|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
SEJARAH TEKNOLOGI, TEKNOLOGI, OBJEK DI SEKITAR KITA
Bom atom. Sejarah ciptaan dan pengeluaran
Buku Panduan / Sejarah teknologi, teknologi, objek di sekeliling kita Senjata nuklear (atau senjata atom) - satu set senjata nuklear, cara penghantarannya ke sasaran dan kawalan. Merujuk kepada senjata pemusnah besar-besaran bersama-sama dengan senjata biologi dan kimia. Peluru nuklear ialah senjata letupan berdasarkan penggunaan tenaga nuklear yang dilepaskan akibat tindak balas rantai nuklear seperti longsoran pembelahan nukleus berat dan/atau tindak balas gabungan termonuklear nukleus ringan. Dunia atom sangat hebat sehingga pemahamannya memerlukan pemecahan radikal dalam konsep biasa ruang dan masa. Atom sangat kecil sehingga jika setitik air boleh diperbesarkan kepada saiz Bumi, setiap atom dalam titisan itu akan lebih kecil daripada oren. Malah, satu titisan air terdiri daripada 6000 bilion bilion (6000000000000000000000) atom hidrogen dan oksigen. Namun, walaupun saiz mikroskopiknya, atom mempunyai struktur sedikit sebanyak serupa dengan struktur sistem suria kita. Di pusatnya yang kecil yang tidak dapat difahami, dengan jejari kurang daripada satu trilion sentimeter, terdapat "matahari" yang agak besar - nukleus atom. Di sekeliling "matahari" atom ini "planet" kecil - elektron - berputar. Nukleus terdiri daripada dua blok bangunan utama Alam Semesta - proton dan neutron (mereka mempunyai nama penyatuan - nukleon). Elektron dan proton adalah zarah bercas, dan jumlah cas dalam setiap satunya adalah sama, tetapi cas berbeza dalam tanda: proton sentiasa bercas positif, dan elektron sentiasa negatif. Neutron tidak membawa cas elektrik dan oleh itu mempunyai kebolehtelapan yang sangat tinggi. Dalam skala pengukuran atom, jisim proton dan neutron diambil sebagai kesatuan. Oleh itu, berat atom mana-mana unsur kimia bergantung kepada bilangan proton dan neutron yang terkandung dalam nukleusnya. Contohnya, atom hidrogen, yang nukleusnya hanya terdiri daripada satu proton, mempunyai jisim atom 1. Atom helium, dengan nukleus dua proton dan dua neutron, mempunyai jisim atom 4. Nukleus atom unsur yang sama sentiasa mengandungi bilangan proton yang sama, tetapi bilangan neutron mungkin berbeza. Atom yang mempunyai nukleus dengan bilangan proton yang sama, tetapi berbeza dalam bilangan neutron dan berkaitan dengan jenis unsur yang sama, dipanggil isotop. Untuk membezakannya antara satu sama lain, nombor yang sama dengan jumlah semua zarah dalam nukleus isotop tertentu diberikan kepada simbol unsur. Persoalannya mungkin timbul: mengapa nukleus atom tidak hancur? Lagipun, proton yang termasuk di dalamnya adalah zarah bercas elektrik dengan cas yang sama, yang mesti menolak satu sama lain dengan daya yang besar. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa di dalam nukleus terdapat juga yang dipanggil daya intranuklear yang menarik zarah nukleus antara satu sama lain. Daya ini mengimbangi daya tolakan proton dan tidak membenarkan nukleus terbang berasingan secara spontan. Kuasa intranuklear sangat kuat, tetapi mereka bertindak hanya pada jarak yang sangat dekat. Oleh itu, nukleus unsur berat, yang terdiri daripada ratusan nukleon, ternyata tidak stabil. Zarah-zarah nukleus sentiasa bergerak di sini (dalam isipadu nukleus), dan jika anda menambah sejumlah tenaga tambahan kepada mereka, ia boleh mengatasi daya dalaman - nukleus akan dibahagikan kepada beberapa bahagian. Jumlah tenaga yang berlebihan ini dipanggil tenaga pengujaan. Di antara isotop unsur berat, ada yang nampaknya berada di ambang kerosakan diri. Hanya "tolak" kecil sudah cukup, sebagai contoh, pukulan mudah neutron dalam nukleus (dan ia tidak perlu dipercepatkan ke kelajuan tinggi) untuk tindak balas pembelahan nuklear bermula. Sebahagian daripada isotop "fisil" ini kemudiannya dibuat secara buatan. Secara semula jadi, hanya terdapat satu isotop sedemikian - ia adalah uranium-235.
Uranus ditemui pada tahun 1783 oleh Klaproth, yang mengasingkannya dari padang uranium dan menamakannya sempena planet Uranus yang baru ditemui. Seperti yang ternyata kemudian, ia sebenarnya bukan uranium itu sendiri, tetapi oksidanya. Uranium tulen - logam perak-putih - hanya diperolehi pada tahun 1842 oleh Peligo. Unsur baru itu tidak mempunyai sebarang sifat yang luar biasa dan tidak menarik perhatian sehingga 1896, apabila Becquerel menemui fenomena keradioaktifan garam uranium. Selepas itu, uranium menjadi objek penyelidikan dan eksperimen saintifik, tetapi masih tidak mempunyai aplikasi praktikal. Apabila, pada sepertiga pertama abad ke-1934, struktur nukleus atom lebih kurang menjadi jelas kepada ahli fizik, mereka pertama sekali cuba memenuhi impian lama ahli alkimia - mereka cuba mengubah satu unsur kimia menjadi yang lain. Pada tahun XNUMX, penyelidik Perancis, pasangan Frederic dan Irene Joliot-Curie, melaporkan kepada Akademi Sains Perancis tentang eksperimen berikut: apabila plat aluminium dihujani dengan zarah alfa (nukleus atom helium), atom aluminium bertukar menjadi atom fosforus, tetapi bukan biasa, tetapi radioaktif, yang seterusnya ditukar kepada isotop silikon yang stabil. Oleh itu, atom aluminium, setelah menambah satu proton dan dua neutron, bertukar menjadi atom silikon yang lebih berat. Pengalaman ini membawa kepada idea bahawa jika neutron "dipecat" pada nukleus unsur terberat yang wujud di alam - uranium, maka seseorang boleh memperoleh unsur yang tidak wujud dalam keadaan semula jadi. Pada tahun 1938, ahli kimia Jerman Otto Hahn dan Fritz Strassmann mengulangi secara umum pengalaman pasangan Joliot-Curie, mengambil uranium dan bukannya aluminium. Keputusan eksperimen sama sekali tidak seperti yang mereka jangkakan - bukannya unsur superheavy baru dengan nombor jisim lebih besar daripada uranium, Hahn dan Strassmann menerima unsur cahaya dari bahagian tengah sistem berkala: barium, kripton, bromin dan beberapa yang lain. Penguji sendiri tidak dapat menjelaskan fenomena yang diperhatikan. Hanya pada tahun berikutnya ahli fizik Lisa Meitner, kepada siapa Hahn melaporkan kesukarannya, menemui penjelasan yang betul untuk fenomena yang diperhatikan, menunjukkan bahawa apabila uranium dihujani dengan neutron, nukleusnya berpecah (dibelah). Dalam kes ini, nukleus unsur yang lebih ringan sepatutnya terbentuk (dari sinilah barium, kripton dan bahan lain diambil), serta 2-3 neutron bebas sepatutnya dibebaskan. Kajian lanjut dibenarkan untuk menjelaskan secara terperinci gambaran tentang apa yang berlaku. Uranium semulajadi terdiri daripada campuran tiga isotop dengan jisim 238, 234 dan 235. Jumlah utama uranium jatuh pada 238 isotop, nukleusnya merangkumi 92 proton dan 146 neutron. Uranium-235 hanya 1/140 uranium semulajadi (0%) (ia mempunyai 7 proton dan 92 neutron dalam nukleusnya), dan uranium-143 (234 proton, 92 neutron) hanya 142/1 daripada jumlah jisim uranium ( 17500%). Isotop yang paling tidak stabil ialah uranium-0. Dari semasa ke semasa, nukleus atomnya secara spontan dibahagikan kepada bahagian-bahagian, akibatnya unsur-unsur yang lebih ringan dari sistem berkala terbentuk. Proses ini disertai dengan pembebasan dua atau tiga neutron bebas, yang tergesa-gesa pada kelajuan yang luar biasa - kira-kira 006 ribu km / s (mereka dipanggil neutron cepat). Neutron ini boleh memukul nukleus uranium lain, menyebabkan tindak balas nuklear. Setiap isotop berkelakuan berbeza dalam kes ini. Nukleus Uranium-238 dalam kebanyakan kes hanya menangkap neutron ini tanpa sebarang perubahan selanjutnya. Tetapi dalam kira-kira satu daripada lima kes, apabila neutron pantas berlanggar dengan nukleus isotop-238, tindak balas nuklear yang ingin tahu berlaku: salah satu neutron uranium-238 memancarkan elektron, bertukar menjadi proton, iaitu, isotop uranium bertukar menjadi unsur yang lebih berat - neptunium-239 (93 proton + 146 neutron). Tetapi neptunium tidak stabil - selepas beberapa minit salah satu neutronnya mengeluarkan elektron, bertukar menjadi proton, selepas itu isotop neptunium bertukar menjadi unsur seterusnya dalam sistem berkala - plutonium-239 (94 proton + 145 neutron). Jika neutron memasuki nukleus uranium-235 yang tidak stabil, maka pembelahan segera berlaku - atom mereput dengan pelepasan dua atau tiga neutron. Jelas bahawa dalam uranium semulajadi, kebanyakan atomnya tergolong dalam isotop 238, tindak balas ini tidak mempunyai akibat yang boleh dilihat - semua neutron bebas akhirnya akan diserap oleh isotop ini. Tetapi bagaimana jika kita membayangkan sekeping uranium yang agak besar, yang terdiri sepenuhnya daripada isotop 235? Di sini prosesnya akan berbeza: neutron yang dibebaskan semasa pembelahan beberapa nukleus, seterusnya, jatuh ke dalam nukleus jiran, menyebabkan pembelahan mereka. Akibatnya, bahagian baru neutron dibebaskan, yang membelah nukleus berikut. Di bawah keadaan yang menggalakkan, tindak balas ini berlaku seperti runtuhan salji dan dipanggil tindak balas berantai. Beberapa zarah pengeboman mungkin mencukupi untuk memulakannya. Sesungguhnya, biarkan hanya 235 neutron membedil uranium-100. Mereka akan membelah 100 nukleus uranium. Dalam kes ini, 250 neutron baru generasi kedua akan dikeluarkan (purata 2 setiap pembelahan). Neutron generasi kedua akan menghasilkan 5 pembelahan, di mana 250 neutron akan dibebaskan. Dalam generasi akan datang ia akan menjadi 625, kemudian 1562, kemudian 3906, dan seterusnya. Bilangan bahagian akan bertambah tanpa had sekiranya proses tidak dihentikan. Walau bagaimanapun, pada hakikatnya, hanya sebahagian kecil neutron yang masuk ke dalam nukleus atom. Selebihnya, dengan pantas bergegas di antara mereka, dibawa pergi ke ruang sekeliling. Tindak balas berantai yang mampan sendiri hanya boleh berlaku dalam susunan uranium-235 yang cukup besar, yang dikatakan mempunyai jisim kritikal. (Jisim ini dalam keadaan normal ialah 50 kg.) Adalah penting untuk diperhatikan bahawa pembelahan setiap nukleus disertai dengan pembebasan sejumlah besar tenaga, yang ternyata kira-kira 300 juta kali lebih banyak daripada tenaga yang dibelanjakan untuk pembelahan. ! (Telah dikira bahawa jumlah pembelahan 1 kg uranium-235 membebaskan haba sebanyak pembakaran 3 tan arang batu.) Lonjakan tenaga yang besar ini, yang dilepaskan dalam beberapa saat, menampakkan dirinya sebagai letupan yang dahsyat. memaksa dan mendasari operasi senjata nuklear. Tetapi agar senjata ini menjadi kenyataan, adalah perlu bahawa caj tidak terdiri daripada uranium semulajadi, tetapi isotop yang jarang berlaku - 235 (uranium sedemikian dipanggil diperkaya). Kemudian didapati bahawa plutonium tulen juga merupakan bahan fisil dan boleh digunakan dalam cas atom dan bukannya uranium-235. Semua penemuan penting ini dibuat pada malam sebelum Perang Dunia II. Tidak lama kemudian, kerja rahsia bermula di Jerman dan negara lain mengenai penciptaan bom atom. Di Amerika Syarikat, masalah ini telah diambil pada tahun 1941. Keseluruhan kompleks kerja itu diberi nama "Projek Manhattan". Kepimpinan pentadbiran projek itu dijalankan oleh General Groves, dan arahan saintifik dijalankan oleh Profesor Robert Oppenheimer dari University of California. Kedua-duanya sedar akan kerumitan besar tugasan di hadapan mereka. Oleh itu, kebimbangan pertama Oppenheimer ialah pemerolehan pasukan saintifik yang sangat pintar. Di Amerika Syarikat pada masa itu terdapat ramai ahli fizik yang telah berhijrah dari Jerman fasis. Bukan mudah untuk melibatkan mereka dalam penciptaan senjata yang ditujukan terhadap bekas tanah air mereka. Oppenheimer bercakap dengan semua orang secara peribadi, menggunakan kekuatan penuh daya tarikannya. Tidak lama kemudian dia berjaya mengumpulkan sekumpulan kecil ahli teori, yang secara berseloroh dia panggil sebagai "penerang". Dan sebenarnya, ia termasuk pakar terbesar pada masa itu dalam bidang fizik dan kimia. (Antaranya ialah 13 pemenang Hadiah Nobel, termasuk Bohr, Fermi, Frank, Chadwick, Lawrence.) Selain mereka, terdapat ramai lagi pakar dari pelbagai profil. Kerajaan AS tidak berhemat dalam perbelanjaan, dan sejak awal lagi kerja itu mengambil skop yang besar. Pada tahun 1942, makmal penyelidikan terbesar di dunia telah diasaskan di Los Alamos. Penduduk bandar saintifik ini tidak lama lagi mencecah 9 ribu orang. Dari segi komposisi saintis, skop eksperimen saintifik, bilangan pakar dan pekerja yang terlibat dalam kerja, Makmal Los Alamos tidak ada tandingannya dalam sejarah dunia. "Projek Manhattan" mempunyai polis sendiri, perisikan balas, sistem komunikasi, gudang, penempatan, kilang, makmal, dan belanjawan besarnya sendiri. Matlamat utama projek ini adalah untuk mendapatkan bahan fisil yang mencukupi untuk mencipta beberapa bom atom. Sebagai tambahan kepada uranium-235, seperti yang telah disebutkan, unsur tiruan plutonium-239 boleh berfungsi sebagai caj untuk bom, iaitu, bom boleh sama ada uranium atau plutonium. Groves dan Oppenheimer bersetuju bahawa kerja harus dijalankan serentak dalam dua arah, kerana adalah mustahil untuk memutuskan terlebih dahulu yang mana antara mereka akan lebih menjanjikan. Kedua-dua kaedah pada asasnya berbeza antara satu sama lain: pengumpulan uranium-235 terpaksa dilakukan dengan memisahkannya daripada sebahagian besar uranium semulajadi, dan plutonium hanya boleh diperolehi hasil daripada tindak balas nuklear terkawal dengan menyinari uranium-238 dengan neutron. Kedua-dua laluan kelihatan luar biasa sukar dan tidak menjanjikan penyelesaian yang mudah. Sesungguhnya, bagaimanakah dua isotop boleh dipisahkan antara satu sama lain, yang hanya berbeza sedikit dalam beratnya dan secara kimia berkelakuan dengan cara yang sama? Sains mahupun teknologi tidak pernah menghadapi masalah seperti itu. Pengeluaran plutonium juga kelihatan sangat bermasalah pada mulanya. Sebelum ini, keseluruhan pengalaman transformasi nuklear telah dikurangkan kepada beberapa eksperimen makmal. Sekarang adalah perlu untuk menguasai pengeluaran kilogram plutonium pada skala perindustrian, membangun dan membuat pemasangan khas untuk ini - reaktor nuklear, dan belajar bagaimana mengawal perjalanan tindak balas nuklear. Dan di sana sini pelbagai kompleks masalah yang kompleks terpaksa diselesaikan. Oleh itu, "Projek Manhattan" terdiri daripada beberapa subprojek, yang diketuai oleh saintis terkemuka. Oppenheimer sendiri adalah ketua Makmal Sains Los Alamos. Lawrence bertanggungjawab ke atas Makmal Radiasi di Universiti California. Fermi mengetuai penyelidikan di Universiti Chicago mengenai penciptaan reaktor nuklear. Pada mulanya, masalah yang paling penting ialah mendapatkan uranium. Sebelum perang, logam ini sebenarnya tidak ada gunanya. Sekarang ia diperlukan segera dalam kuantiti yang banyak, ternyata tidak ada cara perindustrian untuk menghasilkannya. Syarikat Westinghouse menjalankan pembangunannya dan dengan cepat mencapai kejayaan. Selepas penulenan resin uranium (dalam bentuk ini uranium berlaku dalam alam semula jadi) dan memperoleh uranium oksida, ia ditukar kepada tetrafluorida (UF4), dari mana uranium logam diasingkan dengan elektrolisis. Jika pada akhir tahun 1941 saintis Amerika hanya mempunyai beberapa gram uranium logam yang mereka gunakan, maka pada November 1942 pengeluaran perindustriannya di kilang Westinghouse mencapai 6000 paun sebulan. Pada masa yang sama, kerja sedang dijalankan untuk penciptaan reaktor nuklear. Proses pengeluaran plutonium sebenarnya berpunca daripada penyinaran rod uranium dengan neutron, akibatnya bahagian uranium-238 terpaksa bertukar menjadi plutonium. Sumber neutron dalam kes ini boleh menjadi atom uranium-235 fisil yang bertaburan dalam kuantiti yang mencukupi di antara atom uranium-238. Tetapi untuk mengekalkan pembiakan neutron yang berterusan, tindak balas berantai pembelahan atom uranium-235 harus dimulakan. Sementara itu, seperti yang telah disebutkan, bagi setiap atom uranium-235 terdapat 140 atom uranium-238. Jelas sekali bahawa neutron yang terbang ke semua arah lebih berkemungkinan bertemu dengan mereka dalam perjalanan. Iaitu, sejumlah besar neutron yang dibebaskan ternyata diserap oleh isotop utama tetapi tidak berjaya. Jelas sekali, dalam keadaan sedemikian, tindak balas berantai tidak dapat diteruskan. Bagaimana untuk menjadi? Pada mulanya nampaknya tanpa pemisahan dua isotop, operasi reaktor secara amnya mustahil, tetapi satu keadaan penting segera ditubuhkan: ternyata uranium-235 dan uranium-238 terdedah kepada neutron tenaga yang berbeza. Adalah mungkin untuk membelah nukleus atom uranium-235 dengan neutron tenaga yang agak rendah, mempunyai kelajuan kira-kira 22 m/s. Neutron perlahan sedemikian tidak ditangkap oleh nukleus uranium-238 - untuk ini mereka mesti mempunyai kelajuan urutan ratusan ribu meter sesaat. Dalam erti kata lain, uranium-238 tidak berkuasa untuk menghalang permulaan dan kemajuan tindak balas berantai dalam uranium-235 yang disebabkan oleh neutron yang diperlahankan kepada kelajuan yang sangat rendah - tidak lebih daripada 22 m/s. Fenomena ini ditemui oleh ahli fizik Itali Fermi, yang tinggal di Amerika Syarikat sejak 1938 dan menyelia kerja penciptaan reaktor pertama di sini. Fermi memutuskan untuk menggunakan grafit sebagai penyederhana neutron. Mengikut pengiraan beliau, neutron yang dipancarkan daripada uranium-235, setelah melalui lapisan grafit 40 cm, sepatutnya mengurangkan kelajuannya kepada 22 m/s dan memulakan tindak balas rantai yang mampan sendiri dalam uranium-235. Air yang dipanggil "berat" boleh berfungsi sebagai penyederhana lain. Memandangkan atom hidrogen yang membentuknya sangat hampir saiz dan jisimnya dengan neutron, ia boleh memperlahankannya. (Kira-kira perkara yang sama berlaku dengan neutron laju seperti bola: jika bola kecil mengenai bola besar, ia berguling ke belakang, hampir tanpa kehilangan kelajuan, tetapi apabila ia bertemu bola kecil, ia memindahkan sebahagian besar tenaganya kepadanya - sama seperti neutron dalam perlanggaran anjal melantun dari nukleus berat hanya perlahan sedikit, dan apabila berlanggar dengan nukleus atom hidrogen kehilangan semua tenaganya dengan cepat.) Walau bagaimanapun, air biasa tidak sesuai untuk perlahan, kerana hidrogennya cenderung untuk menyerap neutron. Itulah sebabnya deuterium, yang merupakan sebahagian daripada air "berat", harus digunakan untuk tujuan ini. Pada awal tahun 1942, di bawah pimpinan Fermi, pembinaan dimulakan pada reaktor nuklear yang pertama di gelanggang tenis di bawah berdiri barat Stadium Chicago. Semua kerja telah dijalankan oleh saintis sendiri. Tindak balas boleh dikawal dengan satu-satunya cara - dengan melaraskan bilangan neutron yang terlibat dalam tindak balas berantai. Fermi membayangkan melakukan ini dengan rod yang diperbuat daripada bahan seperti boron dan kadmium, yang menyerap neutron dengan kuat. Batu bata grafit berfungsi sebagai penyederhana, dari mana ahli fizik mendirikan tiang setinggi 3 m dan lebar 1 m. Blok segi empat tepat dengan uranium oksida dipasang di antara mereka. Kira-kira 2 tan uranium oksida dan 46 tan grafit masuk ke dalam keseluruhan struktur. Untuk melambatkan tindak balas, rod kadmium dan boron dimasukkan ke dalam reaktor yang dihidangkan. Jika ini tidak mencukupi, maka untuk insurans, pada platform yang terletak di atas reaktor, terdapat dua saintis dengan baldi yang diisi dengan larutan garam kadmium - mereka sepatutnya menuangkannya ke atas reaktor jika tindak balas tidak terkawal. Nasib baik, ini tidak diperlukan. Pada 2 Disember 1942, Fermi mengarahkan semua rod kawalan dipanjangkan, dan percubaan bermula. Empat minit kemudian, kaunter neutron mula berbunyi dengan lebih kuat dan kuat. Dengan setiap minit, keamatan fluks neutron menjadi lebih besar. Ini menunjukkan bahawa tindak balas berantai sedang berlaku di dalam reaktor. Ia berlangsung selama 28 minit. Kemudian Fermi memberi isyarat, dan rod yang diturunkan menghentikan proses itu. Oleh itu, buat pertama kalinya, manusia melepaskan tenaga nukleus atom dan membuktikan bahawa dia boleh mengawalnya sesuka hati. Kini tidak ada keraguan lagi bahawa senjata nuklear adalah realiti. Pada tahun 1943, reaktor Fermi telah dibongkar dan diangkut ke Makmal Kebangsaan Aragonese (50 km dari Chicago). Satu lagi reaktor nuklear tidak lama lagi dibina di sini, di mana air berat digunakan sebagai penyederhana. Ia terdiri daripada tangki aluminium silinder yang mengandungi 6 tan air berat, di mana 5 batang logam uranium dimuatkan secara menegak, dimasukkan ke dalam cangkerang aluminium. Tujuh batang kawalan itu diperbuat daripada kadmium. Di sekeliling tangki itu terdapat pemantul grafit, kemudian skrin yang diperbuat daripada aloi plumbum dan kadmium. Keseluruhan struktur telah dikurung dalam cangkerang konkrit dengan ketebalan dinding kira-kira 120 m. Eksperimen ke atas reaktor eksperimen ini mengesahkan kemungkinan pengeluaran industri plutonium. Pusat utama "Projek Manhattan" tidak lama lagi menjadi bandar Oak Ridge di Lembah Sungai Tennessee, yang populasinya dalam beberapa bulan meningkat kepada 79 ribu orang. Di sini, dalam masa yang singkat, kilang pertama untuk pengeluaran uranium diperkaya telah dibina. Sejurus pada tahun 1943, sebuah reaktor perindustrian dilancarkan yang menghasilkan plutonium. Pada Februari 1944, kira-kira 300 kg uranium diekstrak daripadanya setiap hari, dari permukaannya plutonium diperoleh melalui pemisahan kimia. (Untuk melakukan ini, plutonium mula-mula dibubarkan dan kemudian dimendakan.) Uranium yang telah dimurnikan kemudiannya dikembalikan ke reaktor semula. Pada tahun yang sama, di padang pasir yang tandus dan terpencil di tebing selatan Sungai Columbia, pembinaan bermula di Loji Hanford yang besar. Tiga reaktor nuklear berkuasa terletak di sini, memberikan beberapa ratus gram plutonium setiap hari. Secara selari, penyelidikan sedang giat dijalankan untuk membangunkan proses perindustrian untuk pengayaan uranium. Selepas mempertimbangkan pilihan yang berbeza, Groves dan Oppenheimer memutuskan untuk memberi tumpuan kepada dua kaedah: resapan gas dan elektromagnet. Kaedah resapan gas adalah berdasarkan prinsip yang dikenali sebagai undang-undang Graham (ia pertama kali dirumus pada tahun 1829 oleh ahli kimia Scotland Thomas Graham dan dibangunkan pada tahun 1896 oleh ahli fizik Inggeris Reilly). Mengikut undang-undang ini, jika dua gas, yang salah satunya lebih ringan daripada yang lain, melalui penapis dengan lubang yang boleh diabaikan, maka lebih sedikit gas ringan akan melaluinya daripada gas berat. Pada November 1942, Urey dan Dunning di Universiti Columbia mencipta kaedah resapan gas untuk mengasingkan isotop uranium berdasarkan kaedah Reilly. Oleh kerana uranium semulajadi adalah pepejal, ia mula-mula ditukar kepada uranium fluorida (UF6). Gas ini kemudiannya disalurkan melalui mikroskopik - mengikut urutan seperseribu milimeter - lubang dalam septum penapis. Oleh kerana perbezaan berat molar gas adalah sangat kecil, di belakang penyekat kandungan uranium-235 meningkat hanya dengan faktor 1,0002. Untuk meningkatkan lagi jumlah uranium-235, campuran yang terhasil sekali lagi melalui partition, dan jumlah uranium sekali lagi meningkat sebanyak 1 kali. Oleh itu, untuk meningkatkan kandungan uranium-0002 kepada 235%, gas perlu melalui 99 penapis. Ini berlaku di loji resapan gas yang besar di Oak Ridge. Pada tahun 1940, di bawah pimpinan Ernst Lawrence di University of California, penyelidikan bermula pada pengasingan isotop uranium dengan kaedah elektromagnet. Ia adalah perlu untuk mencari proses fizikal sedemikian yang membolehkan isotop dipisahkan menggunakan perbezaan jisimnya. Lawrence membuat percubaan untuk memisahkan isotop menggunakan prinsip spektrograf jisim - alat yang menentukan jisim atom. Prinsip operasinya adalah seperti berikut: atom pra-terion dipercepatkan oleh medan elektrik, dan kemudian melalui medan magnet di mana mereka menggambarkan bulatan yang terletak dalam satah berserenjang dengan arah medan. Oleh kerana jejari trajektori ini adalah berkadar dengan jisim, ion cahaya berakhir pada bulatan jejari yang lebih kecil daripada yang berat. Sekiranya perangkap diletakkan di laluan atom, maka mungkin dengan cara ini untuk mengumpul isotop yang berbeza secara berasingan.
Itulah kaedahnya. Di bawah keadaan makmal, dia memberikan keputusan yang baik. Tetapi pembinaan loji di mana pengasingan isotop boleh dijalankan pada skala industri terbukti amat sukar. Walau bagaimanapun, Lawrence akhirnya berjaya mengatasi semua kesukaran. Hasil usahanya adalah kemunculan calutron, yang dipasang di sebuah loji gergasi di Oak Ridge.
Loji elektromagnet ini telah dibina pada tahun 1943 dan ternyata mungkin merupakan idea termahal Projek Manhattan. Kaedah Lawrence memerlukan sejumlah besar peranti yang kompleks, belum dibangunkan yang melibatkan voltan tinggi, vakum tinggi, dan medan magnet yang kuat. Kosnya sangat besar. Calutron mempunyai elektromagnet gergasi, panjangnya mencapai 75 m dan beratnya kira-kira 4000 tan. Beberapa ribu tan wayar perak masuk ke belitan untuk elektromagnet ini. Keseluruhan kerja (tidak termasuk kos perak bernilai $300 juta, yang disediakan oleh Perbendaharaan Negeri hanya buat sementara waktu) menelan belanja $400 juta. Hanya untuk tenaga elektrik yang dibelanjakan oleh calutron, Kementerian Pertahanan membayar 10 juta. Kebanyakan peralatan di kilang Oak Ridge adalah lebih baik dari segi skala dan ketepatan daripada apa-apa yang pernah dibangunkan di lapangan. Tetapi semua perbelanjaan ini tidak sia-sia. Setelah membelanjakan sejumlah kira-kira 2 bilion dolar, saintis AS menjelang 1944 mencipta teknologi unik untuk pengayaan uranium dan pengeluaran plutonium. Sementara itu, di Makmal Los Alamos, mereka sedang mengusahakan reka bentuk bom itu sendiri. Prinsip operasinya secara umum jelas untuk masa yang lama: bahan pembelahan (plutonium atau uranium-235) sepatutnya dipindahkan ke keadaan kritikal pada masa letupan (untuk tindak balas berantai berlaku, jisim cas mestilah lebih besar daripada yang kritikal) dan disinari dengan pancaran neutron, yang melibatkan permulaan tindak balas berantai. Mengikut pengiraan, jisim kritikal caj melebihi 50 kilogram, tetapi ia boleh dikurangkan dengan ketara. Secara amnya, magnitud jisim kritikal sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor. Lebih besar luas permukaan cas, lebih banyak neutron dipancarkan sia-sia ke ruang sekeliling. Sfera mempunyai luas permukaan terkecil. Akibatnya, cas sfera, benda lain adalah sama, mempunyai jisim kritikal terkecil. Di samping itu, nilai jisim kritikal bergantung kepada ketulenan dan jenis bahan mudah pecah. Ia adalah berkadar songsang dengan kuasa dua ketumpatan bahan ini, yang membolehkan, sebagai contoh, dengan menggandakan ketumpatan, untuk mengurangkan jisim kritikal dengan faktor empat. Darjah subkritikal yang diperlukan boleh diperolehi, sebagai contoh, dengan memampatkan bahan pembelahan akibat letupan cas letupan konvensional yang dibuat dalam bentuk cangkang sfera yang mengelilingi cas nuklear. Jisim kritikal juga boleh dikurangkan dengan mengelilingi cas dengan skrin yang memantulkan neutron dengan baik. Plumbum, berilium, tungsten, uranium semulajadi, besi, dan banyak lagi boleh digunakan sebagai skrin sedemikian.
Salah satu reka bentuk bom atom yang mungkin terdiri daripada dua keping uranium, yang, apabila digabungkan, membentuk jisim yang lebih besar daripada yang kritikal. Untuk menyebabkan letupan bom, anda perlu menyatukan mereka secepat mungkin. Kaedah kedua adalah berdasarkan penggunaan letupan menumpu ke dalam. Dalam kes ini, aliran gas daripada bahan letupan konvensional diarahkan pada bahan boleh pecah yang terletak di dalam dan memampatkannya sehingga mencapai jisim kritikal. Sambungan caj dan penyinaran intensifnya dengan neutron, seperti yang telah disebutkan, menyebabkan tindak balas berantai, akibatnya, pada saat pertama, suhu meningkat kepada 1 juta darjah. Pada masa ini, hanya kira-kira 5% daripada jisim kritikal berjaya memisahkan. Selebihnya caj dalam bom reka bentuk awal menyejat tanpa hasil. Bom atom pertama dalam sejarah (bernama Trinity) telah dipasang pada musim panas 1945. Dan pada 16 Jun 1945, letupan atom pertama di Bumi telah dilakukan di tapak ujian nuklear di padang pasir Alamogordo (New Mexico). Bom itu diletakkan di tengah-tengah tapak ujian di atas menara keluli sepanjang 30 meter. Peralatan rakaman diletakkan di sekelilingnya pada jarak yang jauh. Pada 9 km terdapat pos pemerhatian, dan pada 16 km - pos arahan. Letupan atom memberi kesan yang luar biasa kepada semua saksi peristiwa ini.
Menurut keterangan saksi mata, terdapat perasaan bahawa banyak matahari bergabung menjadi satu dan menerangi poligon itu sekaligus. Kemudian bola api besar muncul di atas dataran, dan awan bulat debu dan cahaya mula perlahan-lahan dan menakutkan naik ke arahnya. Selepas berlepas dari tanah, bola api ini terbang sehingga ketinggian lebih tiga kilometer dalam beberapa saat. Dengan setiap saat ia membesar dalam saiz, tidak lama kemudian diameternya mencapai 1 km, dan ia perlahan-lahan naik ke stratosfera. Bola api itu kemudiannya memberi laluan kepada lajur asap berpusar, yang terbentang hingga ketinggian 5 km, berbentuk cendawan gergasi. Semua ini disertai dengan raungan yang dahsyat, dari mana bumi bergetar. Kuasa bom yang meletup melebihi semua jangkaan. Sebaik sahaja keadaan radiasi mengizinkan, beberapa kereta kebal Sherman, yang dipenuhi dengan plat plumbum dari dalam, meluru ke kawasan letupan. Salah seorang daripada mereka ialah Fermi, yang tidak sabar-sabar untuk melihat hasil kerjanya. Tanah hangus yang mati muncul di hadapan matanya, di mana semua kehidupan telah musnah dalam radius 1 km. Pasir tersinter menjadi kerak kehijauan kaca yang menutupi tanah. Di dalam sebuah kawah besar terbentang sisa-sisa menara sokongan keluli yang dicacatkan. Kekuatan letupan dianggarkan sebanyak 5 tan TNT. Langkah seterusnya ialah penggunaan bom tempur terhadap Jepun, yang, selepas penyerahan Jerman fasis, sahaja meneruskan perang dengan Amerika Syarikat dan sekutunya. Tiada kenderaan pelancar ketika itu, jadi pengeboman terpaksa dilakukan dari pesawat. Komponen kedua-dua bom itu diangkut dengan sangat berhati-hati oleh USS Indianapolis ke Pulau Tinian, tempat Kumpulan Komposit Ke-509 Tentera Udara AS berpusat. Mengikut jenis caj dan reka bentuk, bom ini agak berbeza antara satu sama lain. Bom pertama - "Kid" - adalah bom udara bersaiz besar dengan cas atom uranium-235 yang sangat diperkaya. Panjangnya kira-kira 3 m, diameter - 62 cm, berat - 4 tan Bom kedua - "Lelaki Gemuk" - dengan caj plutonium-1 mempunyai bentuk berbentuk telur dengan penstabil bersaiz besar. Panjangnya ialah 239 m, diameter 3 m, berat - 2 tan. Pada 6 Ogos, pengebom Enola Gay B-29 Kolonel Tibbets menjatuhkan "Kid" di bandar besar Hiroshima di Jepun. Bom itu dijatuhkan dengan payung terjun dan meletup, seperti yang dirancang, pada ketinggian 600 m dari tanah. Akibat letupan itu amat dahsyat. Malah pada juruterbang sendiri, pemandangan bandar damai yang dimusnahkan oleh mereka dalam sekelip mata memberikan kesan yang menyedihkan. Kemudian, salah seorang daripada mereka mengakui bahawa mereka melihat pada masa itu perkara paling buruk yang boleh dilihat oleh seseorang. Bagi mereka yang berada di bumi, apa yang berlaku kelihatan seperti neraka yang sebenar. Pertama sekali, gelombang haba melepasi Hiroshima. Tindakannya hanya berlangsung beberapa saat, tetapi ia sangat kuat sehingga ia mencairkan jubin dan kristal kuarza dalam papak granit, menjadikan tiang telefon menjadi arang pada jarak 4 km dan, akhirnya, tubuh manusia yang dibakar sehingga hanya tinggal bayang-bayang sahaja. di atas asfalt turapan.atau di dinding rumah. Kemudian tiupan angin yang dahsyat keluar dari bawah bola api dan bergegas ke atas bandar pada kelajuan 800 km / j, menyapu segala-galanya di laluannya. Rumah-rumah yang tidak dapat menahan serangan ganasnya runtuh seperti telah ditebang. Dalam bulatan gergasi dengan diameter 4 km, tiada satu bangunan pun kekal utuh. Beberapa minit selepas letupan, hujan radioaktif hitam jatuh ke atas bandar - lembapan ini bertukar menjadi wap yang terpeluwap di lapisan atmosfera yang tinggi dan jatuh ke tanah dalam bentuk titisan besar bercampur dengan habuk radioaktif. Selepas hujan, tiupan angin baru melanda bandar, kali ini bertiup ke arah pusat gempa. Dia lebih lemah daripada yang pertama, tetapi masih cukup kuat untuk mencabut pokok. Angin meniup api yang besar di mana segala yang boleh terbakar terbakar. Daripada 76 bangunan itu, 55 telah musnah sepenuhnya dan dibakar. Saksi malapetaka yang dahsyat ini mengimbas kembali orang-obor dari mana pakaian terbakar jatuh ke tanah bersama-sama dengan kulit compang-camping, dan orang ramai yang kecewa, diselubungi dengan luka bakar yang dahsyat, yang bergegas menjerit di jalanan. Terdapat bau menyesakkan daging manusia yang terbakar di udara. Orang terbaring di mana-mana, mati dan mati. Terdapat ramai yang buta dan pekak dan, mencucuk ke semua arah, tidak dapat melihat apa-apa dalam kekacauan yang berlaku di sekeliling. Mereka yang malang, yang berada dari pusat gempa pada jarak sehingga 800 m, terbakar dalam sepersekian saat dalam erti kata literal - bahagian dalam mereka menguap, dan badan mereka berubah menjadi ketulan arang yang berasap. Terletak pada jarak 1 km dari pusat gempa, mereka diserang penyakit radiasi dalam bentuk yang sangat teruk. Dalam beberapa jam, mereka mula muntah dengan teruk, suhu melonjak kepada 39-40 darjah, sesak nafas dan pendarahan muncul. Kemudian, ulser yang tidak sembuh muncul pada kulit, komposisi darah berubah secara dramatik, dan rambut gugur. Selepas penderitaan yang teruk, biasanya pada hari kedua atau ketiga, kematian berlaku. Secara keseluruhan, kira-kira 240 ribu orang mati akibat letupan dan penyakit radiasi. Kira-kira 160 ribu menerima penyakit radiasi dalam bentuk yang lebih ringan - kematian menyakitkan mereka ditangguhkan selama beberapa bulan atau tahun. Apabila berita malapetaka itu tersebar ke seluruh negara, seluruh Jepun lumpuh ketakutan. Ia meningkat lagi selepas pesawat Box Car Major Sweeney menjatuhkan bom kedua di Nagasaki pada 9 Ogos. Beberapa ratus ribu penduduk juga terbunuh dan cedera di sini. Kerana tidak dapat menahan senjata baru, kerajaan Jepun menyerah kalah - bom atom menamatkan Perang Dunia II. Peperangan sudah berakhir. Ia berlangsung hanya enam tahun, tetapi berjaya mengubah dunia dan orang hampir tidak dapat dikenali. Tamadun manusia sebelum 1939 dan tamadun manusia selepas 1945 adalah sangat berbeza antara satu sama lain. Terdapat banyak sebab untuk ini, tetapi salah satu yang paling penting ialah kemunculan senjata nuklear. Boleh dikatakan tanpa keterlaluan bahawa bayang-bayang Hiroshima terletak pada keseluruhan separuh kedua abad ke-6. Ia menjadi pembakaran moral yang mendalam bagi berjuta-juta orang, baik mereka yang sezaman dengan malapetaka ini dan mereka yang dilahirkan beberapa dekad selepasnya. Manusia moden tidak lagi boleh berfikir tentang dunia seperti yang difikirkan sebelum 1945 Ogos XNUMX - dia memahami dengan jelas bahawa dunia ini boleh bertukar menjadi tiada dalam beberapa saat. Orang moden tidak boleh melihat perang, seperti yang dilihat oleh datuk dan moyangnya - dia tahu pasti bahawa perang ini akan menjadi yang terakhir, dan tidak akan ada yang menang mahupun yang kalah di dalamnya. Senjata nuklear telah meninggalkan kesan mereka pada semua bidang kehidupan awam, dan tamadun moden tidak boleh hidup dengan undang-undang yang sama seperti enam puluh atau lapan puluh tahun yang lalu. Tiada siapa yang memahami perkara ini lebih baik daripada pencipta bom atom itu sendiri. "Rakyat planet kita," tulis Robert Oppenheimer, "harus bersatu. Kengerian dan kemusnahan yang disemai oleh perang lepas menentukan idea ini kepada kita. Letupan bom atom membuktikannya dengan segala kekejaman. Orang lain pada masa lain telah berkata serupa kata-kata - hanya tentang senjata lain dan peperangan lain. Mereka tidak berjaya. Tetapi sesiapa hari ini yang mengatakan bahawa kata-kata ini tidak berguna adalah terpedaya dengan perubahan sejarah. Kita tidak boleh yakin tentang ini. Hasil kerja kita tidak memberi pilihan kepada manusia selain untuk mewujudkan satu dunia yang bersatu. Dunia yang berasaskan undang-undang dan kemanusiaan." Pengarang: Ryzhov K.V.
▪ Mikroskop pada plasmon permukaan ▪ Bom atom
Kulit tiruan untuk emulasi sentuhan
15.04.2024 Petgugu Global kotoran kucing
15.04.2024 Daya tarikan lelaki penyayang
14.04.2024
▪ Peranti Feelreal akan melengkapkan topi keledar VR dengan penjana bau ▪ Kos elektronik automotif semakin meningkat ▪ Penderia Samsung ISOCELL GN50 1 megapiksel ▪ Kesucian pertuturan mempengaruhi ingatan
▪ bahagian tapak Alatan Juruelektrik. Pemilihan artikel ▪ artikel Semuanya mengalir. Semuanya berubah (bergerak). Ungkapan popular ▪ Perkara Apakah perbezaan antara VAT dan duti eksais? Jawapan terperinci ▪ artikel Penghantar di telefon. Deskripsi kerja ▪ artikel Kunci kod elektronik. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik
Laman utama | Perpustakaan | artikel | Peta Laman | Ulasan laman web
www.diagram.com.ua |
Kami mengesyorkan artikel yang menarik bahagian 
Lihat artikel lain bahagian 
Berita terkini sains dan teknologi, elektronik baharu:
Semua bahasa halaman ini