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HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA, TECNOLOGÍA, OBJETOS ALREDEDOR DE NOSOTROS
Bomba atómica. Historia de la invención y la producción.
Directorio / La historia de la tecnología, la tecnología, los objetos que nos rodean. Armas nucleares (o armas atómicas): un conjunto de armas nucleares, sus medios de entrega al objetivo y controles. Se refiere a las armas de destrucción masiva junto con las armas biológicas y químicas. La munición nuclear es un arma explosiva basada en el uso de la energía nuclear liberada como resultado de una reacción nuclear en cadena similar a una avalancha de fisión de núcleos pesados y/o una reacción de fusión termonuclear de núcleos ligeros. El mundo del átomo es tan fantástico que su comprensión requiere una ruptura radical con los conceptos habituales de espacio y tiempo. Los átomos son tan pequeños que si una gota de agua pudiera agrandarse hasta el tamaño de la Tierra, cada átomo en esa gota sería más pequeño que una naranja. De hecho, una gota de agua está formada por 6000 billones de billones (6000000000000000000000) de átomos de hidrógeno y oxígeno. Y, sin embargo, a pesar de su tamaño microscópico, el átomo tiene una estructura hasta cierto punto similar a la estructura de nuestro sistema solar. En su centro incomprensiblemente pequeño, con un radio de menos de una trillonésima de centímetro, hay un "sol" relativamente grande: el núcleo de un átomo. Alrededor de este "sol" atómico giran pequeños "planetas" - electrones. El núcleo consta de dos bloques de construcción principales del Universo: protones y neutrones (tienen un nombre unificador: nucleones). Un electrón y un protón son partículas cargadas, y la cantidad de carga en cada una de ellas es exactamente la misma, pero las cargas difieren en signo: el protón siempre tiene carga positiva y el electrón siempre es negativo. El neutrón no lleva carga eléctrica y por lo tanto tiene una permeabilidad muy alta. En la escala de medida atómica, la masa del protón y del neutrón se toma como unidad. Por lo tanto, el peso atómico de cualquier elemento químico depende del número de protones y neutrones que contiene su núcleo. Por ejemplo, un átomo de hidrógeno, cuyo núcleo consta de un solo protón, tiene una masa atómica de 1. Un átomo de helio, con un núcleo de dos protones y dos neutrones, tiene una masa atómica de 4. Los núcleos de los átomos de un mismo elemento siempre contienen el mismo número de protones, pero el número de neutrones puede ser diferente. Los átomos que tienen núcleos con el mismo número de protones, pero difieren en el número de neutrones y se relacionan con variedades del mismo elemento, se denominan isótopos. Para distinguirlos entre sí, se asigna al símbolo del elemento un número igual a la suma de todas las partículas en el núcleo de un isótopo dado. Puede surgir la pregunta: ¿por qué el núcleo de un átomo no se deshace? Después de todo, los protones incluidos en él son partículas cargadas eléctricamente con la misma carga, que deben repelerse entre sí con gran fuerza. Esto se explica por el hecho de que dentro del núcleo también existen las llamadas fuerzas intranucleares que atraen las partículas del núcleo entre sí. Estas fuerzas compensan las fuerzas de repulsión de los protones y no permiten que el núcleo se separe espontáneamente. Las fuerzas intranucleares son muy fuertes, pero actúan solo a muy corta distancia. Por lo tanto, los núcleos de elementos pesados, compuestos por cientos de nucleones, resultan ser inestables. Las partículas del núcleo están en constante movimiento aquí (dentro del volumen del núcleo), y si les agregas una cantidad adicional de energía, pueden vencer las fuerzas internas: el núcleo se dividirá en partes. La cantidad de este exceso de energía se denomina energía de excitación. Entre los isótopos de los elementos pesados, hay aquellos que parecen estar al borde de la autodecadencia. Solo un pequeño “empujón” es suficiente, por ejemplo, un simple golpe de un neutrón en el núcleo (y ni siquiera tiene que ser acelerado a gran velocidad) para que comience la reacción de fisión nuclear. Algunos de estos isótopos "fisionables" se fabricaron más tarde de forma artificial. En la naturaleza, solo existe uno de esos isótopos: es el uranio-235.
Urano fue descubierto en 1783 por Klaproth, quien lo aisló de la brea de uranio y le puso el nombre del planeta Urano recientemente descubierto. Más tarde resultó que, de hecho, no era uranio en sí, sino su óxido. El uranio puro, un metal blanco plateado, fue obtenido solo en 1842 por Peligo. El nuevo elemento no tenía propiedades destacables y no llamó la atención hasta 1896, cuando Becquerel descubrió el fenómeno de la radiactividad de las sales de uranio. Después de eso, el uranio se convirtió en objeto de investigación y experimentos científicos, pero aún no tenía aplicación práctica. Cuando, en el primer tercio del siglo XX, la estructura del núcleo atómico quedó más o menos clara para los físicos, en primer lugar intentaron cumplir el viejo sueño de los alquimistas: intentaron convertir un elemento químico en otro. En 1934, los investigadores franceses, los esposos Frederic e Irene Joliot-Curie, informaron a la Academia de Ciencias de Francia sobre el siguiente experimento: cuando se bombardearon placas de aluminio con partículas alfa (núcleos de átomos de helio), los átomos de aluminio se convirtieron en átomos de fósforo, pero no ordinario, sino radiactivo, que a su vez se convirtió en un isótopo estable de silicio. Por lo tanto, un átomo de aluminio, después de haber agregado un protón y dos neutrones, se convirtió en un átomo de silicio más pesado. Esta experiencia llevó a la idea de que si se "disparan" neutrones a los núcleos del elemento más pesado que existe en la naturaleza, el uranio, entonces se puede obtener un elemento que no existe en condiciones naturales. En 1938, los químicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann repitieron en términos generales la experiencia de los esposos Joliot-Curie, tomando uranio en lugar de aluminio. Los resultados del experimento no fueron en absoluto los esperados: en lugar de un nuevo elemento superpesado con un número de masa superior al del uranio, Hahn y Strassmann recibieron elementos ligeros de la parte media del sistema periódico: bario, criptón, bromo y algunos otros. Los propios experimentadores no pudieron explicar el fenómeno observado. No fue hasta el año siguiente que la física Lisa Meitner, a quien Hahn le informó de sus dificultades, encontró una explicación correcta para el fenómeno observado, sugiriendo que cuando el uranio era bombardeado con neutrones, su núcleo se partía (fisionaba). En este caso, se deberían haber formado núcleos de elementos más ligeros (de donde se extrajo el bario, el criptón y otras sustancias), así como se deberían haber liberado 2-3 neutrones libres. Investigaciones posteriores permitieron aclarar en detalle la imagen de lo que está sucediendo. El uranio natural consiste en una mezcla de tres isótopos con masas 238, 234 y 235. La mayor parte del uranio cae sobre el isótopo-238, cuyo núcleo incluye 92 protones y 146 neutrones. El uranio-235 es solo 1/140 del uranio natural (0%) (tiene 7 protones y 92 neutrones en su núcleo), y el uranio-143 (234 protones, 92 neutrones) es solo 142/1 de la masa total de uranio (17500%). El menos estable de estos isótopos es el uranio-0. De vez en cuando, los núcleos de sus átomos se dividen espontáneamente en partes, como resultado de lo cual se forman elementos más livianos del sistema periódico. El proceso va acompañado de la liberación de dos o tres neutrones libres, que se precipitan a una velocidad tremenda, unos 006 mil km/s (se les llama neutrones rápidos). Estos neutrones pueden golpear otros núcleos de uranio, provocando reacciones nucleares. Cada isótopo se comporta de manera diferente en este caso. Los núcleos de uranio-238 en la mayoría de los casos simplemente capturan estos neutrones sin más transformaciones. Pero en aproximadamente un caso de cada cinco, cuando un neutrón rápido choca con el núcleo del isótopo-238, se produce una curiosa reacción nuclear: uno de los neutrones del uranio-238 emite un electrón, convirtiéndose en un protón, es decir, el El isótopo de uranio se convierte en un elemento más pesado: neptunio-239 (93 protones + 146 neutrones). Pero el neptunio es inestable: después de unos minutos, uno de sus neutrones emite un electrón, convirtiéndose en un protón, después de lo cual el isótopo de neptunio se convierte en el siguiente elemento del sistema periódico: el plutonio-239 (94 protones + 145 neutrones). Si un neutrón ingresa al núcleo del uranio-235 inestable, entonces se produce la fisión de inmediato: los átomos se desintegran con la emisión de dos o tres neutrones. Está claro que en el uranio natural, la mayoría de cuyos átomos pertenecen al isótopo 238, esta reacción no tiene consecuencias visibles: todos los neutrones libres finalmente serán absorbidos por este isótopo. Pero, ¿qué pasa si imaginamos una pieza bastante masiva de uranio, que consiste completamente en el isótopo 235? Aquí el proceso será diferente: los neutrones liberados durante la fisión de varios núcleos, a su vez, al caer en los núcleos vecinos, provocan su fisión. Como resultado, se libera una nueva porción de neutrones, que divide los siguientes núcleos. En condiciones favorables, esta reacción procede como una avalancha y se denomina reacción en cadena. Unas pocas partículas de bombardeo pueden ser suficientes para iniciarlo. De hecho, que solo 235 neutrones bombardeen uranio-100. Partirán 100 núcleos de uranio. En este caso, se liberarán 250 nuevos neutrones de segunda generación (una media de 2 por fisión). Los neutrones de la segunda generación ya producirán 5 fisiones, en las que se liberarán 250 neutrones. En la próxima generación será 625, luego 1562, luego 3906, y así sucesivamente. El número de divisiones aumentará sin límite si no se detiene el proceso. Sin embargo, en realidad, solo una parte insignificante de los neutrones ingresa al núcleo de los átomos. El resto, corriendo rápidamente entre ellos, es llevado al espacio circundante. Una reacción en cadena autosostenida solo puede ocurrir en una matriz suficientemente grande de uranio-235, que se dice que tiene una masa crítica. (Esta masa en condiciones normales es de 50 kg.) Es importante señalar que la fisión de cada núcleo va acompañada de la liberación de una enorme cantidad de energía, que resulta ser unas 300 millones de veces más que la energía gastada en la fisión. ! (Se ha calculado que la fisión total de 1 kg de uranio-235 libera tanto calor como la combustión de 3 toneladas de carbón.) Esta colosal oleada de energía, liberada en cuestión de momentos, se manifiesta como una explosión de energía monstruosa. fuerza y subyace en el funcionamiento de las armas nucleares. Pero para que esta arma se convierta en realidad, es necesario que la carga no consista en uranio natural, sino en un isótopo raro: 235 (tal uranio se llama enriquecido). Más tarde se descubrió que el plutonio puro también es un material fisionable y puede usarse en una carga atómica en lugar del uranio-235. Todos estos importantes descubrimientos se realizaron en vísperas de la Segunda Guerra Mundial. Pronto comenzó el trabajo secreto en Alemania y otros países sobre la creación de una bomba atómica. En los Estados Unidos, este problema se retomó en 1941. Todo el complejo de obras recibió el nombre de "Proyecto Manhattan". El liderazgo administrativo del proyecto estuvo a cargo del General Groves, y la dirección científica estuvo a cargo del Profesor Robert Oppenheimer de la Universidad de California. Ambos eran muy conscientes de la enorme complejidad de la tarea que tenían por delante. Por lo tanto, la primera preocupación de Oppenheimer fue la adquisición de un equipo científico muy inteligente. En los Estados Unidos en ese momento había muchos físicos que habían emigrado de la Alemania fascista. No fue fácil involucrarlos en la creación de armas dirigidas contra su antigua patria. Oppenheimer habló personalmente con todos, usando toda la fuerza de su encanto. Pronto logró reunir a un pequeño grupo de teóricos, a quienes llamó en broma "luminarias". Y de hecho, incluía a los mayores expertos de la época en el campo de la física y la química. (Entre ellos hay 13 premios Nobel, entre ellos Bohr, Fermi, Frank, Chadwick, Lawrence.) Además de ellos, había muchos otros especialistas de varios perfiles. El gobierno de Estados Unidos no escatimó en gastos, y desde el principio la obra asumió un alcance grandioso. En 1942, se fundó en Los Álamos el laboratorio de investigación más grande del mundo. La población de esta ciudad científica pronto alcanzó las 9 mil personas. En cuanto a la composición de los científicos, el alcance de los experimentos científicos, la cantidad de especialistas y trabajadores involucrados en el trabajo, el Laboratorio de Los Álamos no tenía igual en la historia mundial. El "Proyecto Manhattan" tenía su propia policía, contrainteligencia, sistema de comunicaciones, almacenes, asentamientos, fábricas, laboratorios y su propio presupuesto colosal. El objetivo principal del proyecto era obtener suficiente material fisible para crear varias bombas atómicas. Además del uranio-235, como ya se mencionó, el elemento artificial plutonio-239 podría servir como carga para la bomba, es decir, la bomba podría ser tanto de uranio como de plutonio. Groves y Oppenheimer coincidieron en que se debe trabajar simultáneamente en dos direcciones, ya que es imposible decidir de antemano cuál de ellas será más prometedora. Ambos métodos eran fundamentalmente diferentes entre sí: la acumulación de uranio-235 debía llevarse a cabo separándolo del grueso del uranio natural, y el plutonio solo podía obtenerse como resultado de una reacción nuclear controlada irradiando uranio-238 con neutrones. Ambos caminos parecían inusualmente difíciles y no prometían soluciones fáciles. De hecho, ¿cómo pueden separarse dos isótopos que difieren sólo ligeramente en su peso y se comportan químicamente exactamente de la misma manera? Ni la ciencia ni la tecnología se han enfrentado nunca a tal problema. La producción de plutonio también parecía muy problemática al principio. Antes de esto, toda la experiencia de las transformaciones nucleares se reducía a varios experimentos de laboratorio. Ahora era necesario dominar la producción de kilogramos de plutonio a escala industrial, desarrollar y crear una instalación especial para esto: un reactor nuclear y aprender a controlar el curso de una reacción nuclear. Y aquí y allá había que resolver todo un complejo de problemas complejos. Por lo tanto, el "Proyecto Manhattan" constaba de varios subproyectos, encabezados por destacados científicos. El propio Oppenheimer era el director del Laboratorio de Ciencias de Los Álamos. Lawrence estaba a cargo del Laboratorio de Radiación de la Universidad de California. Fermi dirigió una investigación en la Universidad de Chicago sobre la creación de un reactor nuclear. Inicialmente, el problema más importante fue la obtención de uranio. Antes de la guerra, este metal en realidad no tenía ningún uso. Ahora que se necesitaba inmediatamente en grandes cantidades, resultó que no había forma industrial de producirlo. La empresa Westinghouse emprendió su desarrollo y rápidamente logró el éxito. Después de la purificación de la resina de uranio (en esta forma, el uranio se presenta en la naturaleza) y la obtención de óxido de uranio, se convirtió en tetrafluoruro (UF4), a partir del cual se aisló el uranio metálico por electrólisis. Si a finales de 1941 los científicos americanos disponían sólo de unos pocos gramos de uranio metálico, en noviembre de 1942 su producción industrial en las plantas de Westinghouse alcanzaba las 6000 libras mensuales. Al mismo tiempo, se estaba trabajando en la creación de un reactor nuclear. El proceso de producción de plutonio en realidad se redujo a la irradiación de barras de uranio con neutrones, como resultado de lo cual parte del uranio-238 tuvo que convertirse en plutonio. Las fuentes de neutrones en este caso podrían ser átomos fisionables de uranio-235 dispersos en cantidades suficientes entre los átomos de uranio-238. Pero para mantener una reproducción constante de neutrones, tuvo que comenzar una reacción en cadena de fisión de átomos de uranio-235. Mientras tanto, como ya se mencionó, por cada átomo de uranio-235 había 140 átomos de uranio-238. Está claro que era mucho más probable que los neutrones que volaban en todas direcciones se encontraran exactamente con ellos en su camino. Es decir, una gran cantidad de neutrones liberados resultaron ser absorbidos por el isótopo principal en vano. Obviamente, en tales condiciones, la reacción en cadena no podría continuar. ¿Cómo ser? Al principio parecía que sin la separación de dos isótopos, la operación del reactor era generalmente imposible, pero pronto se estableció una circunstancia importante: resultó que el uranio-235 y el uranio-238 eran susceptibles a neutrones de diferentes energías. Es posible dividir el núcleo de un átomo de uranio-235 con un neutrón de energía relativamente baja, con una velocidad de unos 22 m/s. Tales neutrones lentos no son capturados por núcleos de uranio-238; para esto, deben tener una velocidad del orden de cientos de miles de metros por segundo. En otras palabras, el uranio-238 es impotente para evitar el inicio y el progreso de una reacción en cadena en el uranio-235 causada por neutrones reducidos a velocidades extremadamente bajas, no más de 22 m/s. Este fenómeno fue descubierto por el físico italiano Fermi, que vivía en los Estados Unidos desde 1938 y supervisó los trabajos de creación del primer reactor aquí. Fermi decidió usar grafito como moderador de neutrones. Según sus cálculos, los neutrones emitidos por el uranio-235, al atravesar una capa de grafito de 40 cm, deberían haber reducido su velocidad a 22 m/sy comenzado una reacción en cadena autosostenida en el uranio-235. El llamado agua "pesada" podría servir como otro moderador. Dado que los átomos de hidrógeno que lo componen son muy parecidos en tamaño y masa a los neutrones, es mejor que los retrasen. (Con los neutrones rápidos pasa casi lo mismo que con las pelotas: si una pelota pequeña choca contra una grande, esta rueda hacia atrás, casi sin perder velocidad, pero cuando choca con una pelota pequeña, le transfiere una parte importante de su energía - al igual que un neutrón en una colisión elástica rebota en un núcleo pesado que se desacelera sólo ligeramente, y al chocar con los núcleos de los átomos de hidrógeno pierde toda su energía muy rápidamente). para absorber neutrones. Es por eso que el deuterio, que forma parte del agua "pesada", debe usarse para este propósito. A principios de 1942, bajo el liderazgo de Fermi, comenzó la construcción del primer reactor nuclear en la cancha de tenis debajo de las gradas oeste del estadio de Chicago. Todo el trabajo fue realizado por los propios científicos. La reacción se puede controlar de la única manera: ajustando la cantidad de neutrones involucrados en la reacción en cadena. Fermi imaginó hacer esto con varillas hechas de materiales como el boro y el cadmio, que absorben fuertemente los neutrones. Los ladrillos de grafito sirvieron como moderador, a partir de los cuales los físicos erigieron columnas de 3 m de alto y 1 m de ancho, entre las cuales se instalaron bloques rectangulares con óxido de uranio. Unas 2 toneladas de óxido de uranio y 46 toneladas de grafito entraron en toda la estructura. Para ralentizar la reacción, servían barras de cadmio y boro introducidas en el reactor. Si esto no fuera suficiente, entonces, como seguro, en una plataforma ubicada sobre el reactor, había dos científicos con baldes llenos de una solución de sales de cadmio; se suponía que debían verterlos sobre el reactor si la reacción se salía de control. Afortunadamente, esto no fue necesario. El 2 de diciembre de 1942, Fermi ordenó extender todas las barras de control y comenzó el experimento. Cuatro minutos más tarde, los contadores de neutrones empezaron a hacer clic cada vez más fuerte. Con cada minuto, la intensidad del flujo de neutrones se hizo mayor. Esto indicaba que se estaba produciendo una reacción en cadena en el reactor. Se prolongó durante 28 minutos. Entonces Fermi hizo una señal y las varillas bajadas detuvieron el proceso. Así, por primera vez, el hombre liberó la energía del núcleo atómico y probó que podía controlarlo a voluntad. Ahora ya no había ninguna duda de que las armas nucleares eran una realidad. En 1943, el reactor de Fermi fue desmantelado y transportado al Laboratorio Nacional Aragonés (a 50 km de Chicago). Pronto se construyó aquí otro reactor nuclear, en el que se utilizó agua pesada como moderador. Consistía en un tanque cilíndrico de aluminio que contenía 6 toneladas de agua pesada, en el que se cargaban verticalmente 5 barras de uranio metálico, encerradas en una coraza de aluminio. Las siete barras de control estaban hechas de cadmio. Alrededor del tanque había un reflector de grafito, luego una pantalla hecha de aleaciones de plomo y cadmio. Toda la estructura estaba encerrada en una capa de hormigón con un espesor de pared de unos 120 m. Los experimentos en estos reactores experimentales confirmaron la posibilidad de producción industrial de plutonio. El centro principal del "Proyecto Manhattan" pronto se convirtió en la ciudad de Oak Ridge en el valle del río Tennessee, cuya población en pocos meses creció a 79 mil personas. Aquí, en poco tiempo, se construyó la primera planta para la producción de uranio enriquecido. Inmediatamente en 1943 se puso en marcha un reactor industrial que producía plutonio. En febrero de 1944 se extraían diariamente de él unos 300 kg de uranio, de cuya superficie se obtenía plutonio por separación química. (Para hacer esto, el plutonio primero se disolvió y luego se precipitó). El uranio purificado luego se devolvió al reactor nuevamente. En el mismo año, en el desierto árido y desolado en la orilla sur del río Columbia, comenzó la construcción de la enorme planta de Hanford. Aquí se ubicaron tres potentes reactores nucleares que producían varios cientos de gramos de plutonio al día. Paralelamente, la investigación estaba en pleno desarrollo para desarrollar un proceso industrial para el enriquecimiento de uranio. Después de considerar varias opciones, Groves y Oppenheimer decidieron centrarse en dos métodos: difusión de gas y electromagnético. El método de difusión de gases se basaba en un principio conocido como ley de Graham (fue formulado por primera vez en 1829 por el químico escocés Thomas Graham y desarrollado en 1896 por el físico inglés Reilly). De acuerdo con esta ley, si dos gases, uno de los cuales es más liviano que el otro, pasan a través de un filtro con agujeros insignificantes, entonces pasará un poco más de gas liviano que de gas pesado. En noviembre de 1942, Urey y Dunning de la Universidad de Columbia crearon un método de difusión gaseosa para separar isótopos de uranio basado en el método de Reilly. Dado que el uranio natural es un sólido, primero se convirtió en fluoruro de uranio (UF6). Luego, este gas se hizo pasar a través de orificios microscópicos, del orden de milésimas de milímetro, en el tabique del filtro. Dado que la diferencia en los pesos molares de los gases era muy pequeña, detrás del deflector el contenido de uranio-235 aumentó solo por un factor de 1,0002. Para aumentar aún más la cantidad de uranio-235, la mezcla resultante se pasa nuevamente a través de una partición y la cantidad de uranio se aumenta nuevamente en 1 veces. Así, para aumentar el contenido de uranio-0002 al 235%, fue necesario pasar el gas por 99 filtros. Esto tuvo lugar en una enorme planta de difusión gaseosa en Oak Ridge. En 1940, bajo la dirección de Ernst Lawrence en la Universidad de California, se inició la investigación sobre la separación de isótopos de uranio por el método electromagnético. Era necesario encontrar tales procesos físicos que permitieran separar los isótopos utilizando la diferencia en sus masas. Lawrence hizo un intento de separar isótopos utilizando el principio de un espectrógrafo de masas, un instrumento que determina las masas de los átomos. El principio de su funcionamiento era el siguiente: los átomos preionizados eran acelerados por un campo eléctrico, y luego pasaban por un campo magnético en el que describían círculos situados en un plano perpendicular a la dirección del campo. Dado que los radios de estas trayectorias eran proporcionales a la masa, los iones ligeros terminaron en círculos de un radio más pequeño que los pesados. Si se colocaran trampas en el camino de los átomos, entonces sería posible recolectar por separado diferentes isótopos.
Ese fue el método. En condiciones de laboratorio, dio buenos resultados. Pero la construcción de una planta en la que pudiera llevarse a cabo la separación de isótopos a escala industrial resultó ser extremadamente difícil. Sin embargo, Lawrence finalmente logró superar todas las dificultades. El resultado de sus esfuerzos fue la aparición del calutrón, que se instaló en una planta gigante en Oak Ridge.
Esta planta electromagnética fue construida en 1943 y resultó ser quizás la creación más costosa del Proyecto Manhattan. El método de Lawrence requería una gran cantidad de dispositivos complejos, aún no desarrollados, que involucraban alto voltaje, alto vacío y fuertes campos magnéticos. Los costos fueron enormes. Calutron tenía un electroimán gigante, cuya longitud alcanzaba los 75 m y pesaba unas 4000 toneladas. Varios miles de toneladas de alambre de plata entraron en los devanados de este electroimán. Toda la obra (excluyendo el costo de $ 300 millones en plata, que el Tesoro del Estado proporcionó solo temporalmente) costó $ 400 millones. Sólo por la electricidad gastada por el calutrón, el Ministerio de Defensa pagó 10 millones. Gran parte del equipo en la fábrica de Oak Ridge era superior en escala y precisión a cualquier cosa que se haya desarrollado en el campo. Pero todos estos gastos no fueron en vano. Habiendo gastado un total de alrededor de 2 mil millones de dólares, los científicos estadounidenses en 1944 crearon una tecnología única para el enriquecimiento de uranio y la producción de plutonio. Mientras tanto, en el Laboratorio de Los Álamos, estaban trabajando en el diseño de la propia bomba. El principio de su funcionamiento estuvo claro en términos generales durante mucho tiempo: la sustancia fisionable (plutonio o uranio-235) debería haber sido transferida a un estado crítico en el momento de la explosión (para que se produzca una reacción en cadena, la masa de la carga debe ser incluso notablemente mayor que la crítica) e irradiada con un haz de neutrones, lo que supuso el inicio de una reacción en cadena. Según los cálculos, la masa crítica de la carga superó los 50 kilogramos, pero podría reducirse significativamente. En general, la magnitud de la masa crítica está fuertemente influenciada por varios factores. Cuanto mayor es el área superficial de la carga, más neutrones se emiten inútilmente al espacio circundante. Una esfera tiene el área superficial más pequeña. En consecuencia, las cargas esféricas, en igualdad de condiciones, tienen la masa crítica más pequeña. Además, el valor de la masa crítica depende de la pureza y el tipo de materiales fisionables. Es inversamente proporcional al cuadrado de la densidad de este material, lo que permite, por ejemplo, duplicar la densidad, reducir la masa crítica por un factor de cuatro. El grado de subcriticidad requerido se puede obtener, por ejemplo, compactando el material fisionable debido a la explosión de una carga explosiva convencional realizada en forma de capa esférica que rodea la carga nuclear. La masa crítica también se puede reducir rodeando la carga con una pantalla que refleje bien los neutrones. El plomo, el berilio, el tungsteno, el uranio natural, el hierro y muchos otros se pueden utilizar como pantalla.
Uno de los posibles diseños de la bomba atómica consiste en dos piezas de uranio, que al combinarse forman una masa mayor a la crítica. Para provocar la explosión de una bomba, debes reunirlos lo más rápido posible. El segundo método se basa en el uso de una explosión convergente hacia adentro. En este caso, el flujo de gases de un explosivo convencional se dirigía hacia el material fisionable que se encontraba en su interior y lo comprimía hasta alcanzar una masa crítica. La conexión de la carga y su intensa irradiación con neutrones, como ya se mencionó, provoca una reacción en cadena, como resultado de lo cual, en el primer segundo, la temperatura sube a 1 millón de grados. Durante este tiempo, solo alrededor del 5% de la masa crítica logró separarse. El resto de la carga de las bombas del diseño inicial se evaporó en vano. La primera bomba atómica de la historia (llamada Trinity) se ensambló en el verano de 1945. Y el 16 de junio de 1945 se llevó a cabo la primera explosión atómica en la Tierra en el sitio de pruebas nucleares en el desierto de Alamogordo (Nuevo México). La bomba se colocó en el centro del sitio de prueba en la parte superior de una torre de acero de 30 metros. El equipo de grabación se colocó alrededor de él a una gran distancia. A los 9 km había un puesto de observación ya los 16 km, un puesto de mando. La explosión atómica causó una tremenda impresión en todos los testigos de este evento.
Según la descripción de los testigos presenciales, se tenía la sensación de que muchos soles se fusionaron en uno e iluminaron el polígono a la vez. Luego, una enorme bola de fuego apareció sobre la llanura, y una nube redonda de polvo y luz comenzó a elevarse lenta y siniestramente hacia ella. Después de despegar del suelo, esta bola de fuego voló a una altura de más de tres kilómetros en unos pocos segundos. Con cada momento creció en tamaño, pronto su diámetro alcanzó los 1 km y se elevó lentamente a la estratosfera. La bola de fuego luego dio paso a una columna de humo arremolinado, que se extendió a una altura de 5 km, tomando la forma de un hongo gigante. Todo esto fue acompañado por un estruendo terrible, del cual la tierra tembló. El poder de la bomba que explotó superó todas las expectativas. Tan pronto como la situación de radiación lo permitió, varios tanques Sherman, revestidos con placas de plomo desde el interior, se precipitaron hacia el área de explosión. En uno de ellos estaba Fermi, que estaba ansioso por ver los resultados de su trabajo. La tierra quemada muerta apareció ante sus ojos, en la que toda la vida fue destruida en un radio de 1 km. La arena se sinterizó en una costra verdosa y vítrea que cubría el suelo. En un enorme cráter yacían los restos mutilados de una torre de soporte de acero. La fuerza de la explosión se estimó en 5 toneladas de TNT. El siguiente paso iba a ser el uso de combate de la bomba contra Japón, que, tras la rendición de la Alemania fascista, continuó solo la guerra con Estados Unidos y sus aliados. Entonces no había vehículos de lanzamiento, por lo que el bombardeo tuvo que realizarse desde un avión. Los componentes de las dos bombas fueron transportados con sumo cuidado por el USS Indianapolis a Tinian Island, donde tenía su base el Grupo Compuesto 509 de la Fuerza Aérea de EE. UU. Por tipo de carga y diseño, estas bombas eran algo diferentes entre sí. La primera bomba, "Kid", era una bomba aérea de gran tamaño con una carga atómica de uranio-235 altamente enriquecido. Su longitud era de aproximadamente 3 m, diámetro - 62 cm, peso - 4 toneladas La segunda bomba, "Fat Man", con una carga de plutonio-1 tenía forma de huevo con un estabilizador de gran tamaño. Su longitud era de 239 m, diámetro de 3 m, peso - 2 toneladas. El 6 de agosto, el bombardero Enola Gay B-29 del Coronel Tibbets lanzó el "Kid" sobre la gran ciudad japonesa de Hiroshima. La bomba fue lanzada en paracaídas y explotó, como estaba previsto, a una altura de 600 m del suelo. Las consecuencias de la explosión fueron terribles. Incluso en los propios pilotos, la vista de la ciudad pacífica destruida por ellos en un instante causó una impresión deprimente. Posteriormente, uno de ellos admitió que vio en ese momento lo peor que una persona puede ver. Para los que estaban en la tierra, lo que estaba pasando parecía un verdadero infierno. En primer lugar, una ola de calor pasó sobre Hiroshima. Su acción duró solo unos instantes, pero fue tan poderosa que derritió hasta tejas y cristales de cuarzo en losas de granito, convirtió en carbón postes telefónicos a una distancia de 4 km y, finalmente, incineró cuerpos humanos de tal manera que solo quedaron sombras. en el pavimento asfáltico o en las paredes de las casas. Luego, una monstruosa ráfaga de viento escapó de debajo de la bola de fuego y se precipitó sobre la ciudad a una velocidad de 800 km/h, arrasando con todo a su paso. Las casas que no pudieron resistir su furioso embate se derrumbaron como si hubieran sido derribadas. En un círculo gigante con un diámetro de 4 km, ni un solo edificio permaneció intacto. Unos minutos después de la explosión, una lluvia radiactiva negra pasó sobre la ciudad, esta humedad se convirtió en vapor condensado en las capas altas de la atmósfera y cayó al suelo en forma de grandes gotas mezcladas con polvo radiactivo. Tras la lluvia, una nueva ráfaga de viento azotó la ciudad, esta vez soplando en dirección al epicentro. Era más débil que el primero, pero aún lo suficientemente fuerte como para arrancar árboles. El viento avivó un fuego gigantesco en el que ardía todo lo que podía arder. De los 76 edificios, 55 fueron completamente destruidos y quemados. Testigos de esta terrible catástrofe recordaron personas-antorchas de las que caían al suelo ropas quemadas junto con jirones de piel, y multitudes de personas angustiadas, cubiertas de terribles quemaduras, que corrían gritando por las calles. Había un hedor sofocante a carne humana quemada en el aire. La gente yacía por todas partes, muerta y agonizante. Había muchos ciegos y sordos que, hurgando en todas direcciones, no podían distinguir nada en el caos que reinaba alrededor. Los desafortunados, que se encontraban desde el epicentro a una distancia de hasta 800 m, se quemaron en una fracción de segundo en el sentido literal de la palabra: sus entrañas se evaporaron y sus cuerpos se convirtieron en trozos de carbón humeante. Ubicados a una distancia de 1 km del epicentro, fueron golpeados por la enfermedad por radiación en una forma extremadamente severa. En unas pocas horas, comenzaron a vomitar severamente, la temperatura subió a 39-40 grados, apareció dificultad para respirar y sangrado. Luego, aparecieron úlceras que no cicatrizaban en la piel, la composición de la sangre cambió drásticamente y el cabello se cayó. Después de un terrible sufrimiento, generalmente al segundo o tercer día, se producía la muerte. En total, alrededor de 240 mil personas murieron a causa de la explosión y la enfermedad por radiación. Alrededor de 160 mil recibieron la enfermedad por radiación en una forma más leve: su dolorosa muerte se retrasó durante varios meses o años. Cuando la noticia de la catástrofe se extendió por todo el país, todo Japón quedó paralizado por el miedo. Aumentó aún más después de que el avión Box Car del comandante Sweeney arrojara una segunda bomba sobre Nagasaki el 9 de agosto. Varios cientos de miles de habitantes también fueron asesinados y heridos aquí. Incapaz de resistir las nuevas armas, el gobierno japonés capituló: la bomba atómica puso fin a la Segunda Guerra Mundial. Guerra ha terminado. Duró solo seis años, pero logró cambiar el mundo y las personas casi más allá del reconocimiento. La civilización humana antes de 1939 y la civilización humana después de 1945 son sorprendentemente diferentes entre sí. Hay muchas razones para esto, pero una de las más importantes es la aparición de las armas nucleares. Se puede decir sin exagerar que la sombra de Hiroshima cubre toda la segunda mitad del siglo XX. Se convirtió en una profunda quemadura moral para muchos millones de personas, tanto para los contemporáneos de esta catástrofe como para los nacidos décadas después. El hombre moderno ya no puede pensar en el mundo como se pensaba antes del 6 de agosto de 1945: comprende demasiado claramente que este mundo puede convertirse en nada en unos momentos. Una persona moderna no puede mirar la guerra, como vieron sus abuelos y bisabuelos: sabe con certeza que esta guerra será la última y que no habrá ganadores ni perdedores. Las armas nucleares han dejado su huella en todas las esferas de la vida pública, y la civilización moderna no puede vivir con las mismas leyes que hace sesenta u ochenta años. Nadie entendió esto mejor que los mismos creadores de la bomba atómica. "La gente de nuestro planeta", escribió Robert Oppenheimer, "debe unirse. El horror y la destrucción sembrados por la última guerra nos dictan esta idea. Las explosiones de las bombas atómicas lo probaron con toda crueldad. Otras personas en otras épocas han dicho algo similar palabras - sólo de otras armas y de otras guerras. No han tenido éxito. Pero quien hoy diga que estas palabras son inútiles se engaña con las vicisitudes de la historia. No podemos estar convencidos de esto. Los resultados de nuestro trabajo no dejan a la humanidad otra opción que para crear un mundo unido. Un mundo basado en el derecho y el humanismo". Autor: Ryzhov K.V.
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