Kritična masa uranijuma 238. Galvanizacija, hromiranje
Priručnik za građane "Oprez! Radijacija"
Fisija atomskih jezgara
Fisija atomskih jezgara je spontano, ili pod uticajem neutrona, cepanje atomskog jezgra na 2 približno jednaka dela, na dva „fragmenta“.
Fragmenti su dva radioaktivna izotopa elemenata u središnjem dijelu tabele D.I. Mendeljejeva, otprilike od bakra do sredine lantanidnih elemenata (samarij, europij).
Tokom fisije, emituju se 2-3 dodatna neutrona i oslobađa se višak energije u obliku gama kvanta, mnogo veći nego tokom radioaktivnog raspada. Ako za jedan akt radioaktivnog raspada obično dolazi jedan gama zrak, onda za 1 akt fisije dolazi 8-10 gama kvanta! Osim toga, leteći fragmenti imaju visoku kinetičku energiju (brzinu), koja se pretvara u toplinsku energiju.
Emitirani neutroni mogu uzrokovati fisiju dvije ili tri slične jezgre ako su u blizini i ako ih neutroni pogode.
Tako postaje moguće provesti grananje, ubrzavajući lančanu reakciju fisije atomskih jezgri uz oslobađanje ogromne količine energije.
Ako se lančana reakcija drži pod kontrolom, kontroliše njen razvoj, nije dozvoljeno da se ubrza i oslobođena energija (toplota) se stalno uklanja, tada se ta energija („nuklearna energija“) može koristiti ili za grijanje ili za proizvodnju električne energije. . To se radi u nuklearnim reaktorima i nuklearnim elektranama.
Ako se dozvoli da se lančana reakcija nekontrolirano razvija, doći će do atomske (nuklearne) eksplozije. Ovo je već nuklearno oružje.
U prirodi postoji samo jedan hemijski element - uranijum, koji ima samo jedan fisijski izotop - uranijum-235. Ovo uranijum za oružje. A ovaj izotop u prirodnom uranijumu je 0,7%, odnosno samo 7 kg po toni! Preostalih 99,3% (993 kg po toni) je nefisilni izotop - uranijum-238. Postoji, međutim, još jedan izotop - uranijum-234, ali on je samo 0,006% (60 grama po toni).
Ali u konvencionalnom nuklearnom reaktoru uranijuma, iz nefisijskog („ne-oružajnog“) uranijuma-238, pod uticajem neutrona (neutronska aktivacija!), nastaje novi izotop uranijuma - uranijum-239, a iz to (dvostrukim beta minus raspadom) novi, vještački, a ne prirodni element plutonijum. U ovom slučaju odmah se formira fisijski izotop plutonijuma - plutonijum-239. Ovo plutonijum za oružje.
Fisija atomskih jezgri je suština, osnova atomskog oružja i nuklearne energije.
Kritična masa je količina izotopa za oružje pri kojoj neutroni oslobođeni prilikom spontane fisije jezgara ne izlete, već ulaze u susjedna jezgra i uzrokuju njihovu umjetnu fisiju.
Kritična masa metalnog uranijuma-235 je 52 kg. Ovo je lopta prečnika 18 cm.
Kritična masa metalnog plutonijuma-239 je 11 kg (a prema nekim publikacijama - 9 pa čak i 6 kg). Ovo je lopta prečnika oko 9-10 cm.
Dakle, čovječanstvo sada ima dva fisijska izotopa za oružje: uranijum-235 i plutonijum-239. Jedina razlika između njih je u tome što je uran, prvo, pogodniji za upotrebu u nuklearnoj energiji: omogućava vam da kontrolirate njegovu lančanu reakciju, a drugo, manje je efikasan za izvođenje nekontrolirane lančane reakcije - atomske eksplozije: ima manja brzina spontane fisije jezgara i veća kritična masa. Naprotiv, plutonijum za oružje je pogodniji za nuklearno oružje: ima visoku stopu spontane nuklearne fisije i mnogo nižu kritičnu masu. Plutonijum-239 ne dozvoljava pouzdanu kontrolu njegove lančane reakcije i stoga još nije našao široku upotrebu u nuklearnoj energiji ili u nuklearnim reaktorima.
Zato su svi problemi s oružanskim uranijumom riješeni za nekoliko godina, a pokušaji korištenja plutonijuma u nuklearnoj energiji traju do danas – više od 60 godina.
Tako je dvije godine nakon otkrića nuklearne fisije uranijuma pušten u rad prvi svjetski nuklearni reaktor uranijuma (decembar 1942., Enrico Fermi, SAD), a dvije i po godine kasnije (1945.) Amerikanci su detonirali prvu uranijsku bombu.
A sa plutonijumom... Prva plutonijumska bomba je detonirana 1945. godine, dakle otprilike četiri godine nakon njenog otkrića kao hemijskog elementa i otkrića njegove fisije. Štaviše, za to je bilo potrebno prvo izgraditi uranijumski nuklearni reaktor, proizvesti plutonijum u ovom reaktoru iz uranijuma-238, zatim ga izolovati od ozračenog uranijuma, dobro proučiti njegova svojstva i napraviti bombu. Razvijen, dodijeljen, proizveden. Ali razgovori o mogućnosti korištenja plutonijuma kao nuklearnog goriva u plutonijumskim nuklearnim reaktorima su ostali razgovori, i tako su ostali više od 60 godina.
Proces fisije može se okarakterizirati "poluživotom".
Period polu-podjele prvi su procijenili K. A. Petrzhak i G. I. Flerov 1940. godine.
I za uranijum i za plutonijum oni su izuzetno veliki. Dakle, prema različitim procjenama, vrijeme poluraspada uranijuma-235 je otprilike 10^17 (ili 10^18 godina (Fizički enciklopedijski rječnik); prema drugim podacima - 1,8·10^17 godina. A za plutonijum-239 ( prema tom istom rječniku) znatno je manje - otprilike 10^15,5 godina prema drugim podacima - 4·10^15 godina;
Za poređenje, prisjetite se poluživota (T 1/2). Tako je za U-235 to „samo” 7,038·10^8 godina, a za Pu-239 još manje - 2,4·10^4 godine
Općenito, jezgra mnogih teških atoma, počevši od uranijuma, mogu se cijepati. Ali govorimo o dva glavna, koja su od velike praktične važnosti već više od 60 godina. Drugi su prilično od čisto naučnog interesa.
Odakle dolaze radionuklidi?
Radionuklidi se dobijaju iz tri izvora (na tri načina).
Prvi izvor je priroda. Ovo prirodni radionuklidi, koji su preživjeli, opstali su do našeg vremena od trenutka njihovog formiranja (moguće od vremena formiranja Sunčevog sistema ili Univerzuma), budući da imaju dug period poluraspada, što znači dug životni vijek. Naravno, ostalo ih je mnogo manje nego što je bilo na početku. Dobijaju se iz prirodnih sirovina.
Drugi i treći izvor su umjetni.
Vještački radionuklidi nastaju na dva načina.
Prvi - radionuklidi fragmentacionog porekla, koji nastaju kao rezultat fisije atomskih jezgara. To su "fisijski fragmenti". Naravno, najveći dio njih nastaje u nuklearnim reaktorima različite namjene, u kojima se provodi kontrolirana lančana reakcija, kao i prilikom testiranja nuklearnog oružja (nekontrolirana lančana reakcija). Nalaze se u ozračenom uranijumu ekstrahiranom iz vojnih reaktora (iz "industrijskih reaktora"), te u ogromnim količinama u istrošenom nuklearnom gorivu (SNF) izvučenom iz reaktora nuklearnih elektrana.
Ranije su puštani u prirodno okruženje tokom nuklearnih testiranja i obrade ozračenog uranijuma. Danas nastavljaju da padaju prilikom prerade (regeneracije) istrošenog goriva, kao i prilikom nesreća u nuklearnim elektranama i reaktorima. Po potrebi su vađeni iz ozračenog uranijuma, a sada iz istrošenog nuklearnog goriva.
Drugi su radionuklidi aktivacionog porekla. Nastaju od običnih stabilnih izotopa kao rezultat aktivacije, odnosno kada neka subatomska čestica uđe u jezgro stabilnog atoma, uslijed čega stabilni atom postaje radioaktivan. U velikoj većini slučajeva takva čestica projektila je neutron. Stoga se za dobivanje umjetnih radionuklida obično koristi metoda neutronske aktivacije. Sastoji se od stavljanja stabilnog izotopa bilo kojeg kemijskog elementa u bilo kojem obliku (metal, sol, hemijsko jedinjenje) u jezgro reaktora na određeno vrijeme. A pošto se u jezgri reaktora svake sekunde formira kolosalna količina neutrona, dakle sve hemijski elementi, koji se nalaze u aktivnoj zoni ili blizu nje postepeno postaju radioaktivni. Aktiviraju se i oni elementi koji su rastvoreni u vodi za hlađenje reaktora.
Manje često korištena metoda je bombardiranje stabilnim izotopom u akceleratorima. elementarne čestice protoni, elektroni itd.
Radionuklidi su prirodni - prirodnog porekla i veštački - fragmentacionog i aktivacionog porekla. Oduvijek je bila prisutna neznatna količina radionuklida fragmentacijskog porijekla prirodno okruženje, jer nastaju kao rezultat spontane fisije jezgara uranijuma-235. Ali toliko ih je malo da se ne mogu otkriti modernim sredstvima analize.
Broj neutrona u jezgri različitih tipova reaktora je takav da oko 10^14 neutrona proleti kroz bilo koji poprečni presjek od 1 cm^2 u bilo kojoj tački jezgra u 1 sekundi.
Mjerenje jonizujućeg zračenja. Definicije
Nije uvijek zgodno ili preporučljivo karakterizirati samo izvore jonizujućeg zračenja (IIR) i samo njihovu aktivnost (broj događaja raspada). I poenta nije samo u tome da se aktivnost može meriti, po pravilu, samo u stacionarnim uslovima u veoma složenim instalacijama. Glavna stvar je da se tokom jednog čina raspada različitih izotopa mogu formirati čestice različite prirode, a može se formirati nekoliko čestica i gama zraka istovremeno. U ovom slučaju, energija, a samim tim i jonizujuća sposobnost različitih čestica, bit će različiti. Stoga je glavni indikator za karakterizaciju izvora zračenja procjena njihove jonizujuće sposobnosti, odnosno (u krajnjoj liniji) energije koju gube prolaskom kroz tvar (medij) i koju ta supstanca apsorbira.
Prilikom mjerenja jonizujućeg zračenja koristi se koncept doze, a pri procjeni njihovog djelovanja na biološke objekte koriste se korekcijski faktori. Imenujmo ih i dajmo nekoliko definicija.
Doza, apsorbovana doza (od grčkog - udio, dio) - energija jonizujućeg zračenja (IR), koju apsorbira ozračena supstanca i često se izračunava po jedinici njene mase (vidi "rad", "sivo"). Odnosno, doza se mjeri u jedinicama energije koja se oslobađa u supstanci (apsorbirana od strane tvari) kada ionizirajuće zračenje prolazi kroz nju.
Postoji nekoliko vrsta doza.
Doza ekspozicije(za rendgensko i gama zračenje) - određuje se jonizacijom zraka. Mjerna jedinica SI je “kulon po kg” (C/kg), što odgovara formiranju u 1 kg zraka takvog broja jona, čiji je ukupni naboj 1 C (svakog znaka). Nesistemska mjerna jedinica je “rentgen” (vidi “C/kg” i “rendgenski”).
Za procjenu uticaja AI na ljude, oni se koriste faktori korekcije.
Do nedavno, pri izračunavanju "ekvivalentne doze" koristili smo "faktori kvaliteta zračenja "(K) - korekcijski faktori koji uzimaju u obzir različite efekte na biološke objekte (različite sposobnosti oštećenja tjelesnih tkiva) različitih zračenja pri istoj apsorbovanoj dozi. Koriste se pri izračunavanju "ekvivalentne doze". Sada su ovi koeficijenti u Standardi radijacijske sigurnosti (NRB-99) nazvani su vrlo „naučno” - „Težinski koeficijenti za pojedine vrste zračenja pri izračunavanju ekvivalentne doze (W R koeficijent rizika od zračenja
Brzina doze- primljena doza u jedinici vremena (sekunda, sat).
Pozadina- brzina doze izloženosti jonizujućem zračenju na datoj lokaciji.
Prirodna pozadina- brzinu doze izloženosti jonizujućem zračenju koje stvaraju svi prirodni izvori zračenja (pogledajte "Pozadinsko zračenje").
Mnogi naši čitaoci povezuju hidrogensku bombu sa atomskom, samo mnogo snažnijom. Zapravo, ovo je fundamentalno novo oružje, koje je zahtijevalo nesrazmjerno velike intelektualne napore za njegovo stvaranje i radi na fundamentalno drugačijim fizičkim principima.
Jedina stvar koja je zajednička atomskoj i hidrogenskoj bombi je da obje oslobađaju kolosalnu energiju skrivenu u atomskom jezgru. To se može učiniti na dva načina: podijeliti teške jezgre, na primjer, uranijum ili plutonijum, na lakše (reakcija fisije) ili prisiliti najlakše izotope vodika da se spoje (reakcija fuzije). Kao rezultat obje reakcije, masa rezultirajućeg materijala uvijek je manja od mase originalnih atoma. Ali masa ne može nestati bez traga - ona se pretvara u energiju prema poznatoj Einsteinovoj formuli E=mc 2.
Da bi se stvorila atomska bomba, neophodan i dovoljan uslov je da se fisijski materijal dobije u dovoljnoj količini. Posao je dosta radno intenzivan, ali niskointelektualan, bliži je rudarskoj industriji nego visokoj nauci. Glavni resursi za stvaranje takvog oružja troše se na izgradnju ogromnih rudnika uranijuma i postrojenja za obogaćivanje. Dokaz jednostavnosti uređaja je činjenica da je između proizvodnje plutonija potrebnog za prvu bombu i prve sovjetske nuklearne eksplozije prošlo manje od mjesec dana.
Prisjetimo se ukratko principa rada takve bombe, poznatog iz školskih kurseva fizike. Zasnovan je na svojstvu uranijuma i nekih transuranijumskih elemenata, na primjer plutonijuma, da oslobađaju više od jednog neutrona tokom raspada. Ovi elementi se mogu raspasti spontano ili pod uticajem drugih neutrona.
Oslobođeni neutron može napustiti radioaktivni materijal, ili se može sudariti s drugim atomom, uzrokujući drugu reakciju fisije. Kada je određena koncentracija supstance (kritična masa) prekoračena, broj novorođenih neutrona, uzrokujući dalju fisiju atomskog jezgra, počinje da premašuje broj raspadajućih jezgara. Broj raspadajućih atoma počinje rasti poput lavine, rađajući nove neutrone, odnosno dolazi do lančane reakcije. Za uranijum-235 kritična masa je oko 50 kg, za plutonijum-239 - 5,6 kg. Odnosno, lopta plutonijuma teška nešto manje od 5,6 kg je samo topli komad metala, a masa nešto veća traje samo nekoliko nanosekundi.
Stvarno djelovanje bombe je jednostavno: uzmemo dvije hemisfere uranijuma ili plutonijuma, svaka nešto manja od kritične mase, postavimo ih na udaljenosti od 45 cm, prekrijemo eksplozivom i detoniramo. Uranijum ili plutonijum se sinteruju u komad superkritične mase i počinje nuklearna reakcija. Sve. Postoji još jedan način da se pokrene nuklearna reakcija - da se komad plutonija sabije snažnom eksplozijom: udaljenost između atoma će se smanjiti, a reakcija će započeti pri nižoj kritičnoj masi. Svi moderni atomski detonatori rade na ovom principu.
Problemi sa atomskom bombom počinju od trenutka kada želimo da povećamo snagu eksplozije. Jednostavno povećanje fisijskog materijala nije dovoljno – čim njegova masa dosegne kritičnu masu, on detonira. Izmišljene su razne domišljate sheme, na primjer, da se bomba napravi ne iz dva dijela, već iz više, zbog čega je bomba počela da liči na narandžu bez crijeva, a zatim je sastavila u jedan komad jednom eksplozijom, ali ipak, snagom. od preko 100 kilotona, problemi su postali nepremostivi.
Ali gorivo za termonuklearnu fuziju nema kritičnu masu. Ovdje Sunce, ispunjeno termonuklearnim gorivom, visi iznad glave, termonuklearna reakcija se u njemu odvija milijardu godina - i ništa ne eksplodira. Osim toga, tokom reakcije sinteze, na primjer, deuterijuma i tricijuma (teški i superteški izotop vodonika), energija se oslobađa 4,2 puta više nego prilikom sagorijevanja iste mase uranijuma-235.
Izrada atomske bombe bila je više eksperimentalni nego teoretski proces. Stvaranje hidrogenske bombe zahtijevalo je pojavu potpuno novih fizičkih disciplina: fizike visokotemperaturne plazme i ultravisokih pritisaka. Prije nego što se počne sa konstruiranjem bombe, bilo je potrebno temeljito razumjeti prirodu fenomena koji se dešavaju samo u jezgru zvijezda. Tu nikakvi eksperimenti nisu mogli pomoći - alati istraživača bili su samo teorijska fizika i viša matematika. Nije slučajno da gigantska uloga u razvoju termonuklearnog oružja pripada matematičarima: Ulamu, Tihonovu, Samarskom itd.
Classic super
Do kraja 1945. Edward Teller je predložio prvi dizajn hidrogenske bombe, nazvan "klasični super". Da bi se stvorio monstruozan pritisak i temperatura neophodni za pokretanje reakcije fuzije, trebalo je da se koristi konvencionalna atomska bomba. Sam "klasični super" bio je dugačak cilindar napunjen deuterijumom. Predviđena je i srednja komora za "paljenje" sa smjesom deuterijuma i tricijuma - reakcija sinteze deuterijuma i tritijuma počinje pri nižem tlaku. Po analogiji s vatrom, deuterijum je trebao igrati ulogu drva za ogrjev, mješavina deuterijuma i tricijuma - čaša benzina, i atomska bomba - šibica. Ova shema se zvala "lula" - vrsta cigare s atomskim upaljačem na jednom kraju. Sovjetski fizičari počeli su razvijati hidrogensku bombu koristeći istu shemu.
Međutim, matematičar Stanislav Ulam je, koristeći običan klizač, dokazao Telleru da je pojava reakcije fuzije čistog deuterija u „superu“ teško moguća, a mješavina bi zahtijevala toliku količinu tricijuma da bi se proizvela biti neophodno da se praktično zamrzne proizvodnja plutonijuma za oružje u Sjedinjenim Državama.
Puf sa šećerom
Sredinom 1946. Teller je predložio još jedan dizajn hidrogenske bombe - "budilnik". Sastojao se od naizmjeničnih sfernih slojeva uranijuma, deuterijuma i tricijuma. Tokom nuklearne eksplozije centralnog naboja plutonijuma stvoreni su potrebni pritisak i temperatura za početak termonuklearne reakcije u drugim slojevima bombe. Međutim, "budilnik" je zahtijevao atomski pokretač velike snage, a Sjedinjene Države (kao i SSSR) su imale problema s proizvodnjom uranijuma i plutonijuma za oružje.
U jesen 1948. Andrej Saharov došao je do slične šeme. U Sovjetskom Savezu dizajn se zvao "sloyka". Za SSSR, koji nije imao vremena da proizvodi uranijum-235 i plutonijum-239 za oružje u dovoljnim količinama, Saharovljeva lisnata pasta bila je panaceja. I zato.
U konvencionalnoj atomskoj bombi, prirodni uranijum-238 nije samo beskoristan (energija neutrona tokom raspada nije dovoljna za pokretanje fisije), već je i štetan jer željno apsorbuje sekundarne neutrone, usporavajući lančanu reakciju. Stoga se 90% uranijuma za oružje sastoji od izotopa uranijuma-235. Međutim, neutroni koji nastaju termonuklearnom fuzijom su 10 puta energičniji od fisijskih neutrona, a prirodni uran-238 ozračen takvim neutronima počinje odlično da se fisije. Nova bomba je omogućila da se uranijum-238, koji se ranije smatrao otpadnim proizvodom, koristi kao eksploziv.
Vrhunac Saharovljeve "lisnate paste" bila je i upotreba bijele svijetle kristalne supstance - litijum deuterida 6 LiD - umjesto akutnog deficita tricijuma.
Kao što je gore spomenuto, mješavina deuterija i tritijuma se zapali mnogo lakše od čistog deuterija. Međutim, tu prestaju prednosti tricijuma, a ostaju samo nedostaci: u normalnom stanju, tricijum je gas, što izaziva poteškoće sa skladištenjem; tricijum je radioaktivan i raspada se u stabilan helijum-3, koji aktivno troši prijeko potrebne brze neutrone, ograničavajući vijek trajanja bombe na nekoliko mjeseci.
Neradioaktivni litijum deutrid, kada je zračen neutronima spore fisije - posledice eksplozije atomskog fitilja - pretvara se u tricijum. Dakle, zračenje primarne atomske eksplozije trenutno proizvodi dovoljnu količinu tritijuma za dalju termonuklearnu reakciju, a deuterijum je u početku prisutan u litijum deutridu.
Upravo takva bomba, RDS-6s, uspješno je testirana 12. avgusta 1953. na tornju Semipalatinskog poligona. Snaga eksplozije bila je 400 kilotona, a još uvijek se vodi debata o tome da li je to bila prava termonuklearna eksplozija ili super-snažna atomska. Uostalom, reakcija termonuklearne fuzije u Saharovoj lisnatoj pasti nije činila više od 20% ukupne snage punjenja. Glavni doprinos eksploziji dala je reakcija raspada uranijuma-238 ozračenog brzim neutronima, zahvaljujući čemu su RDS-6 započele eru takozvanih „prljavih“ bombi.
Činjenica je da glavna radioaktivna kontaminacija dolazi od proizvoda raspadanja (posebno stroncijum-90 i cezij-137). U suštini, Saharovljevo "lisnato tijesto" bilo je ogromna atomska bomba, samo malo pojačana termonuklearnom reakcijom. Nije slučajno da je samo jedna eksplozija "lisnatog tijesta" proizvela 82% stroncijuma-90 i 75% cezijuma-137, koji je ušao u atmosferu tokom čitave istorije Semipalatinskog poligona.
američke bombe
Međutim, Amerikanci su bili ti koji su prvi detonirali hidrogensku bombu. 1. novembra 1952. termonuklearni uređaj Mike, sa snagom od 10 megatona, uspješno je testiran na atolu Elugelab u Tihom okeanu. Teško bi bilo nazvati američki uređaj od 74 tone bombom. “Majk” je bio glomazan uređaj veličine dvospratne kuće, napunjen tekućim deuterijumom na temperaturi blizu apsolutne nule (Saharovljevo “lisnato tijesto” bilo je potpuno prenosiv proizvod). Međutim, vrhunac “Majka” nije bila njegova veličina, već genijalan princip kompresije termonuklearnog eksploziva.
Podsjetimo da je glavna ideja hidrogenske bombe stvaranje uvjeta za fuziju (ultra-visoki tlak i temperatura) kroz nuklearnu eksploziju. U shemi "puff", nuklearni naboj se nalazi u središtu, pa stoga ne komprimira deuterij koliko ga raspršuje prema van - povećanje količine termonuklearnog eksploziva ne dovodi do povećanja snage - jednostavno ne imati vremena da detonira. Upravo to ograničava maksimalnu snagu ove sheme - najmoćniji "puf" na svijetu, Orange Herald, koji su Britanci digli u zrak 31. maja 1957., dao je samo 720 kilotona.
Bilo bi idealno kada bismo mogli natjerati atomski fitilj da eksplodira unutra, komprimirajući termonuklearni eksploziv. Ali kako to učiniti? Edward Teller iznio je briljantnu ideju: komprimirati termonuklearno gorivo ne mehaničkom energijom i neutronskim fluksom, već zračenjem primarnog atomskog fitilja.
U Tellerovom novom dizajnu, početna atomska jedinica je odvojena od termonuklearne jedinice. Kada se atomsko naelektrisanje aktiviralo, rendgensko zračenje je prethodilo udarnom talasu i širilo se duž zidova cilindričnog tela, isparavajući i pretvarajući polietilensku unutrašnju oblogu tela bombe u plazmu. Plazma je, zauzvrat, ponovo emitovala mekše rendgenske zrake, koje su apsorbovali spoljni slojevi unutrašnjeg cilindra uranijuma-238 - „gurača“. Slojevi su počeli eksplozivno da isparavaju (ovaj fenomen se naziva ablacija). Vruća plazma uranijuma može se uporediti sa mlazovima super-moćnog raketnog motora čiji je potisak usmjeren u cilindar s deuterijumom. Uranijumski cilindar se srušio, pritisak i temperatura deuterijuma dostigli su kritični nivo. Isti pritisak je kompresovao centralnu plutonijumsku cijev do kritične mase i ona je detonirala. Eksplozija plutonijumskog fitilja pritisnula je deuterijum iznutra, dodatno sabijajući i zagrevajući termonuklearni eksploziv, koji je detonirao. Intenzivan tok neutrona cepa jezgra uranijuma-238 u "guraču", uzrokujući sekundarnu reakciju raspada. Sve se to uspjelo dogoditi prije trenutka kada je udarni val iz primarne nuklearne eksplozije stigao do termonuklearne jedinice. Izračunavanje svih ovih događaja, koji se dešavaju u milijardnim delovima sekunde, zahtevalo je moć mozga najjačih matematičara na planeti. Kreatori “Majka” nisu doživjeli užas od eksplozije od 10 megatona, već neopisivo oduševljenje – uspjeli su ne samo da shvate procese koji se u stvarnom svijetu odvijaju samo u jezgri zvijezda, već i da eksperimentalno testiraju svoje teorije postavljanjem do svoje male zvijezde na Zemlji.
Bravo
Pošto su nadmašili Ruse u ljepoti dizajna, Amerikanci nisu uspjeli učiniti svoj uređaj kompaktnim: koristili su tekući superohlađeni deuterij umjesto Saharovljevog litijum deuterida u prahu. U Los Alamosu su na Saharovljevo "lisnato testo" reagovali sa malo zavisti: "umesto ogromne krave sa kantom sirovog mleka, Rusi koriste kesu mleka u prahu". Međutim, obje strane nisu uspjele sakriti tajne jedna od druge. 1. marta 1954., u blizini atola Bikini, Amerikanci su testirali bombu od 15 megatona "Bravo" koristeći litijum deutrid, a 22. novembra 1955. prva sovjetska dvostepena termalna bomba eksplodirala je iznad poligona Semipalatinska. nuklearna bomba RDS-37 kapaciteta 1,7 megatona, srušivši skoro polovinu poligona. Od tada je dizajn termonuklearne bombe pretrpio manje promjene (na primjer, pojavio se uranijumski štit između inicijalne bombe i glavnog punjenja) i postao je kanonski. I na svijetu više nema velikih misterija prirode koje bi se mogle riješiti ovako spektakularnim eksperimentom. Možda rođenje supernove.
Malo teorije U termonuklearnoj bombi postoje 4 reakcije, koje se odvijaju vrlo brzo. Prve dvije reakcije služe kao izvor materijala za treću i četvrtu, koje se na temperaturama termonuklearne eksplozije odvijaju 30-100 puta brže i daju veći energetski prinos. Zbog toga se nastali helijum-3 i tricijum odmah troše. Jezgra atoma su pozitivno nabijena i stoga se međusobno odbijaju. Da bi reagovali, potrebno ih je gurnuti u glavu, savladavajući električni odboj. To je moguće samo ako se kreću velikom brzinom. Brzina atoma je direktno povezana sa temperaturom koja bi trebala dostići 50 miliona stepeni! Ali zagrijavanje deuterijuma na takvu temperaturu nije dovoljno, on se također mora spriječiti da se rasprši pod monstruoznim pritiskom od oko milijardu atmosfera! U prirodi se takve temperature pri takvim gustoćama nalaze samo u jezgri zvijezda. |
KRITIČNA MASA, minimalna masa materijala sposobnog za fisiju, potrebna za pokretanje LANČANE REAKCIJE u atomskoj bombi ili atomskom reaktoru. U atomskoj bombi, eksplodirajući materijal je podijeljen na dijelove, od kojih je svaki manje od kritičnog. Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik
Vidi KRITIČNA MASA. Raizberg B.A., Lozovsky L.Sh., Starodubtseva E.B.. Savremeni ekonomski rečnik. 2. izdanje, rev. M.: INFRA M. 479 str.. 1999. ... Ekonomski rječnik
KRITIČNA MASA- najmanja (vidi) fisiona supstanca (uranijum 233 ili 235, plutonijum 239 itd.), pri kojoj može nastati i nastaviti samoodrživa lančana reakcija fisije atomskih jezgara. Vrijednost kritične mase zavisi od vrste fisione supstance, njene ... ... Velika politehnička enciklopedija
KRITIČNA masa, minimalna masa fisionog materijala (nuklearnog goriva) koja osigurava pojavu samoodržive lančane reakcije nuklearne fisije. Vrijednost kritične mase (Mcr) ovisi o vrsti nuklearnog goriva i njegovom geometrijskom... ... Moderna enciklopedija
Minimalna masa fisionog materijala koja osigurava samoodrživu lančanu reakciju nuklearne fisije... Veliki enciklopedijski rječnik
Kritična masa je najmanja masa goriva u kojoj može doći do samoodržive lančane reakcije nuklearne fisije s obzirom na određeni dizajn i sastav jezgre (ovisi o mnogim faktorima, na primjer: sastav goriva, moderator, oblik... .. . Termini nuklearne energije
kritična masa- Najmanja masa goriva u kojoj se može dogoditi samoodrživa lančana reakcija nuklearne fisije s obzirom na određeni dizajn i sastav jezgre (ovisi o mnogim faktorima, na primjer: sastav goriva, moderator, oblik jezgra i... ... Vodič za tehnički prevodilac
Kritična masa- KRITIČNA MASA, minimalna masa fisionog materijala (nuklearnog goriva) koja osigurava nastanak samoodržive lančane reakcije nuklearne fisije. Vrijednost kritične mase (Mcr) ovisi o vrsti nuklearnog goriva i njegovom geometrijskom... ... Ilustrovani enciklopedijski rječnik
Minimalna količina nuklearnog goriva koje sadrži fisione nuklide (233U, 235U, 239Pu, 251Cf), u kojoj je moguća lančana reakcija nuklearne fisije (vidi Nuklearna fisija. Nuklearni reaktor, Nuklearna eksplozija). K.m zavisi od veličine i oblika..... Fizička enciklopedija
Minimalna masa fisionog materijala koja osigurava samoodrživu lančanu reakciju nuklearne fisije. * * * KRITIČNA MASA KRITIČNA MASA, minimalna masa fisionog materijala koja osigurava protok samoodrživog ... enciklopedijski rječnik
Knjige
- Kritična masa, Veselova N., U knjizi Natalije Veselove, članice Ruskog međuregionalnog saveza pisaca, redovnog člana Akademije ruske književnosti i likovnih umetnosti. G.R. Deržavin, izabrani su ušli... Kategorija: Ostale publikacije
- Kritična masa, Natalija Veselova, U knjizi Natalije Veselove, članice Ruskog međuregionalnog saveza pisaca, redovnog člana Akademije ruske književnosti i likovnih umetnosti. G.R. Deržavin, odabrane priče... Kategorija:
Tajanstveni uređaj sposoban da oslobodi gigadžule energije u neopisivo kratkom vremenskom periodu okružen je zlokobnom romansom. Nepotrebno je reći da je u cijelom svijetu rad na nuklearnom oružju bio duboko povjerljiv, a sama bomba obrasla masom legendi i mitova. Pokušajmo se pozabaviti njima po redu.
Andrej Suvorov
Ništa ne izaziva interesovanje kao atomska bomba
avgusta 1945. Ernest Orlando Lawrence u laboratoriji za atomsku bombu
1954 Osam godina nakon eksplozije na atolu Bikini, japanski naučnici otkrili su visok nivo radijacije u ribama ulovljenim u lokalnim vodama
Kritična masa
Svi su čuli da postoji određena kritična masa koju treba dostići da bi počela nuklearna lančana reakcija. Ali da bi se dogodila prava nuklearna eksplozija, sama kritična masa nije dovoljna - reakcija će prestati gotovo trenutno, prije nego što se primjetna energija stigne osloboditi. Za potpunu eksploziju od nekoliko kilotona ili desetina kilotona, dvije ili tri, ili još bolje četiri ili pet, kritične mase moraju se prikupiti istovremeno.
Čini se očiglednim da morate napraviti dva ili više dijelova od uranijuma ili plutonijuma i spojiti ih u potrebnom trenutku. Da budemo pošteni, mora se reći da su i fizičari mislili istu stvar kada su se upustili u izgradnju nuklearne bombe. Ali stvarnost je napravila svoja prilagođavanja.
Poenta je da ako imamo vrlo čist uranijum-235 ili plutonijum-239, onda bismo to mogli da uradimo, ali naučnici su morali da se bave pravim metalima. Obogaćivanjem prirodnog uranijuma možete napraviti mješavinu koja sadrži 90% uranijuma-235 i 10% uranijuma-238. pokušaji da se riješite ostatka uranijuma-238 dovode do vrlo brzog porasta cijene ovog materijala (zove se visoko); obogaćeni uranijum). Plutonijum-239, koji se proizvodi u nuklearnom reaktoru od uranijuma-238 fisijom uranijuma-235, nužno sadrži primjesu plutonijuma-240.
Izotopi uranijum235 i plutonijum239 nazivaju se parno-neparnim jer jezgra njihovih atoma sadrže paran broj protona (92 za uranijum i 94 za plutonijum) i neparan broj neutrona (143 i 145, respektivno). Sva parno-neparna jezgra teških elemenata imaju zajedničko svojstvo: rijetko se cijepaju spontano (naučnici kažu: "spontano"), ali se lako cijepaju kada neutron udari u jezgro.
Uran-238 i plutonijum-240 su paran-parni. Oni se, naprotiv, praktički ne cijepaju na neutrone niske i umjerene energije, koji lete iz fisijskih jezgara, već se spontano cijepaju stotine ili desetine hiljada puta češće, formirajući neutronsku pozadinu. Ova pozadina otežava stvaranje nuklearnog oružja jer uzrokuje da reakcija počne prerano prije nego što se dva dijela punjenja sretnu. Zbog toga, u uređaju pripremljenom za eksploziju, dijelovi kritične mase moraju biti dovoljno udaljeni jedan od drugog i povezani velikom brzinom.
Topova bomba
Međutim, bomba bačena na Hirošimu 6. avgusta 1945. napravljena je upravo prema gore opisanoj šemi. Dva njegova dijela, meta i metak, bili su napravljeni od visoko obogaćenog uranijuma. Meta je bila cilindar prečnika 16 cm i visine 16 cm. U njenom središtu nalazila se rupa prečnika 10 cm. Ukupno, bomba je sadržavala 64 kg uranijuma.
Meta je bila okružena granatom, unutrašnji sloj koji je bio napravljen od volframovog karbida, vanjski je bio od čelika. Svrha školjke je bila dvostruka: da zadrži metak kada se zaglavi u metu i da odbije barem dio neutrona koji izlaze iz uranijuma nazad. Uzimajući u obzir reflektor neutrona, 64 kg je bilo 2,3 kritične mase. Kako je to funkcioniralo, budući da je svaki od dijelova bio podkritičan? Činjenica je da uklanjanjem srednjeg dijela iz cilindra smanjujemo njegovu prosječnu gustoću i povećavamo vrijednost kritične mase. Dakle, masa ovog dijela može premašiti kritičnu masu za čvrsti komad metala. Ali nemoguće je povećati masu metka na ovaj način, jer mora biti čvrst.
I meta i metak sastavljeni su od komada: meta od nekoliko niskih prstenova, a metak od šest podložaka. Razlog je jednostavan - uranijumske gredice su morale biti malih dimenzija, jer prilikom izrade (livanja, presovanja) gredice ukupna količina uranijuma ne bi se smjela približiti kritičnoj masi. Metak je bio zatvoren u omotač od nehrđajućeg čelika tankih stijenki, sa poklopcem od volframovog karbida sličnom omotu mete.
Kako bi metak usmjerili u centar mete, odlučili su koristiti cijev konvencionalnog protuavionskog topa kalibra 76,2 mm. Zbog toga se ova vrsta bombe ponekad naziva bombom sastavljenom od topova. Cijev je iznutra izbušena do 100 mm kako bi se primio tako neobičan projektil. Dužina cijevi bila je 180 cm. U komoru za punjenje ubacivan je običan bezdimni barut koji je ispaljivao metak brzinom od približno 300 m/s. A drugi kraj cijevi bio je utisnut u rupu na meti.
Ovaj dizajn je imao dosta nedostataka.
Bilo je monstruozno opasno: kada se barut ubaci u komoru za punjenje, svaka nesreća koja bi ga mogla zapaliti izazvala bi eksploziju bombe punom snagom. Zbog toga se piroksilin punio u zraku kada se avion približio cilju.
U slučaju avionske nesreće, dijelovi uranijuma bi se mogli spojiti bez baruta, jednostavno od jakog udara o tlo. Da bi se to izbjeglo, promjer metka bio je delić milimetra veći od promjera otvora cijevi.
Ako bi bomba pala u vodu, tada bi zbog umjerenosti neutrona u vodi reakcija mogla započeti čak i bez spajanja dijelova. Istina, u ovom slučaju nuklearna eksplozija je malo vjerojatna, ali bi došlo do termalne eksplozije, sa raspršivanjem uranijuma na velikoj površini i radioaktivnom kontaminacijom.
Dužina bombe ovog dizajna premašila je dva metra, a to je praktično nepremostivo. Na kraju krajeva, došlo je do kritičnog stanja, a reakcija je počela kada je bilo još dobrih pola metra do zaustavljanja metka!
Konačno, ova bomba je bila veoma rasipna: manje od 1% uranijuma je imalo vremena da reaguje u njoj!
Topova bomba je imala tačno jednu prednost: nije mogla da ne funkcioniše. Nisu je hteli ni testirati! Ali Amerikanci su morali da testiraju plutonijumsku bombu: njen dizajn je bio previše nov i složen.
Plutonijum fudbalska lopta
Kada se pokazalo da čak i sićušna (manje od 1%!) primjesa plutonijuma-240 onemogućava topovsku montažu plutonijumske bombe, fizičari su bili primorani da traže druge načine da dobiju kritičnu masu. A ključ plutonijumskih eksploziva pronašao je čovjek koji je kasnije postao najpoznatiji "nuklearni špijun" - britanski fizičar Klaus Fuchs.
Njegova ideja, kasnije nazvana "implozija", bila je da formira konvergentni sferni udarni talas od divergentnog, koristeći takozvana eksplozivna sočiva. Ovaj udarni val bi komprimirao komad plutonijuma tako da bi se njegova gustina udvostručila.
Ako smanjenje gustine uzrokuje povećanje kritične mase, onda bi povećanje gustine trebalo da je smanji! Ovo posebno važi za plutonijum. Plutonijum je vrlo specifičan materijal. Kada se komad plutonijuma ohladi od tačke topljenja do sobne temperature, on prolazi kroz četiri fazna prelaza. Na ovom drugom (oko 122 stepena), njegova gustina skače za 10%. U tom slučaju svaki odljevak neizbježno puca. Da bi se to izbjeglo, plutonij je dopiran nekim trovalentnim metalom, a zatim labavo stanje postaje stabilno. Aluminij se može koristiti, ali se 1945. godine strahovalo da će alfa čestice emitirane iz jezgri plutonijuma prilikom raspadanja izbaciti slobodne neutrone iz jezgri aluminija, povećavajući već primjetnu neutronsku pozadinu, pa je galij korišten u prvoj atomskoj bombi.
Od legure koja sadrži 98% plutonijum-239, 0,9% plutonijum-240 i 0,8% galija napravljena je lopta prečnika samo 9 cm i težine oko 6,5 kg. U sredini kugle nalazila se šupljina prečnika 2 cm, a sastojala se od tri dela: dve polovine i cilindra prečnika 2 cm. Ovaj cilindar je služio kao čep kroz koji se mogao ubaciti inicijator unutrašnja šupljina - izvor neutrona koji se aktivirao kada je bomba eksplodirala. Sva tri dijela su morala biti niklovana, jer se plutonij vrlo aktivno oksidira zrakom i vodom i izuzetno je opasan ako uđe u ljudski organizam.
Lopta je bila okružena reflektorom neutrona od prirodnog uranijuma238, debljine 7 cm i težine 120 kg. Uranijum je dobar reflektor brzih neutrona, a pri sklapanju sistem je bio samo malo subkritičan, pa je umesto plutonijumskog čepa umetnut kadmijumski čep koji je apsorbovao neutrone. Reflektor je također služio za držanje svih dijelova kritičnog sklopa tokom reakcije, inače bi se većina plutonijuma razletjela bez vremena da učestvuje u nuklearnoj reakciji.
Sljedeći je bio sloj od legure aluminija od 11,5 centimetara težine 120 kg. Svrha sloja je ista kao kod antirefleksije na objektivima: da osigura da talas eksplozije prodre u sklop uranijum-plutonijum i da se ne reflektuje od njega. Ova refleksija nastaje zbog velike razlike u gustoći između eksploziva i uranijuma (približno 1:10). Osim toga, u udarnom valu, nakon vala kompresije, dolazi do talasa razrjeđivanja, takozvanog Taylorovog efekta. Aluminijski sloj je oslabio val razrjeđivanja, što je smanjilo djelovanje eksploziva. Aluminijum je morao biti dopiran borom, koji je apsorbovao neutrone emitovane iz jezgara atoma aluminijuma pod uticajem alfa čestica nastalih tokom raspada uranijuma-238.
Konačno, vani su bila ona ista “eksplozivna sočiva”. Bilo ih je 32 (20 šesterokutnih i 12 peterokutnih), činile su strukturu sličnu fudbalskoj lopti. Svako sočivo se sastojalo od tri dijela, pri čemu je srednji napravljen od posebnog „sporog“ eksploziva, a vanjski i unutrašnji od „brzog“ eksploziva. Vanjski dio je izvana bio sfernog oblika, a iznutra je imao stožasto udubljenje, kao na oblikovanom naboju, ali mu je namjena bila drugačija. Ovaj konus je bio ispunjen sporim eksplozivom, a na granici se eksplozijski talas prelomio poput običnog svetlosnog talasa. Ali sličnost je ovdje vrlo uslovna. Zapravo, oblik ovog konusa je jedna od pravih tajni nuklearne bombe.
Sredinom 40-ih godina na svijetu nije bilo kompjutera na kojima bi se mogao izračunati oblik takvih sočiva, a što je najvažnije, nije postojala ni odgovarajuća teorija. Stoga su rađeni isključivo metodom pokušaja i grešaka. Moralo je biti izvedeno više od hiljadu eksplozija - i to ne samo izvedene, već fotografisane specijalnim brzim kamerama, snimajući parametre eksplozijskog talasa. Kada je testirana manja verzija, pokazalo se da se eksploziv ne može tako lako skalirati, te je bilo potrebno uvelike ispraviti stare rezultate.
Tačnost forme morala se održavati s greškom manjom od milimetra, a sastav i uniformnost eksploziva se moralo održavati s najvećom pažnjom. Dijelovi su se mogli praviti samo livenjem, tako da nisu svi eksplozivi bili prikladni. Brzi eksploziv je bio mješavina RDX-a i TNT-a, sa dvostruko većom količinom RDX-a. Sporo - isti TNT, ali sa dodatkom inertnog barijum nitrata. Brzina detonacionog talasa u prvom eksplozivu je 7,9 km/s, au drugom 4,9 km/s.
Detonatori su postavljeni u sredini vanjske površine svakog sočiva. Sva 32 detonatora morala su ispaliti istovremeno sa nečuvenom preciznošću - manje od 10 nanosekundi, odnosno milijarditih dijelova sekunde! Dakle, front udarnog talasa nije trebao biti izobličen za više od 0,1 mm. Sporedne površine sočiva su morale biti poravnate sa istom preciznošću, ali je greška u njihovoj izradi bila deset puta veća! Morao sam da petljam i potrošim mnogo toalet papira i selotejpa da nadoknadim nepreciznosti. Ali sistem je počeo da ima malo sličnosti sa teorijskim modelom.
Bilo je potrebno izmisliti nove detonatore: stari nisu davali odgovarajuću sinhronizaciju. Napravljene su na bazi žica koje su eksplodirale pod snažnim impulsom električne struje. Za njihovo aktiviranje bila je potrebna baterija od 32 visokonaponska kondenzatora i isto toliko brzih pražnika - po jedan za svaki detonator. Cijeli sistem, uključujući baterije i punjač za kondenzatore, prva bomba je bila teška skoro 200 kg. Međutim, u odnosu na težinu eksploziva, koji je iznosio 2,5 tone, to nije bilo puno.
Konačno, cijela konstrukcija je zatvorena u duralumin sferično tijelo, koje se sastoji od širokog pojasa i dva poklopca - gornjeg i donjeg, svi ovi dijelovi su spojeni vijcima. Dizajn bombe omogućio je njeno sklapanje bez plutonijumskog jezgra. Da bi se plutonijum ubacio na mesto zajedno sa komadom uranijumskog reflektora, odvrnut je gornji poklopac kućišta i uklonjeno jedno eksplozivno sočivo.
Rat sa Japanom se bližio kraju, a Amerikancima se žurilo. Ali implozivna bomba je morala biti testirana. Ova operacija je dobila kodno ime "Trinity" ("Trinity"). Da, atomska bomba je trebala pokazati moć koja je ranije bila dostupna samo bogovima.
Briljantan uspjeh
Mjesto za testiranje odabrano je u državi Novi Meksiko, na mjestu slikovitog imena Jornadadel Muerto (Put smrti) - teritorija je bila dio artiljerijskog poligona Alamagordo. Bomba je počela da se sklapa 11. jula 1945. godine. Četrnaestog jula podignuta je na vrh posebno izgrađenog tornja visokog 30 m, žice su spojene na detonatore i otpočele su završne faze pripreme koje uključuju veliku količinu mjerne opreme. Dana 16. jula 1945. u pola šest ujutro, uređaj je detoniran.
Temperatura u središtu eksplozije dostiže nekoliko miliona stepeni, pa je bljesak nuklearne eksplozije mnogo svjetliji od Sunca. Vatrena lopta traje nekoliko sekundi, zatim počinje da se diže, tamni, prelazi iz bijele u narančastu, a zatim grimizna i formira se sada poznata nuklearna gljiva. Prvi oblak pečurke popeo se na visinu od 11 km.
Energija eksplozije bila je više od 20 kt ekvivalenta TNT-a. Većina mjerne opreme je uništena jer su fizičari računali na 510 tona i postavili opremu preblizu. Inače je bio uspjeh, briljantan uspjeh!
Ali Amerikanci su bili suočeni s neočekivanom radioaktivnom kontaminacijom područja. Pramen radioaktivnih padavina protezao se 160 km prema sjeveroistoku. Dio stanovništva morao je biti evakuisan iz malog grada Binghama, ali je najmanje pet lokalnih stanovnika primilo doze do 5.760 rendgena.
Ispostavilo se da, kako bi se izbjegla kontaminacija, bomba mora biti detonirana na dovoljno velikoj visini, najmanje kilometar i po, a zatim se proizvodi radioaktivnog raspada raspršuju na površini od stotina hiljada ili čak miliona kvadratnih metara. kilometara i rastvoren u globalnoj radijacijskoj pozadini.
Druga bomba ovog dizajna bačena je na Nagasaki 9. avgusta, 24 dana nakon ovog testa i tri dana nakon bombardovanja Hirošime. Od tada, gotovo svo atomsko oružje koristi tehnologiju implozije. Po istom dizajnu napravljena je i prva sovjetska bomba RDS-1, testirana 29. avgusta 1949. godine.
Nuklearno oružje počelo je izazivati strah među ljudima od samog trenutka kada je teoretski dokazana mogućnost njegovog stvaranja. I više od pola vijeka svijet živi u ovom strahu, samo se njegova veličina mijenja: od paranoje 50-60-ih do trajne anksioznosti sada. Ali kako je takva situacija uopće postala moguća? Kako je ideja o stvaranju tako strašnog oružja mogla doći u ljudski um? Znamo da je nuklearna bomba zapravo stvorena rukama najvećih fizičara tog vremena, mnogi od njih su bili u to vrijeme Nobelovci ili su postali kasnije.
Na ova i mnoga druga pitanja autor je pokušao dati jasan i pristupačan odgovor govoreći o trci za nabavku nuklearnog oružja. Glavna pažnja posvećena je sudbini pojedinih fizičara koji su direktno uključeni u događaje koji se razmatraju.
Poglavlje 3 Kritična masa
U januaru 1939. Otto Frisch je konačno primio dobre vijesti. Saznao je da je njegov otac, iako je ostao u koncentracionom logoru Dachau, ipak dobio švedsku vizu. Ubrzo je pušten i u Beču je mogao upoznati Frischovu majku. Zajedno su se preselili na mjesto gdje im ništa nije prijetilo - u Stokholm.
Ali čak ni takve radosne vijesti nisu mogle osloboditi Otona slutnje neposredne velike nevolje, koja ga je nedavno obuzela. Iščekivanje početka rata, koji je bio pred vratima, gurnulo ga je dublje u ponor depresije. Frisch nije vidio smisla u nastavku istraživanja koje je radio u Kopenhagenu. Osećaj nesigurnosti je takođe rastao. Kada su Britanac Patrick Blackett i Australac Mark Oliphant stigli u Borovu laboratoriju, Otto ih je zamolio za pomoć.
Oliphant je odrastao u Adelaidi. U početku se zanimao za medicinu, a posebno za stomatologiju, ali se na fakultetu zainteresirao za fiziku. Nakon što je slušao Erensta Rutherforda, Novozelanđanina po rođenju, dojmljivi student je odlučio da se bavi nuklearnom fizikom. Godine 1927. pridružio se Rutherfordovom istraživačkom timu u Cavendish laboratoriji u Cambridgeu. Tamo je, početkom 1930-ih, iz prve ruke svjedočio mnogim izuzetnim otkrićima u polju nuklearne fizike. Godine 1934., u koautorstvu s Rutherfordom (kao i njemačkim hemičarem Paulom Hartekom), Oliphant je objavio rad koji opisuje reakciju nuklearne fuzije koja uključuje teški vodik - deuterijum.
Godine 1937. Oliphant je dobio zvanje profesora na Univerzitetu u Birminghamu i postao dekan Fakulteta fizike. Bio je vrlo suosjećajan s Frischovom molbom za pomoć i ubrzo mu je poslao pismo u kojem je pozvao Otta da posjeti Birmingham u ljeto 1939. i na licu mjesta vidi šta se može učiniti za njega. Oliphantova smirenost i samopouzdanje veoma su impresionirali Frisch-a, koji nije mogao da izađe iz depresije i nije čekao novi poziv. Spakovavši dva mala kofera, otišao je u Englesku, „ne razlikuje se od ostalih turista“.
Australac je dogovorio da Otto postane mlađi učitelj. Sada je radio u prilično neformalnoj atmosferi. Oliphant je držao predavanja studentima i upućivao na Frisch one koji su imali poteškoća sa savladavanjem novog gradiva. Otto je radio sa nekoliko desetina učenika koji su mu postavljali ogroman broj pitanja i uslijedila je vrlo živa diskusija. Frisch se jako dopao ovakav posao.
U Birminghamu se Frisch susreo sa drugim emigrantom, svojim sunarodnikom, Rudolfom Peierlsom. Rudolf je rođen u Berlinu, u porodici asimiliranih Jevreja. Studirao je fiziku u Berlinu, Minhenu i Lajpcigu, gde je završio odbranu 1928. sa Heisenbergom. Peierls se potom preselio u Cirih, Švajcarska, i tamo je 1932. godine dobio Rokfelerovu stipendiju. Morao je prvo da studira u Rimu, kod Fermija, a zatim u Kembridžu, u Engleskoj, kod teoretskog fizičara Ralfa Faulera. Kada je Hitler došao na vlast 1933. godine, Peierls je bio u Engleskoj. Ubrzo mu je postalo jasno da je povratna ruta za Njemačku zatvorena. Po završetku studija, Rudolph je otišao u Manchester, gdje je radio sa Lawrenceom Braggom, a zatim se vratio u Cambridge, gdje je ostao nekoliko godina. Godine 1937. postao je profesor matematike na Univerzitetu u Birminghamu.
Od septembra 1939., nakon izbijanja rata, laboratorije u Birminghamu su se prvenstveno uključile u vrlo važna - i povjerljiva - istraživanja za vojsku.
Rad naučnika se odnosio na rezonantni magnetron - uređaj neophodan za generisanje intenzivnog mikrotalasnog zračenja u zemaljskim i avionskim radarima. C. P. Snow je kasnije nazvao ove uređaje "najvrednijim naučnim izumom Britanaca napravljenim tokom rata sa Hitlerom".
Budući da su građani neprijateljske države, Frisch i Peierls nisu trebali znati ništa o ovim radovima. Međutim, tajnost projekta bila je neke neshvatljive prirode. Oliphant je ponekad postavljao Peierlsu hipotetička pitanja koja su počinjala riječima: “Ako ste se suočili sa sljedećim problemom...”. Kako će Frisch kasnije napisati, „Oliphant je znao da Peierls zna, i mislim da je Peierls znao da je Oliphant znao da on zna. Međutim, niko od njih nije pokazao nikakav znak toga.”
Frisch nije stalno radio sa studentima, da bi se, imajući dovoljno slobodnog vremena, ponovo bavio problemom nuklearne fisije. Koristeći laboratoriju kada nije bila zauzeta, Otto je izveo nekoliko malih eksperimenata. Bohr i Wheeler su tvrdili da je uranijum fisilan uglavnom zbog izotopa U235, koji nije baš stabilan. Frisch je to odlučio eksperimentalno dokazati, dobivši podatke iz uzoraka s neznatno povećanim sadržajem rijetkog izotopa. Da bi izolovao male količine uranijuma-235, sastavio je mali aparat koji je koristio metodu termalne difuzije koju su izmislili Clusius i Dickel. Napredak je, međutim, bio izuzetno spor.
U međuvremenu, Britansko hemijsko društvo obratilo se Frischu sa molbom da za njih napiše recenziju i istakne sva nedavna dostignuća u proučavanju atomskog jezgra, kako bi hemičarima bila razumljiva i zanimljiva. Otto je napisao članak u svojoj iznajmljenoj sobi. Ne skidajući kaput, sjedio je, držeći pisaću mašinu u krilu, u blizini plinskog plamenika, pokušavajući da se barem malo zagrije: temperatura te zime pala je na -18 °C. Noću se voda u čaši smrzla.
Govoreći o nuklearnoj fisiji, ponovio je tada općeprihvaćeno mišljenje: ako je jednog dana moguće izvesti samoodrživu lančanu reakciju, onda uzimajući u obzir činjenicu da ona mora koristiti spore neutrone, atomsku bombu u kojoj se lančana reakcija će biti praktično nemoguće eksplodirati. “Postigli bismo barem sličan rezultat da smo jednostavno zapalili sličnu količinu baruta”, napisao je u završnom dijelu. Frisch uopće nije vjerovao u mogućnost stvaranja atomske bombe.
Međutim, nakon što je završio članak, počeo je razmišljati. Glavni problem na ovog trenutka, prema Bohru i Wheeleru, sastojao se od sporih neutrona. Jezgro uranijuma-238 oduvijek je hvatalo brze neutrone koji imaju određenu energiju "rezonancije" ili brzinu, ali su samo spori neutroni potrebni da reaguju s prirodnim uranijumom. Međutim, njihova upotreba značila je da će se rezultirajuća energija akumulirati vrlo sporo. Ako bi se reakcija temeljila na sporim neutronima, oslobođena energija bi zagrijala uranijum i eventualno ga otopila ili čak isparila mnogo prije nego što bi mogao eksplodirati. Kako se uranijum zagrijava, sve će manje neutrona ulaziti u reakciju i na kraju će jednostavno izumrijeti.
Fizičari Uranijumskog društva došli su do istog mišljenja. Međutim, Frisch je sada bio veoma zainteresovan za odgovor na pitanje: šta bi se desilo ako koristite brzo neutroni? Smatralo se da se uranijum-235 cijepa oba tipa neutrona. Međutim, ako ima previše U 238 u cijepljenom uranu, tada će brzi sekundarni neutroni koje emituje raspad U 235 biti od male koristi: ovi brzi sekundarni neutroni će vjerovatno pobjeći iz reakcije zbog rezonantnog hvatanja uranijuma. 238 jezgro. Ali ova prepreka se može lako zaobići ako se koristi čisti ili gotovo čisti uranijum-235. Frisch je bez većih poteškoća sastavio mali Clusius-Dickel aparat za odvajanje U 235. Bilo je jasno da je na ovaj način nemoguće dobiti velike količine čistog uranijuma-235, na primjer nekoliko tona. Ali što ako je mnogo manja količina dovoljna za lančanu reakciju s brzim neutronima?
Lančana reakcija na brze neutrone pomoću čistog uranijuma-235 - ako pretpostavimo da je atomska bomba u početku imala neku vrstu tajne, onda je to sada postalo poznato Frischu.
Otto je podijelio svoja razmišljanja s Peierlsom, koji je početkom juna 1939. finalizirao formulu za izračunavanje kritične mase materijala potrebnog za održavanje nuklearne lančane reakcije. Ovu formulu je sastavio francuski teoretski fizičar Francis Perrin. Za mješavinu izotopa s visokim sadržajem U 238, Peierls je koristio svoju modificiranu formulu, ali budući da je broj bio u tonama, ova opcija nije bila prikladna za stvaranje oružja.
Sada je Frisch trebao izvršiti proračune potpuno drugačijeg reda - uz sudjelovanje čistog uranijuma-235 i ne sporih, već brzih neutrona. Problem je bio u tome što još niko nije znao koliki bi udio U 235 trebao biti da bi se osiguralo uspješno učešće u reakciji brzih neurona. Ali naučnici to nisu znali jer još nije bilo moguće dobiti dovoljnu količinu uranijuma-235 u njegovom čistom obliku.
U takvoj situaciji preostalo je samo pretpostavke. Rezultati koje su dobili Bohr i Wheeler jasno su pokazali da je jezgro U 235 lako razdvojeno sporim neutronima. Dalje, logično je bilo pretpostaviti da efekat brzih neutrona nije ništa manje efikasan, pa je čak moguće da se jezgro uranijuma-235 fisira pri bilo kakvom kontaktu s njima. Nakon toga, Peierls je o ovoj hipotezi napisao: “Iz podataka koje su dobili Bohr i Wheeler, očigledno je trebalo izvući upravo sljedeći zaključak: svaki neutron koji uđe u jezgro 235 [uranija] uzrokuje njegov raspad.” Ova pretpostavka je znatno pojednostavila proračune. Sada je preostalo samo izračunati koliko je uranijuma-235 bilo potrebno da bi se mogao lako razdvojiti brzim neutronima.
Naučnici su zamenili nove brojeve u Peierlsovu formulu i bili zadivljeni dobijenim rezultatima. Tone uranijuma sada nisu dolazile u obzir. Kritična masa je, prema proračunima, bila samo nekoliko kilograma. Za supstancu gustine poput uranijuma, zapremina takve količine ne bi prelazila veličinu loptice za golf. Frisch procjenjuje da se ova količina U 235 može dobiti za nekoliko sedmica, koristeći oko sto hiljada cijevi Clusius-Dickel aparata, sličnog onoj koju je sastavio u laboratoriji u Birminghamu.
“Tada smo se svi pogledali, shvativši da je još uvijek moguće napraviti atomsku bombu.”
- Ikona "Sveta porodica" - u čemu pomaže, kako se moliti Ikona Svete porodice ima posebnu moć
- Književni pokreti i pokreti: klasicizam, sentimentalizam, romantizam, realizam, modernizam (simbolizam, akmeizam, futurizam)
- Ruska književnost 18. veka Čuveni ruski pesnik 18. veka bio je
- Glavni trendovi ruskog modernizma: simbolizam, akmeizam, futurizam