Nükleer bombayı kim icat etti? Atom bombasını gerçekte kim yarattı? Nükleer bombanın yaratılış tarihi

1.6.7. Tsai Lun kağıdı nasıl icat etti? Birkaç bin yıl boyunca Çinliler diğer tüm ülkeleri barbar olarak değerlendirdi. Çin birçok büyük buluşa ev sahipliği yapıyor. Kağıt tam burada icat edildi. Çin'de ortaya çıkmadan önce notlar için parşömenler kullanılıyordu.

Atom dünyası o kadar fantastik ki, onu anlamak alışılagelmiş uzay ve zaman kavramlarından radikal bir kopuşu gerektiriyor. Atomlar o kadar küçüktür ki, bir su damlası Dünya boyutuna kadar büyütülebilseydi, o damladaki her atom bir portakaldan daha küçük olurdu. Aslında bir damla su, 6000 milyar milyar (60000000000000000000000) hidrojen ve oksijen atomundan oluşur. Ancak atom, mikroskobik boyutuna rağmen, bir ölçüde güneş sistemimizin yapısına benzer bir yapıya sahiptir. Yarıçapı santimetrenin trilyonda birinden daha az olan akıl almaz derecede küçük merkezinde, nispeten büyük bir "güneş" vardır - bir atomun çekirdeği.

Minik "gezegenler" - elektronlar - bu atomik "güneşin" etrafında döner. Çekirdek, Evrenin iki ana yapı taşından oluşur - protonlar ve nötronlar (birleştirici bir adı vardır - nükleonlar). Bir elektron ve bir proton yüklü parçacıklardır ve her birindeki yük miktarı tamamen aynıdır, ancak yüklerin işareti farklıdır: proton her zaman pozitif yüklüdür ve elektron negatif yüklüdür. Nötron elektrik yükü taşımaz ve bunun sonucunda çok yüksek bir geçirgenliğe sahiptir.

Atom ölçeğindeki ölçümlerde proton ve nötronun kütlesi birlik olarak alınır. Bu nedenle herhangi bir kimyasal elementin atom ağırlığı, çekirdeğinde bulunan proton ve nötron sayısına bağlıdır. Örneğin çekirdeği yalnızca bir protondan oluşan bir hidrojen atomunun atom kütlesi 1'dir. Çekirdeği iki proton ve iki nötrondan oluşan bir helyum atomunun atom kütlesi 4'tür.

Aynı elementin atomlarının çekirdeği her zaman aynı sayıda proton içerir, ancak nötron sayısı değişebilir. Çekirdekleri aynı proton sayısına sahip, ancak nötron sayısı farklı olan ve aynı elementin çeşitleri olan atomlara izotop denir. Bunları birbirinden ayırmak için, elementin sembolüne, belirli bir izotopun çekirdeğindeki tüm parçacıkların toplamına eşit bir sayı atanır.

Şu soru ortaya çıkabilir: Bir atomun çekirdeği neden parçalanmıyor? Sonuçta içerdiği protonlar, birbirini büyük bir kuvvetle itmesi gereken, aynı yüke sahip elektrik yüklü parçacıklardır. Bu, çekirdeğin içinde nükleer parçacıkları birbirine çeken intranükleer kuvvetlerin de bulunmasıyla açıklanmaktadır. Bu kuvvetler protonların itici kuvvetlerini telafi eder ve çekirdeğin kendiliğinden dağılmasını önler.

Çekirdek içi kuvvetler çok güçlüdür ancak yalnızca çok yakın mesafelerde etki eder. Bu nedenle yüzlerce nükleondan oluşan ağır elementlerin çekirdeklerinin kararsız olduğu ortaya çıkıyor. Çekirdeğin parçacıkları burada (çekirdeğin hacmi dahilinde) sürekli hareket halindedir ve onlara biraz daha fazla enerji eklerseniz, iç kuvvetlerin üstesinden gelebilirler - çekirdek parçalara ayrılacaktır. Bu fazla enerjinin miktarına uyarılma enerjisi denir. Ağır elementlerin izotopları arasında, kendi kendine parçalanmanın eşiğinde görünenler de var. Nükleer fisyon reaksiyonunun gerçekleşmesi için, örneğin basit bir nötronun çekirdeğe çarpması (ve yüksek hıza çıkması bile gerekmez) gibi küçük bir "itme" yeterlidir. Bu "bölünebilir" izotoplardan bazılarının daha sonra yapay olarak üretildiği öğrenildi. Doğada böyle tek bir izotop vardır - uranyum-235.

Uranüs, 1783 yılında onu uranyum katranından izole eden ve yakın zamanda keşfedilen gezegen Uranüs'ün adını veren Klaproth tarafından keşfedildi. Daha sonra ortaya çıktığı gibi, aslında uranyumun kendisi değil, oksitiydi. Gümüşi beyaz bir metal olan saf uranyum elde edildi
sadece 1842 Peligo'da. Yeni elementin dikkate değer hiçbir özelliği yoktu ve Becquerel'in uranyum tuzlarındaki radyoaktivite olayını keşfettiği 1896 yılına kadar dikkat çekmedi. Bundan sonra uranyum bilimsel araştırma ve deneylerin konusu haline geldi, ancak hâlâ pratik bir kullanımı yoktu.

20. yüzyılın ilk üçte birinde fizikçiler atom çekirdeğinin yapısını az çok anladıklarında, her şeyden önce simyacıların uzun süredir devam eden hayalini gerçekleştirmeye çalıştılar - bir kimyasal elementi diğerine dönüştürmeye çalıştılar. 1934'te Fransız araştırmacılar, Frederic ve Irene Joliot-Curie'nin eşleri, Fransız Bilimler Akademisi'ne aşağıdaki deneyim hakkında bilgi verdiler: alüminyum plakaları alfa parçacıkları (bir helyum atomunun çekirdeği) ile bombalarken, alüminyum atomları fosfor atomlarına dönüştü, ancak sıradan olanlar değil, radyoaktif olanlar ve bunlar da silikonun kararlı bir izotopuna dönüşüyor. Böylece alüminyum atomuna bir proton ve iki nötron eklenerek daha ağır bir silikon atomuna dönüştü.

Bu deneyim, doğada var olan en ağır elementin (uranyum) çekirdeğini nötronlarla "bombalarsanız", doğal koşullarda bulunmayan bir element elde edebileceğinizi gösterdi. 1938'de Alman kimyagerler Otto Hahn ve Fritz Strassmann, alüminyum yerine uranyum kullanarak Joliot-Curie eşlerinin deneyimlerini genel anlamda tekrarladılar. Deneyin sonuçları hiç de bekledikleri gibi değildi - Hahn ve Strassmann, kütle numarası uranyumdan daha büyük olan yeni bir süper ağır element yerine periyodik tablonun orta kısmından hafif elementler aldı: baryum, kripton, brom ve bazı diğerleri. Deneycilerin kendileri gözlemlenen olguyu açıklayamadılar. Ancak ertesi yıl, Hahn'ın yaşadığı zorlukları bildirdiği fizikçi Lise Meitner, gözlemlenen olay için doğru açıklamayı buldu ve uranyumun nötron bombardımanına tutulduğunda çekirdeğinin bölündüğünü (fisyon) öne sürdü. Bu durumda hem daha hafif elementlerin çekirdeklerinin oluşması (baryum, kripton ve diğer maddelerin geldiği yer) hem de 2-3 serbest nötronun salınması gerekirdi. Daha fazla araştırma, olup bitenlerin resmini ayrıntılı olarak açıklığa kavuşturmayı mümkün kıldı.

Doğal uranyum, kütleleri 238, 234 ve 235 olan üç izotopun karışımından oluşur. Uranyumun ana miktarı, çekirdeği 92 proton ve 146 nötron içeren izotop-238'dir. Uranyum-235, doğal uranyumun yalnızca 1/140'ıdır (%0,7 (çekirdeğinde 92 proton ve 143 nötron vardır) ve uranyum-234 (92 proton, 142 nötron) toplam uranyum kütlesinin yalnızca 1/17500'üdür ( Bu izotopların en az kararlı olanı uranyum-235'tir.

Zaman zaman atomlarının çekirdekleri kendiliğinden parçalara bölünür ve bunun sonucunda periyodik tablonun daha hafif elementleri oluşur. Bu sürece, yaklaşık 10 bin km/s gibi çok büyük bir hızla hareket eden (bunlara hızlı nötronlar denir) iki veya üç serbest nötronun salınması eşlik eder. Bu nötronlar diğer uranyum çekirdeklerine çarparak nükleer reaksiyonlara neden olabilir. Bu durumda her izotop farklı davranır. Uranyum-238 çekirdeği çoğu durumda bu nötronları herhangi bir başka dönüşüme gerek kalmadan yakalar. Ancak yaklaşık beş vakadan birinde, hızlı bir nötron izotop-238'in çekirdeğiyle çarpıştığında ilginç bir nükleer reaksiyon meydana gelir: Uranyum-238'in nötronlarından biri bir elektron yayar ve bir protona dönüşür. uranyum izotopu daha fazlasına dönüşüyor
ağır element - neptunyum-239 (93 proton + 146 nötron). Ancak neptunyum kararsızdır - birkaç dakika sonra nötronlarından biri bir elektron yayar, bir protona dönüşür ve ardından neptunyum izotopu periyodik tablodaki bir sonraki element olan plütonyum-239'a (94 proton + 145 nötron) dönüşür. Bir nötron kararsız uranyum-235'in çekirdeğine çarparsa, hemen fisyon meydana gelir - atomlar iki veya üç nötronun emisyonuyla parçalanır. Atomlarının çoğu izotop-238'e ait olan doğal uranyumda bu reaksiyonun görünür bir sonucu olmadığı açıktır - tüm serbest nötronlar sonunda bu izotop tarafından emilecektir.

Peki ya tamamen izotop-235'ten oluşan oldukça büyük bir uranyum parçası hayal edersek?

Burada süreç farklı ilerleyecek: Birkaç çekirdeğin bölünmesi sırasında salınan nötronlar, sırayla komşu çekirdeklere çarparak onların bölünmesine neden oluyor. Sonuç olarak, bir sonraki çekirdeği bölen yeni bir nötron kısmı serbest bırakılır. Uygun koşullar altında bu reaksiyon çığ gibi ilerler ve zincirleme reaksiyon olarak adlandırılır. Bunu başlatmak için birkaç bombardıman parçacığı yeterli olabilir.

Gerçekten de uranyum-235'in yalnızca 100 nötron tarafından bombalanmasına izin verin. 100 uranyum çekirdeğini ayıracaklar. Bu durumda ikinci nesilden 250 yeni nötron salınacaktır (fisyon başına ortalama 2,5). İkinci nesil nötronlar 250 fisyon üretecek ve bu da 625 nötron açığa çıkaracak. Gelecek nesilde 1562, sonra 3906, sonra 9670 vb. olacak. Süreç durdurulmadığı takdirde bölüm sayısı süresiz olarak artacaktır.

Ancak gerçekte nötronların yalnızca küçük bir kısmı atom çekirdeğine ulaşır. Aralarında hızla koşan geri kalanı, çevredeki alana taşınır. Kendi kendine devam eden bir zincirleme reaksiyon, yalnızca kritik bir kütleye sahip olduğu söylenen yeterince geniş bir uranyum-235 dizisinde meydana gelebilir. (Normal şartlarda bu kütle 50 kg'dır.) Her çekirdeğin fisyonuna, fisyon için harcanan enerjiden yaklaşık 300 milyon kat daha fazla olan çok büyük miktarda enerjinin salınımının eşlik ettiğini belirtmek önemlidir. ! (1 kg uranyum-235'in tamamen parçalanmasının, 3 bin ton kömürün yanmasıyla aynı miktarda ısı açığa çıkardığı tahmin edilmektedir.)

Birkaç dakika içinde açığa çıkan bu muazzam enerji patlaması, kendisini korkunç bir güç patlaması olarak gösterir ve nükleer silahların eyleminin temelini oluşturur. Ancak bu silahın gerçeğe dönüşmesi için, yükün doğal uranyumdan değil, nadir bir izotoptan - 235 (bu tür uranyuma zenginleştirilmiş denir) oluşması gerekir. Daha sonra saf plütonyumun da bölünebilir bir malzeme olduğu ve uranyum-235 yerine atomik yükte kullanılabileceği keşfedildi.

Bütün bu önemli keşifler İkinci Dünya Savaşı'nın arifesinde yapıldı. Kısa süre sonra Almanya ve diğer ülkelerde atom bombası yaratmaya yönelik gizli çalışmalar başladı. ABD'de bu sorun 1941'de çözüldü. Tüm eser kompleksine “Manhattan Projesi” adı verildi.

Projenin idari yönetimi General Groves tarafından, bilimsel yönetimi ise Kaliforniya Üniversitesi profesörü Robert Oppenheimer tarafından yürütüldü. Her ikisi de karşı karşıya oldukları görevin muazzam karmaşıklığının gayet iyi farkındaydı. Bu nedenle Oppenheimer'ın ilk kaygısı son derece zeki bir bilimsel ekibi işe almaktı. O dönemde ABD'de Nazi Almanya'sından göç eden pek çok fizikçi vardı. Onları eski vatanlarına yönelik silahlar yaratmaya çekmek kolay olmadı. Oppenheimer cazibesinin tüm gücünü kullanarak herkesle kişisel olarak konuştu. Çok geçmeden, şakayla karışık "aydınlatıcılar" olarak adlandırdığı küçük bir teorisyen grubunu toplamayı başardı. Ve aslında o zamanın fizik ve kimya alanındaki en büyük uzmanlarını da içeriyordu. (Bunların arasında Bohr, Fermi, Frank, Chadwick, Lawrence'ın da aralarında bulunduğu 13 Nobel Ödülü sahibi vardır.) Bunların yanı sıra çeşitli profillerden birçok uzman daha vardı.

ABD hükümeti masraflardan kaçınmadı ve çalışma en başından beri büyük bir boyuta ulaştı. 1942'de Los Alamos'ta dünyanın en büyük araştırma laboratuvarı kuruldu. Bu bilimsel şehrin nüfusu kısa sürede 9 bin kişiye ulaştı. Bilim adamlarının bileşimi, bilimsel deneylerin kapsamı ve çalışmaya katılan uzman ve işçi sayısı açısından Los Alamos Laboratuvarı'nın dünya tarihinde eşi benzeri yoktu. Manhattan Projesinin kendi polisi, karşı istihbaratı, iletişim sistemi, depoları, köyleri, fabrikaları, laboratuvarları ve devasa bütçesi vardı.

Projenin asıl amacı, birkaç atom bombasının oluşturulabileceği yeterli miktarda bölünebilir malzeme elde etmekti. Uranyum-235'e ek olarak, daha önce de belirtildiği gibi bombanın yükü yapay element plütonyum-239 olabilir, yani bomba uranyum veya plütonyum olabilir.

Korular Ve Oppenheimer Hangisinin daha umut verici olacağına önceden karar vermek imkansız olduğundan, çalışmanın iki yönde aynı anda yürütülmesi gerektiği konusunda anlaştılar. Her iki yöntem de temelde birbirinden farklıydı: Uranyum-235'in birikimi, onu doğal uranyum kütlesinden ayırarak gerçekleştirilmek zorundaydı ve plütonyum, ancak uranyum-238 ışınlandığında kontrollü bir nükleer reaksiyonun sonucu olarak elde edilebiliyordu. nötronlarla. Her iki yol da alışılmadık derecede zor görünüyordu ve kolay çözümler vaat etmiyordu.

Aslında ağırlıkları çok az farklı olan ve kimyasal olarak tamamen aynı şekilde davranan iki izotop nasıl ayrılabilir? Ne bilim ne de teknoloji bugüne kadar böyle bir sorunla karşılaşmadı. Plütonyum üretimi de ilk başta oldukça sorunlu görünüyordu. Bundan önce, nükleer dönüşümlerle ilgili tüm deneyim birkaç laboratuvar deneyine indirgenmişti. Artık endüstriyel ölçekte kilogram plütonyum üretiminde ustalaşmaları, bunun için özel bir tesis - bir nükleer reaktör - geliştirmeleri ve yaratmaları ve nükleer reaksiyonun seyrini kontrol etmeyi öğrenmeleri gerekiyordu.

Hem orada hem de burada bir dizi karmaşık sorunun çözülmesi gerekiyordu. Bu nedenle Manhattan Projesi, önde gelen bilim adamlarının başkanlık ettiği birçok alt projeden oluşuyordu. Oppenheimer'ın kendisi Los Alamos Bilimsel Laboratuvarı'nın başkanıydı. Lawrence, Kaliforniya Üniversitesi'ndeki Radyasyon Laboratuvarı'ndan sorumluydu. Fermi, Chicago Üniversitesi'nde nükleer reaktör oluşturmak için araştırma yaptı.

Başlangıçta en önemli sorun uranyum elde etmekti. Savaştan önce bu metalin neredeyse hiç kullanımı yoktu. Artık büyük miktarlarda acilen ihtiyaç duyulduğundan, onu üretmenin endüstriyel bir yönteminin olmadığı ortaya çıktı.

Westinghouse şirketi gelişimini sürdürdü ve hızla başarıya ulaştı. Uranyum reçinesinin saflaştırılmasından (uranyum doğada bu formda bulunur) ve uranyum oksit elde edildikten sonra, uranyum metalinin elektroliz yoluyla ayrıldığı tetraflorüre (UF4) dönüştürüldü. 1941'in sonunda Amerikalı bilim adamlarının elinde yalnızca birkaç gram uranyum metali vardı, o zaman Kasım 1942'de Westinghouse fabrikalarındaki endüstriyel üretim ayda 6.000 pound'a ulaştı.

Aynı zamanda bir nükleer reaktör oluşturma çalışmaları da sürüyordu. Plütonyum üretme süreci aslında uranyum çubuklarının nötronlarla ışınlanmasına indirgenmişti, bunun sonucunda uranyum-238'in bir kısmı plütonyuma dönüşecekti. Bu durumda nötron kaynakları, uranyum-238 atomları arasında yeterli miktarlarda dağılmış bölünebilir uranyum-235 atomları olabilir. Ancak nötronların sürekli üretimini sürdürmek için, uranyum-235 atomlarının fisyonunun zincirleme reaksiyonunun başlaması gerekiyordu. Bu arada, daha önce de belirtildiği gibi, her uranyum-235 atomuna karşılık 140 uranyum-238 atomu vardı. Her yöne dağılan nötronların yolda onlarla karşılaşma olasılığının çok daha yüksek olduğu açıktır. Yani, salınan çok sayıda nötronun ana izotop tarafından herhangi bir fayda sağlamadan emildiği ortaya çıktı. Açıkçası, bu koşullar altında zincirleme bir reaksiyonun gerçekleşmesi mümkün değildi. Nasıl olunur?

İlk başta, iki izotop ayrılmadan reaktörün çalışması genellikle imkansız görünüyordu, ancak kısa süre sonra önemli bir durum ortaya çıktı: uranyum-235 ve uranyum-238'in farklı enerjilerdeki nötronlara karşı duyarlı olduğu ortaya çıktı. Bir uranyum-235 atomunun çekirdeği, yaklaşık 22 m/s hıza sahip, nispeten düşük enerjili bir nötron tarafından bölünebilir. Bu tür yavaş nötronlar, uranyum-238 çekirdekleri tarafından yakalanmaz - bunun için saniyede yüzbinlerce metre hıza sahip olmaları gerekir. Başka bir deyişle, uranyum-238, nötronların son derece düşük hızlara (22 m/s'den fazla olmayacak şekilde) yavaşlaması nedeniyle uranyum-235'te meydana gelen zincirleme reaksiyonun başlamasını ve ilerlemesini engelleme konusunda güçsüzdür. Bu fenomen, 1938'den beri ABD'de yaşayan ve burada ilk reaktörün oluşturulmasına öncülük eden İtalyan fizikçi Fermi tarafından keşfedildi. Fermi, nötron moderatörü olarak grafiti kullanmaya karar verdi. Hesaplamalarına göre, uranyum-235'ten yayılan nötronların 40 cm'lik grafit tabakasını geçerek hızlarını 22 m/s'ye düşürmeleri ve uranyum-235'te kendi kendine devam eden bir zincirleme reaksiyona başlamaları gerekiyordu.

Başka bir moderatör ise "ağır" su olabilir. İçerisindeki hidrojen atomları boyut ve kütle bakımından nötronlara çok benzer olduğundan, onları en iyi şekilde yavaşlatabilirler. (Hızlı nötronlarda, toplarla hemen hemen aynı şey olur: küçük bir top büyük bir topla çarparsa, neredeyse hız kaybetmeden geri döner, ancak küçük bir topla karşılaştığında enerjisinin önemli bir bölümünü ona aktarır. - tıpkı elastik bir çarpışmada bir nötronun ağır bir çekirdeğe çarpıp çok az yavaşlaması ve hidrojen atomlarının çekirdekleriyle çarpıştığında tüm enerjisini çok hızlı bir şekilde kaybetmesi gibi.) Ancak sıradan su yavaşlamaya uygun değildir, Çünkü hidrojeni nötronları absorbe etme eğiliminde. Bu nedenle “ağır” suyun bir parçası olan döteryumun bu amaçla kullanılması gerekmektedir.

1942'nin başlarında, Fermi'nin liderliğinde, Chicago Stadyumu'nun batı tribünlerinin altındaki tenis kortu alanında tarihteki ilk nükleer reaktörün inşaatı başladı. Bilim adamları tüm çalışmayı kendileri gerçekleştirdiler. Reaksiyon tek yolla kontrol edilebilir - zincir reaksiyonuna katılan nötronların sayısı ayarlanarak. Fermi, bor ve kadmiyum gibi nötronları güçlü bir şekilde emen maddelerden yapılmış çubuklar kullanarak bunu başarmayı amaçladı. Moderatör, fizikçilerin 3 m yüksekliğinde ve 1,2 m genişliğinde sütunlar inşa ettiği grafit tuğlalardı ve aralarına uranyum oksit içeren dikdörtgen bloklar yerleştirildi. Tüm yapı yaklaşık 46 ton uranyum oksit ve 385 ton grafit gerektiriyordu. Reaksiyonu yavaşlatmak için reaktöre kadmiyum ve bor çubukları yerleştirildi.

Bu yeterli değilse, sigorta için iki bilim adamı, reaktörün üzerinde bulunan bir platformda kadmiyum tuzu çözeltisiyle dolu kovalarla durdu - reaksiyonun kontrolden çıkması durumunda bunları reaktöre dökmeleri gerekiyordu. Neyse ki bu gerekli değildi. 2 Aralık 1942'de Fermi tüm kontrol çubuklarının uzatılmasını emretti ve deney başladı. Dört dakika sonra nötron sayaçları gittikçe daha yüksek sesle tıklamaya başladı. Nötron akışının yoğunluğu her geçen dakika daha da arttı. Bu durum reaktörde zincirleme bir reaksiyonun gerçekleştiğini gösteriyordu. 28 dakika sürdü. Daha sonra Fermi sinyali verdi ve indirilen çubuklar süreci durdurdu. Böylece insan ilk kez atom çekirdeğinin enerjisini serbest bıraktı ve onu istediği zaman kontrol edebildiğini kanıtladı. Artık nükleer silahların bir gerçeklik olduğuna dair hiçbir şüphe kalmamıştı.

1943'te Fermi reaktörü söküldü ve Aragon Ulusal Laboratuvarı'na (Chicago'dan 50 km uzaklıkta) nakledildi. Kısa süre sonra burada ağır suyun moderatör olarak kullanıldığı başka bir nükleer reaktör inşa edildi. Bu, içine alüminyum bir kabuk içine yerleştirilmiş 120 çubuk uranyum metalinin dikey olarak batırıldığı, 6,5 ton ağır su içeren silindirik bir alüminyum tanktan oluşuyordu. Yedi kontrol çubuğu kadmiyumdan yapılmıştır. Tankın etrafında bir grafit reflektör, ardından kurşun ve kadmiyum alaşımlarından yapılmış bir ekran vardı. Tüm yapı, duvar kalınlığı yaklaşık 2,5 m olan beton bir kabukla çevrelenmiştir.

Bu pilot reaktörlerdeki deneyler, plütonyumun endüstriyel üretim olasılığını doğruladı.

Manhattan Projesi'nin ana merkezi kısa sürede Tennessee Nehri Vadisi'ndeki Oak Ridge kasabası oldu ve nüfusu birkaç ayda 79 bin kişiye ulaştı. Burada kısa sürede tarihin ilk zenginleştirilmiş uranyum üretim tesisi inşa edildi. Plütonyum üreten endüstriyel bir reaktör 1943'te burada faaliyete geçirildi. Şubat 1944'te, yüzeyinden kimyasal ayırma yoluyla plütonyumun elde edildiği günde yaklaşık 300 kg uranyum çıkarıldı. (Bunu yapmak için önce plütonyum çözüldü ve sonra çökeltildi.) Arıtılmış uranyum daha sonra reaktöre geri gönderildi. Aynı yıl, Columbia Nehri'nin güney kıyısındaki çorak ve kasvetli çölde bulunan devasa Hanford fabrikasının inşaatına başlandı. Burada her gün birkaç yüz gram plütonyum üreten üç güçlü nükleer reaktör bulunuyordu.

Buna paralel olarak, uranyum zenginleştirmeye yönelik endüstriyel bir prosesin geliştirilmesine yönelik araştırmalar da tüm hızıyla sürüyordu.

Groves ve Oppenheimer, çeşitli seçenekleri değerlendirdikten sonra çabalarını iki yöntem üzerinde yoğunlaştırmaya karar verdi: gaz difüzyonu ve elektromanyetik.

Gaz difüzyon yöntemi, Graham yasası olarak bilinen bir prensibe dayanıyordu (ilk olarak 1829'da İskoç kimyager Thomas Graham tarafından formüle edildi ve 1896'da İngiliz fizikçi Reilly tarafından geliştirildi). Bu yasaya göre, biri diğerinden daha hafif olan iki gaz, delikleri ihmal edilebilecek kadar küçük olan bir filtreden geçirilirse, hafif gazın ağır olandan biraz daha fazlası geçecektir. Kasım 1942'de Columbia Üniversitesi'nden Urey ve Dunning, uranyum izotoplarını ayırmak için Reilly yöntemine dayalı bir gaz difüzyon yöntemi oluşturdu.

Doğal uranyum katı olduğundan ilk önce uranyum florüre (UF6) dönüştürüldü. Bu gaz daha sonra filtre bölümündeki milimetrenin binde biri mertebesinde mikroskobik deliklerden geçirildi.

Gazların molar ağırlıkları arasındaki fark çok küçük olduğundan, bölmenin arkasında uranyum-235 içeriği yalnızca 1.0002 kat arttı.

Uranyum-235 miktarını daha da arttırmak için elde edilen karışım tekrar bir bölmeden geçirilir ve uranyum miktarı yine 1.0002 kat arttırılır. Böylece uranyum-235 içeriğini %99'a çıkarmak için gazın 4000 filtreden geçirilmesi gerekiyordu. Bu, Oak Ridge'deki devasa bir gaz difüzyon tesisinde gerçekleşti.

1940 yılında Kaliforniya Üniversitesi'nde Ernest Lawrence'ın öncülüğünde uranyum izotoplarının elektromanyetik yöntemle ayrılması üzerine araştırmalar başladı. İzotopların kütlelerindeki farktan yararlanılarak ayrılmasını sağlayacak fiziksel süreçlerin bulunması gerekiyordu. Lawrence, atomların kütlelerini belirlemek için kullanılan bir araç olan kütle spektrografı ilkesini kullanarak izotopları ayırmaya çalıştı.

Çalışma prensibi şuydu: Önceden iyonize edilmiş atomlar bir elektrik alanıyla hızlandırıldı ve daha sonra alanın yönüne dik bir düzlemde bulunan daireleri tanımladıkları bir manyetik alandan geçti. Bu yörüngelerin yarıçapları kütleyle orantılı olduğundan, hafif iyonlar, ağır iyonlara göre daha küçük yarıçaplı daireler üzerinde son buldu. Eğer atomların yolu boyunca tuzaklar yerleştirilseydi, bu şekilde farklı izotoplar ayrı ayrı toplanabilirdi.

Yöntem buydu. Laboratuvar koşullarında iyi sonuçlar verdi. Ancak izotop ayrıştırmasının endüstriyel ölçekte gerçekleştirilebileceği bir tesis inşa etmenin son derece zor olduğu ortaya çıktı. Ancak Lawrence sonunda tüm zorlukların üstesinden gelmeyi başardı. Çabalarının sonucu, Oak Ridge'deki dev bir fabrikaya kurulan kalutron'un ortaya çıkmasıydı.

Bu elektromanyetik tesis 1943'te inşa edildi ve Manhattan Projesi'nin belki de en pahalı buluşu olduğu ortaya çıktı. Lawrence'ın yöntemi, yüksek voltaj, yüksek vakum ve güçlü manyetik alanlar içeren çok sayıda karmaşık, henüz geliştirilmemiş cihaz gerektiriyordu. Maliyetlerin ölçeğinin çok büyük olduğu ortaya çıktı. Calutron'un uzunluğu 75 m'ye ulaşan ve yaklaşık 4000 ton ağırlığında dev bir elektromıknatısı vardı.

Bu elektromıknatısın sargıları için birkaç bin ton gümüş tel kullanıldı.

İşin tamamı (Devlet Hazinesi'nin yalnızca geçici olarak sağladığı 300 milyon dolarlık gümüş maliyetini saymazsak) 400 milyon dolara mal oldu. Savunma Bakanlığı yalnızca calutron'un tükettiği elektriğe 10 milyon dolar ödedi. Oak Ridge fabrikasındaki ekipmanların çoğu, ölçek ve hassasiyet açısından bu teknoloji alanında şimdiye kadar geliştirilen her şeyden üstündü.

Ancak tüm bu maliyetler boşuna değildi. Toplamda yaklaşık 2 milyar dolar harcayan ABD'li bilim adamları, 1944 yılına kadar uranyum zenginleştirme ve plütonyum üretimi için benzersiz bir teknoloji yarattılar. Bu arada Los Alamos laboratuvarında bombanın tasarımı üzerinde çalışıyorlardı. Çalışma prensibi genel anlamda uzun süredir açıktı: bölünebilir maddenin (plütonyum veya uranyum-235) patlama anında kritik bir duruma geçmesi gerekiyordu (bir zincirleme reaksiyonun meydana gelmesi için yük kütlesinin kritik olandan gözle görülür derecede daha büyük olabilir) ve bir nötron ışınıyla ışınlanır, bu da bir zincirleme reaksiyonun başlangıcını gerektirir.

Hesaplamalara göre yükün kritik kütlesi 50 kilogramı aştı, ancak bunu önemli ölçüde azaltmayı başardılar. Genel olarak kritik kütlenin değeri birçok faktörden güçlü bir şekilde etkilenir. Yükün yüzey alanı ne kadar büyük olursa, çevredeki alana o kadar fazla nötron gereksiz yere yayılır. Küre en küçük yüzey alanına sahiptir. Sonuç olarak, diğer şeyler eşit olmak üzere küresel yükler en küçük kritik kütleye sahiptir. Ayrıca kritik kütlenin değeri bölünebilir malzemelerin saflığına ve türüne bağlıdır. Bu malzemenin yoğunluğunun karesi ile ters orantılıdır; bu, örneğin yoğunluğun iki katına çıkarılmasıyla kritik kütlenin dört kat azaltılmasına olanak tanır. Gerekli alt kritiklik derecesi, örneğin nükleer yükü çevreleyen küresel bir kabuk formunda yapılan geleneksel bir patlayıcı yükünün patlaması nedeniyle bölünebilir malzemenin sıkıştırılmasıyla elde edilebilir. Kritik kütle, yükün nötronları iyi yansıtan bir ekranla çevrelenmesiyle de azaltılabilir. Böyle bir ekran olarak kurşun, berilyum, tungsten, doğal uranyum, demir ve daha birçokları kullanılabilir.

Olası bir atom bombası tasarımı, birleştirildiğinde kritik kütleden daha büyük bir kütle oluşturan iki parça uranyumdan oluşur. Bomba patlamasına neden olmak için onları olabildiğince çabuk birbirine yaklaştırmanız gerekiyor. İkinci yöntem içe doğru yaklaşan bir patlamanın kullanımına dayanmaktadır. Bu durumda, geleneksel bir patlayıcıdan gelen bir gaz akışı, içeride bulunan bölünebilir malzemeye yönlendirildi ve onu kritik bir kütleye ulaşana kadar sıkıştırdı. Daha önce de belirtildiği gibi, bir yükü birleştirmek ve onu nötronlarla yoğun bir şekilde ışınlamak, bir zincirleme reaksiyona neden olur ve bunun sonucunda ilk saniyede sıcaklık 1 milyon dereceye yükselir. Bu süre zarfında kritik kütlenin yalnızca %5'i ayrılmayı başardı. İlk bomba tasarımlarındaki yükün geri kalanı, hiçbir şey olmadan buharlaştı.
herhangi bir fayda.

Tarihteki ilk atom bombası (ona Trinity adı verildi) 1945 yazında toplandı. Ve 16 Haziran 1945'te, Dünya'daki ilk atom patlaması Alamogordo çölündeki (New Mexico) nükleer test sahasında gerçekleştirildi. Bomba, test alanının merkezine 30 metrelik çelik bir kulenin tepesine yerleştirildi. Çevresine büyük bir mesafeye kayıt ekipmanı yerleştirildi. 9 km uzaklıkta bir gözlem noktası, 16 km uzaklıkta bir komuta noktası vardı. Atomik patlama, bu olayın tüm tanıkları üzerinde çarpıcı bir izlenim bıraktı. Görgü tanıklarının ifadesine göre sanki birçok güneş birleşip test alanını aynı anda aydınlatmış gibi hissettim. Sonra ovanın üzerinde devasa bir ateş topu belirdi ve yuvarlak bir toz ve ışık bulutu, yavaş ve uğursuz bir şekilde ona doğru yükselmeye başladı.

Yerden havalanan bu ateş topu, birkaç saniye içinde üç kilometreden fazla yüksekliğe yükseldi. Her an büyüyerek çapı 1,5 km'ye ulaştı ve yavaş yavaş stratosfere doğru yükseldi. Daha sonra ateş topu, yerini 12 km yüksekliğe kadar uzanan ve dev bir mantar şeklini alan, yükselen bir duman sütununa bıraktı. Bütün bunlara, dünyanın sarsıldığı korkunç bir kükreme eşlik etti. Patlayan bombanın gücü tüm beklentileri aştı.

Radyasyon durumu izin verir vermez, içi kurşun plakalarla kaplı birkaç Sherman tankı patlama alanına koştu. Bunlardan birinde çalışmasının sonuçlarını görmek için sabırsızlanan Fermi vardı. Gözlerinin önünde 1,5 km'lik bir yarıçap içinde tüm canlıların yok edildiği, kavrulmuş, ölü bir toprak belirdi. Kum, zemini kaplayan camsı yeşilimsi bir kabuğa dönüşmüştü. Devasa bir kraterde çelik bir destek kulesinin parçalanmış kalıntıları yatıyordu. Patlamanın gücünün 20.000 ton TNT olduğu tahmin ediliyor.

Bir sonraki adım, Nazi Almanyası'nın teslim olmasının ardından ABD ve müttefikleriyle savaşı tek başına sürdüren Japonya'ya karşı atom bombasının savaşta kullanılmasıydı. O zamanlar fırlatma araçları yoktu, bu yüzden bombalamanın uçaktan yapılması gerekiyordu. İki bombanın bileşenleri, Indianapolis kruvazörü tarafından büyük bir özenle 509. Birleşik Hava Kuvvetleri Grubunun bulunduğu Tinian adasına nakledildi. Bu bombalar, şarj türü ve tasarım açısından birbirinden biraz farklıydı.

İlk atom bombası - "Bebek" - yüksek derecede zenginleştirilmiş uranyum-235'ten yapılmış atom yüküne sahip büyük boyutlu bir hava bombasıydı. Uzunluğu yaklaşık 3 m, çapı 62 cm, ağırlığı ise 4,1 tondu.

Plütonyum-239 yüklü ikinci atom bombası - "Şişman Adam" - büyük bir dengeleyiciye sahip yumurta şeklinde bir şekle sahipti. Uzunluğu
3,2 m, çapı 1,5 m, ağırlığı - 4,5 tondu.

6 Ağustos'ta Albay Tibbets'in B-29 Enola Gay bombardıman uçağı, Japonya'nın büyük şehri Hiroşima'ya "Küçük Çocuk"u düşürdü. Bomba paraşütle indirildi ve planlandığı gibi yerden 600 m yükseklikte patlatıldı.

Patlamanın sonuçları korkunçtu. Pilotların kendileri için bile, bir anda yok ettikleri huzurlu şehrin görüntüsü iç karartıcı bir izlenim bıraktı. Daha sonra içlerinden biri, o anda bir insanın görebileceği en kötü şeyi gördüklerini itiraf etti.

Yeryüzünde olanlar için olup bitenler gerçek cehennemi andırıyordu. Her şeyden önce Hiroşima'nın üzerinden bir sıcak hava dalgası geçti. Etkisi sadece birkaç dakika sürdü ama o kadar güçlüydü ki, granit levhalardaki fayansları ve kuvars kristallerini bile eritti, 4 km uzaklıktaki telefon direklerini kömüre çevirdi ve sonunda insan bedenlerini o kadar yaktı ki, onlardan sadece gölgeler kaldı. kaldırımların asfaltına veya evlerin duvarlarına. Sonra ateş topunun altından korkunç bir rüzgar çıktı ve saatte 800 km hızla şehrin üzerinden geçerek yoluna çıkan her şeyi yok etti. Onun şiddetli saldırısına dayanamayan evler yıkılmış gibi yıkıldı. Çapı 4 kilometre olan dev dairenin içinde tek bir sağlam yapı kalmadı. Patlamadan birkaç dakika sonra şehrin üzerine siyah radyoaktif yağmur yağdı; bu nem, atmosferin yüksek katmanlarında yoğunlaşan buhara dönüştü ve radyoaktif tozla karışmış büyük damlalar şeklinde yere düştü.

Yağmurun ardından şehre bu kez merkez üssü yönünde esen yeni bir rüzgar çarptı. İlkinden daha zayıftı ama yine de ağaçları sökebilecek kadar güçlüydü. Rüzgar, yanabilecek her şeyin yanabileceği devasa bir yangını körükledi. 76 bin binadan 55 bini tamamen yıkılıp yandı. Bu korkunç felaketin tanıkları, yanmış giysilerin deri parçalarıyla birlikte yere düştüğü insan meşalelerini ve korkunç yanıklarla kaplı çılgın insan kalabalığının sokaklarda çığlıklar atarak koştuğunu hatırladı. Havada boğucu bir yanmış insan eti kokusu vardı. Her yerde yatan, ölü ve ölmek üzere olan insanlar vardı. Kör ve sağır olan ve her yöne baktıklarından etraflarında hüküm süren kaostan hiçbir şey anlayamayan pek çok kişi vardı.

Merkez üssünden 800 m'ye kadar uzakta bulunan talihsiz insanlar, kelimenin tam anlamıyla bir anda yandı - içleri buharlaştı ve vücutları, dumanı tüten kömür yığınlarına dönüştü. Merkez üssünden 1 km uzakta bulunanlar radyasyon hastalığından son derece şiddetli etkilendi. Birkaç saat içinde şiddetli bir şekilde kusmaya başladılar, ateşleri 39-40 dereceye fırladı, nefes darlığı ve kanamalar yaşamaya başladılar. Daha sonra ciltte iyileşmeyen ülserler belirdi, kanın bileşimi çarpıcı biçimde değişti ve saçlar döküldü. Korkunç acılardan sonra, genellikle ikinci veya üçüncü günde ölüm meydana geldi.

Toplamda yaklaşık 240 bin kişi patlama ve radyasyon hastalığından öldü. Yaklaşık 160 bin kişi daha hafif bir biçimde radyasyon hastalığına yakalandı; acı dolu ölümleri birkaç ay veya yıl gecikti. Felaket haberi ülke geneline yayıldığında tüm Japonya korkudan felç oldu. Binbaşı Sweeney'nin Kapalı Kasa Arabası'nın 9 Ağustos'ta Nagasaki'ye ikinci bombayı atmasından sonra bu oran daha da arttı. Burada da yüzbinlerce insan öldürüldü ve yaralandı. Yeni silahlara direnemeyen Japon hükümeti teslim oldu - atom bombası II. Dünya Savaşı'nı sona erdirdi.

Savaş bitti. Yalnızca altı yıl sürdü ama dünyayı ve insanları neredeyse tanınmayacak kadar değiştirmeyi başardı.

1939 öncesi insan uygarlığı ile 1945 sonrası insan uygarlığı birbirinden çarpıcı biçimde farklıdır. Bunun pek çok nedeni var ama en önemlilerinden biri nükleer silahların ortaya çıkması. Hiç abartmadan Hiroşima'nın gölgesinin 20. yüzyılın ikinci yarısının tamamına yayıldığını söyleyebiliriz. Bu, hem bu felaketin çağdaşı hem de ondan onlarca yıl sonra doğan milyonlarca insan için derin bir ahlaki yanık haline geldi. Modern insan artık dünyayı 6 Ağustos 1945'ten önceki gibi düşünemiyor; bu dünyanın birkaç dakika içinde hiçbir şeye dönüşemeyeceğini çok net anlıyor.

Modern insan, savaşa büyükbabalarının ve büyük büyükbabalarının baktığı gibi bakamaz - bu savaşın son olacağından ve bu savaşın ne kazananı ne de kaybedeni olmayacağından emindir. Nükleer silahlar kamusal yaşamın her alanına damgasını vurmuştur ve modern uygarlık altmış ya da seksen yıl önceki aynı yasalara göre yaşayamaz. Hiç kimse bunu atom bombasının yaratıcılarından daha iyi anlamadı.

"Gezegenimizin insanları Robert Oppenheimer şunu yazdı: birleşmek zorundadır. Son savaşın ektiği korku ve yıkım bize bu düşünceyi dikte ediyor. Atom bombalarının patlamaları bunu tüm vahşeti ile kanıtladı. Başka zamanlarda başka insanlar da benzer sözler söylemişti - yalnızca diğer silahlar ve diğer savaşlar hakkında. Başarılı değillerdi. Ancak bugün bu sözlerin faydasız olduğunu söyleyen herkes tarihin değişimleri tarafından yanıltılıyor. Buna ikna olamayız. Çalışmalarımızın sonuçları insanlığa birleşik bir dünya yaratmaktan başka seçenek bırakmıyor. Yasallığa ve insanlığa dayalı bir dünya."