлены в Америку. Впоследствии вся американская ядерная программа базировалась именно на этом уране.

Немецкие оккупационные власти не обратили внимания на ядерную лабораторию — такие исследования не были в Германии приоритетными. Лаборатория благополучно пережила оккупацию и сыграла ведущую роль при создании французской бомбы после войны.

В последнее время появилось много публикаций о том, что немцы близко подошли к созданию ядерной бомбы или даже имели её. Данный эпизод показывает, что это не так. В конце войны американцы послали в Европу специальную комиссию, которая шла за наступающими войсками союзников и разыскивала следы немецких ядерных исследований. Её отчёт был опубликован, в том числе и на русском языке. Единственная существенная находка — образец недостроенного ядерного реактора. Его изучение показало, что критического состояния этот реактор достичь не мог. Так что до создания бомбы немцам было очень далеко…

В Англии работы по исследованию деления урана начались позже, чем во Франции, зато сразу с четкой направленностью на создания атомного оружия. Британцы выполнили расчёт, хотя и очень приближённый, критической массы урана 235, который не превышал 100 кг, а не тонн, как предполагалось ранее. Была предложена первая работоспособная схема ядерной бомбы пушечного типа. В ней критическая масса создаётся быстрым сближением двух кусков 235U в пушечном стволе. Скорость сближения оценивалась в 1ОО0…18ОО м/с. В дальнейшем оказалось, что эта скорость была сильно завышена. В связи с уязвимым положением Великобритании под немецкими бомбами, работы были перенесены в Канаду, а потом и в США.

Работы над атомной бомбой в США начались под влиянием Англии, и физиков (как отечественных, так и эмигрировавших из Германии). Основным аргументом был вопрос — а вдруг Германия создаёт атомную бомбу? Деньги на исследования были выделены, и 2 декабря 1942 г в Чикаго был запущен первый атомный реактор на природном уране и графите, в качестве замедлителя, а 13 августа 1942 г. был создан Манхэттенский округ инженерных войск.

Так возник Манхэттенский проект, увенчавшийся созданием атомной бомбы в 1945 г.