История ракетно-ядерной гонки США и СССР

21 августа 1945 г. ужасную смерть от лучевой болезни довелось наблюдать прямо в Лос-Аламосе. Двадцатичетырехлетний физик Гарри Даглиан допоздна в одиночку работал над вариантом эксперимента «Дракон», в котором в качестве отражателя нейтронов использовались блоки из карбида вольфрама, окружавшие шестикилограммовое ядро плутониевой бомбы. Когда Гарри положил на место последний отражающий блок, тот соскользнул и упал в центр. Теперь ядро подверглось воздействию дополнительных нейтронов, отраженных этим блоком, и сразу же стало субкритическим. Лабораторию охватило голубое сияние ионизированного воздуха, аппарат изверг смертельную дозу радиации. Даглиан получил ожоги рук и груди третьей степени. Затем ожоги покрылись пузырями, волосы Гарри выпали, и у него началась лихорадка. Через 26 дней после несчастного случая молодой человек умер (см. [24], c. 200). Но неосторожные эксперименты с этой сборкой на этом не закончились. 21 мая 1946 г. физик Луи Слотин продемонстрировал в каньоне Парахито нескольким коллегам по Лос-Аламосу критическую сборку с тем же плутониевым ядром, которое погубило Даглиана. Проводя эксперимент, Слотин отделял друг от друга две полусферы бериллиевого отражателя нейтронов кончиком отвертки. Это был необычный эксперимент, и Слотин, который участвовал в сборке ядра для испытания «Тринити» и вообще был опытным исследователем, должен был знать, что делает. Отвертка соскользнула, и сборка немедленно стала субкритической. Слотин получил смертельную дозу радиации. Он смог сдвинуть верхнюю полусферу со сборки и таким образом спас жизни своим товарищам. Слотин умер через девять дней, 30 мая (см. [2], c. 236). С подобной опасной вспышки радиации при опасном эксперименте начинается и художественный сюжет фильма «Девять дней одного года».

Позже случались похожие инциденты и у советских физиков. Однажды Ю. Б. Харитон, осматривая снизу одну из полусфер плутония, направил голову в пространство между полусферами – вещество головы (в первую очередь, вода), сработало, как замедлитель нейтронов и вызвало усиление реакции и излучения между сферами. В результате нейтронной вспышки, Харитон Ю. Б. серьёзно повредил зрение, – в последние годы жизни он полностью ослеп. Соединение полусфер плутония даже в докритическом состоянии и помещение между ними и вокруг них каких-то предметов было смертельно опасно из-за возможных вспышек жёсткого излучения из частиц (нейтронов, электронов, альфа частиц и других осколков ядер) и фотонов разных энергий (гамма, рентгеновских, УФ, ИКИ и т. п.).

17.07.1978 года имел место случай, когда из-за плохой согласованности действий на синхротроне У-70 в Протвине мощный пучок нейтронов прошёл через голову физика А. П. Бугорского, – налицо были входное и выходное отверстия потока. Физик получил травму мозга, – его спасло только то, что пучок был очень тонкий, и смертельная доза облучения была сконцентрирована в узкой зоне. Травма была серьёзной (но не фатальной), она потребовала длительного лечения и имела последствия для здоровья. (https://myhistory.mirtesen.ru/blog/43309909552/-YArche-tyisyachi-solnts-neveroyatnaya-istoriya-sovetskogo-fizik?utm_referrer=mirtesen.ru&utm_campaign=transit&utm_source=main&utm_medium=page_0&domain=mirtesen.ru&paid=1&pad=1)

Таким образом, главнейшая задача при создании ядерного оружия состояла в производстве и низко обогащённого U-235, и высокообогащённого оружейного U-235. В разделении этих изотопов в промышленных масштабах и в производстве плутония 239 в реакторах состояли главные технические проблемы при производстве ядерного оружия в больших масштабах. Первые бомбы создали вначале на небольших мощностях лабораторных и реакторных для плутония установках. Для изготовления значительного числа атомных бомб необходимо было создать огромные мощности обогатительных заводов по переработке урана и с крупными реакторными установками, производящими плутоний.

Критическая масса для обогащенного от 90 до 93,5 % по изотопу урана U-235 для открытого шара – менее 50 кг; для шара с отражателем нейтронов – 15–23 кг (такой шар имеет диаметр всего около 13 см), для водного раствора урана – менее одного килограмма (для реакторных установок с замедлителем из воды).

Критическая масса для открытого шара из плутония-239 – 5–6 кг, для шара с отражателем – около 1 кг. Применение замедлителей нейтронов и специальной оболочки, которая отражает нейтроны, позволяет снизить критическую массу до 250 г (https://studfiles.net/preview/4421425/page:3/). Некоторые вещества, например, бериллий, природный уран, карбид бора имеют высокие «альбедные» характеристики – способность отражать нейтроны и их используют в качестве оболочек для ядерных зарядов.