История ракетно-ядерной гонки США и СССР - Евгений Вадимович Буянов

Фриш получал опасные дозы облучения. Опасным был эксперимент с «проскакиванием» ядра из обогащённого гидрида урана через канал в сборке аналогичного вещества для более точного определения критической массы урана. При быстром «проскакивании» резко повышалась мощность ядерной реакции с заметным выделением тепла скачком радиации. Такой эксперимент назвали «дёрганием дракона за хвост», – «драконьим» экспериментом или «Драконом». Максимальный показатель выделения энергии составил 12 миллионов ватт; выброс, длившийся в течение всего лишь трех тысячных долей секунды, увеличил температуру сборки на 6°C. Это был первый опыт изучения сверхкритической массы урана в лабораторных условиях. При опытах с зарядами ядерных бомб в США произошло не менее 7 случаев со смертельным исходом для экспериментаторов.

Опасные манипуляции с частями ядерного заряда

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.

Для получения одного килограмма высокообогащенного урана (то есть урана, содержащего более 90 % U-235) требуется более 193 ЕРР (единиц разделительной работы – это работа для обогащения 1 кг природного урана до концентрации U-235 до 3 % – характеристика ЕРР измеряется в килограммах). И требуется почти 219 килограммов природного урана при условии, что в обедненном уране не останется 0,3 % U-235. Если допустимая доля U235 в обедненном уране составит 0,2 %, потребуется почти 228 ЕРР и более 176 килограмм природного урана.

Немного позже оружейные уран и плутоний стали использоваться и как «запалы» для водородных бомб, – взрыв их специальных зарядов вызывал реакцию синтеза, – т. е. слияния лёгких элементов с выделением ещё большей энергии, чем при взрыве ядерных бомб. При взрыве ядерных бомб мощность заряда была ограничена критической массой урана и плутония и КПД бомбы. А вот при взрыве термоядерных зарядов количество взрывчатки можно было сделать много большим, чем при взрыве «обычных» ядерных бомб. Соответственно увеличивалась и мощность взрыва. Конструкции зарядов были достаточно сложными, – для их создания потребовались новые идеи, новые методы сложных расчётов и новые методы экспериментальных исследований с сотнями ядерных взрывов. При создании новых зарядов с целью увеличения мощности взрыва применяли бустирование, – процесс использования термоядерного вещества в ядерной бомбе с повышением эффективности процесса деления. Т. е. использовали совместно ядерное деление и термоядерный синтез.

Планы ядерной войны против СССР и изменение баланса ядерных сил в ходе «холодной войны»

«Один меч удерживает другой в ножнах»

(кавказская поговорка)

После окончания Второй мировой войны в американских штабах стали разрабатывать первые планы войны против СССР с применением ядерного оружия и создавать для их реализации необходимые структуры вооруженных сил, – базы стратегических бомбардировщиков, военно-морские базы и специальные корабли, а позже – и ракетные базы и подводные лодки-ракетоносцы. Во всех