АТОМНОЕ ЯДРО И ЕГО ЭНЕРГИЯ

АТОМНАЯ БОМБА

Первая «атомная бомба», сброшенная утром 5 авгу­ста 1945 г. на японскую военно-морскую базу Хиро­сима, по сообщениям прессы, состояла как раз из ура­на с весом 235.

Действие этой бомбы состоит в том, что в ней в определённый момент начинает итти цепная реакция деления урана, которая протекает так быстро, что носит характер взрыва. Заметим, кстати, что такую бомбу правильнее называть «ядерной», а не «атомной бом­бой», но это последнее название уже укоренилось и вряд ли стоит его менять.

Выделяющееся при взрыве огромное количество гепла приводит к таким же следствиям, как и при взрыве обычных взрывчатых веществ. В силу колос­сального нагрева, вблизи от бомбы образуется очень высокое давление воздуха, и из этой области начинает итти взрывная волна, приводящая к разрушению зда­ний и других объектов. При взрыве должна получаться очень высокая температура, повидимому, превосходящая миллион градусов (напомним, что температура поверх­ности Солнца равна 6 000 градусов). При такой темпе­ратуре все тела испаряются. Поэтому в области, близ* кой к месту взрыва, могут произойти дополнительные разрушения. Далее, как мы уже говорили, осколки ядер урана очень радиоактивны. Поэтому, если все ядра в одном килограмме урана разделятся, радиоак­тивность продуктов деления будет такой же, как радиоактивность, примерно, миллиона килограммов ра­дия. Получающиеся же при радиоактивном распаде альфа - и бета-частицы очень вредно действуют на ор­ганизм.

В сообщении президента Соединённых Штатов Аме­рики Трумэна указано, что первая «атомная бомба», сброшенная на Хиросиму, по своему действию эквива­лентна взрыву 20 ООО тонн тринитротолуола.

В результате взрыва этой бомбы город Хиросима был очень сильно разрушен, и из 250 тысяч его жителей свыше 100 000 человек было убито и ранено. Взрыв со­провождался ослепительной вспышкой, видимой на рас­стоянии в 200 км, а столб дыма и пыли после взрыва поднялся до 10—15 километров в высоту.

9 августа 1945 г. на японский город Нагасаки была сброшена вторая «атомная бомба», вызвавшая, при­мерно, такие же разрушения, как и первая. Несмотря на это, по американским сообщениям, вторая бомба весит значительно меньше первой и состоит, повидимому, не

2Л5

Из урана 92.

«Атомная бомба» несомненно является грозным ору­жием, но всё же переоценивать её действие не следует. Не нужно, в частности, думать, что при взрыве уничто­жаются все люди, живущие на расстоянии в несколько километров (сообщения такого рода появлялись в ино­странной печати). Для того чтобы показать, насколько такое утверждение преувеличено, достаточно привести един пример. В Нагасаки «атомная бомба» взорвалась на расстоянии 800 метров от тюрьмы, где находились пленные английские и американские солдаты; при этом в результате взрыва из 211 пленных погиб лишь

31 человек.

Ещё до начала боевого применения «атомных бомб» одна такая бомба была в опытных условиях подорвана

55

16 июля 1945 г. в одном пустынном районе Соединён­ных Штатов Америки. Бомба была укреплена на сталь­ной башне, а наблюдатели находились на расстоянии 9 км от места взрыва и дальше. Вспышка от взрыва, который был произведён ранним утром, осветила холмы, находившиеся на расстоянии 35 км, как в яркий сол­нечный полдень, и была видна на расстоянии до 250 км. От стальной башни после взрыва не осталось и следа — она испарилась. Наблюдатели, находившиеся в §км от места взрыва, взрывной волной были сбиты с ног.

Очень характерно, что даже учёные и инженеры, конструировавшие «атомную бомбу», не могли заранее угадать, каково будет действие взрыва и не знали даже, произойдёт ли он вообще. Поэтому перед опыт­ным взрывом 16 июля они спорили о том, что про­изойдёт. Это вполне понятно.

Цепная реакция деления урана является сложным явлением, где не всё заранее может быть учтено уже потому, что при взрыве получаются такие высокие тем­пературы и давления, с которыми на Земле раньше дела никогда не имели.

Для того чтобы дать почувствовать, какие совсем необычные обстоятельства существенны для цепной реакции деления урана, приведём один пример. Эта реакция, как оказывается, не может итти, если размер куска урана 41 меньше определённого размера, назы­ваемого критическим. Объясняется это тем, что нейтроны, достигая краёв куска урана, выходят из него и таким образом не производят дальнейшего деления ядер; следовательно, если кусок урана слишком мал, го цепная реакция итти не будет.

Возьмём теперь кусок урана с размером, большим критического размера. В этом случае достаточно од­ному нейтрону попасть на уран, чтобы реакция начала бурно развиваться. Один же нейтрон в уране всегда найдётся — для этого есть много причин; достаточно напомнить, что нейтроны получаются в результате ряда ядерных превращений, вызываемых альфа-ча - стицами, испускаемыми ураном. Поэтому хранить уран 21 в количестве, большем критического, нельзя — он взорвётся.

56

До сих пор мы рассказали лишь о том, как исполь­зуется ядерная энергия изотопа урана с весом 235. Из тонны урана получается лишь семь килограммов

2^5

Урана 92, и отделение этого изотопа представляет собою задачу, хотя и решённую, но крайне трудную. Килограмм урана 292 обходится, повидимому, значи­тельно дороже 2 ООО тонн угля, которым он равен по^ количеству запасённой энергии. Возникает вопрос — нужно ли обязательно разделять изотопы и нет ли более простых способов использования энергии атом­ного ядра?

Установлено, что высвободить ядерную энергию урана возможно и без разделения изотопов. На первый взгляд вообще может показаться, что цепная реакция просто должна итти в природном уране. Выше было объяснено, почему реакция не идёт в уране 292. Но почему же в природном уране не делится весь находя­щийся в нём уран 292 ?

Дело оказывается в том, что уран 2Ц, составляю­щий 99,3 процента природного урана, может захваты­вать нейтроны относительно небольшой энергии, в не­сколько вольт или десятков вольт. При таком захвате

238

Деление ядер урана 92 не происходит, а образуется изотоп урана с весом 239, который затем радиоактив­ным путём превращается сначала в нептуний, а потом — в плутоний; об этой цепи превращений мы уже гово­рили раньше. В результате энергичного захвата нейтро­нов ураном 292 они не могут вызывать деление ура­на 292 и, таким образом, цепная реакция не идёт. Но этой беде всё же можно помочь.

238 о

Уран 92 захватывает нейтроны с энергией от не­скольких вольт до нескольких десятков вольт; более медленные нейтроны, могущие вызывать деление урана 292 изотопом урана с весом 238 энергично не захватываются. Поэтому, для того чтобы цепная реак­ция в природном уране всё же происходила, достаточ­но добиться очень быстрого замедления нейтронов

В уране. Если нейтроны удастся очень быстро замед­лить, то они будут лишь совсем недолго обладать энер­гией в несколько вольт или десятков вольт и большин­ство из них не будет захвачено ураном 292 • Замедлив­шись же, эти нейтроны могут вызывать деление урана 292 . При этом делении получится по два-три бы­стрых нейтрона на каждое разделившееся ядро; эти нейтроны, в свою очередь, будут быстро замедлены и вызовут деление новых ядер и т. д. Конечно, некото­рая часть нейтронов всё же будет захвачена ура­ном Ц, что приведёт в конечном счёте к образованию плутония.

Для того чтобы достигнуть быстрого замедления нейтронов в уране, нужно смешать уран с большим количеством какого-либо лёгкого вещества, точнее, вещества с небольшим атомным весом. Замедление нейтронов происходит просто потому, что, сталкиваясь с ядром, нейтрон отдаёт ему часть своей энергии. При этом нейтрон отдаёт тем большую часть энергии, чем легче ядро, с которым он сталкивается.

Для того чтобы это понять, достаточно вспомнить, что стальной шарик, столкнувшись со значительно более тяжёлым шариком, отскочит от него, почти не потеряв энергии. Еслн же сталкиваются два одинаковых ша­рика, то при лобовом ударе движущийся шарик оста­новится, а шарик, вначале покоившийся, начнёт дви­гаться.

Лучшим замедлителем нейтронов с этой точки зре­ния должен быть легчайший элемент — водород. Однако, водород для наших целей не подходит, потому что ней­троны в водороде не только замедляются, но и погло­щаются, — нейтрон, соединившись с протоном, может образовать ядро тяжёлого водорода, т. е. дейтон. По­этому нужно брать не водород, а тяжёлый водород и другие возможно более лёгкие элементы. По практиче­ским соображениям лучшими замедлителями нейтронов являются тяжёлый водород в виде тяжёлой воды и углерод в виде графита (графит — это чистый углерод; применяется, например, для изготовления карандашей); остальные лёгкие элементы более редки и поэтому 58 дороги. Впрочем, тяжёлая вода также дорога, и потому в Америке в смеси с ураном для замедления нейтронов используется, главным образом, графит. Для того что­бы нейтроны сильно не поглощались графитом, он должен быть очень чистым.

Итак, смешав природный уран с достаточным коли­чеством графита, можно вызвать цепную ядерную реак-

Дию и тем самым высвободить ядерную энергию. При этом существуют способы замедлять течение цепной реакции и тем самым избегать взрыва.

Установка, в которой уран смешан с замедлителем* получила название уранового «котла».