История создания атомного оружия

   Комитет  Томсона  занялся разрешением трех отдельных, но взаимосвязанных  проблем. Во-первых, следовало получить большие сведений относительно самого ядра урана, так как от этого зависел успех в создании урановой бомбы вообще и, в частности, определение размеров уранового взрывчатого заряда. Фриш и Пайерлс в Бирмингамском университете усилено работали  над определением сечения  захвата уранового ядра. Было очень важно  знать степень точности этого определения. Требовалось также  убедиться в справедливости  многих других основных характеристик ядра – непостижимо крошечного комка  частиц, плотно удерживаемых вместе внутриядерными силами.

   Во-вторых, надо было исследовать невероятно сложную картину: что же происходит при многомиллионном повторении процесса деления, которое в ничтожную долю секунды должно высвободить чудовищную энергию? Предмет исследования был таков, что за разрешение  его  могли взяться только физики – ядерщики, в совершенстве знающие математику.

Третьей была проблема отделения  от тысячи атомов природного урана таких семи атомов, которые содержат 142, а не 146 или 142 нейтрона, заключенных в ядре, - атомов, и химически и во всех других отношениях, за исключением внутреннего строения, подобных остальным 993 атомам.

Решение этих трех  главных проблем, а также множества других, менее значительных, требовало денег, соответствующих условий и людей. Нужно  было закупать уран и всевозможное оборудование, выплачивая жалование персоналу,  находить лабораторные площади, печатать материалы, неофициально договариваться с университетскими руководителями и т.д.  И  все это организовывать без ущерба  для других разработок военного ведомства, не вызывая у случайных свидетелей и тени подозрения о том, что физики – ядерщики включились в военные исследования. Ощущалась также острая  нужда в ученых.

    Однако не смотря не тревоги и сомнения среди  определенных  кругов ученых – ощущения, которым предстояло и дальше расти и распространяться, «новобранцы»  для разработок  все же нашлись, и весной 1940 г. они  взялись за дело серьезно.
    Наиболее важные теоретические вопросы были связаны с определением  сечения захвата самого ядра и размерами критической массы для урана-235. Определение сечения проводилось сначала в Ливерпульском университете. Здесь Чедвик и его коллектив продолжали, теперь уже в официальном  порядке, работу, которой они занимались несколько месяцев  как частной. Несколько позже, когда  работа развернулась еще больше, и возникли  новые проблемы, было  решено привлечь к работе и Кавендишскую лабораторию.  В Кембридже в исследования включились два замечательных физика. Один из них был проф. Норманн Фезер, другим – Эгон Бретчер. Теоретические  положения проблемы     разрабатывались в Бирмингаме   Пайерлсом.

    Коллективы Чедвика в Ливерпуле и Пайерлса в Бирмингаме  имели дело с относительно секретными вопросами, касавшимися ядерного оружия, характеристики взрыва и вычисления размеров разрушений, которые он мог причинить. Крайне важным был вопрос  о получении самой  ядерной взрывчатки.  Возможность изготовления бомбы теперь зависела  целиком – или это так казалось в 1940 г. – от  того, удастся или нет получить в достаточном количестве уран-235.  Трудность заключалась в разделении изотопа урана.   В 1939 г.  Фриш лично проделал некоторые эксперименты в Бирмингаме, также весьма   важные попытки разделить два изотопа урана, были предприняты в Кларендонской лаборатории (Оксфорд). В Оксфорде  занимался этой проблемой Франц  Симон. Всю зиму 1939/40 г.  Симона не оставляла мысль о различных вариантах разделения изотопов. Однажды утором Симон появился в Кларендонской лаборатории с простым кухонным ситом, сделанным из металлической сетки. Держа его против света, ученый обратил внимание своих сотрудников на множество мелких дырочек, сказав: «То, что мы ищем, представляет собой нечто подобное, только с гораздо более мелкими отверстиями».  Это уже  была идея промышленного использования диффузионного метода  разделения изотопов, который в лабораторном масштабе применялся десять лет назад в Берлине проф. Герцем для разделения изотопов неона. Основной вклад Симона в историю создания бомбы и  заключается в реализации громадных возможностей этого метода, а также в проектировании полупромышленной установки. 

    Принцип действия  такой установки прост. Изотоп урана-235 немного легче, чем изотоп уран-238, так как в ядре первого заключено на три нейтрона меньше. Поэтому если уран в какой-либо газообразной форме будет проникать через фильтр с ничтожно малыми отверстиями, то изотоп уран-235 пройдет несколько быстрее, чем более  тяжелый изотоп; газ по ту сторону фильтра  будет  содержать несколько больше урана-235 по сравнению с газом,  не прошедшим еще сквозь фильтр. Разница эта мала, и ясно, что необходимо заставлять газ  проходить через очень большое количество фильтров, или мембран, чтобы получить  ощутимый результат. Трудности обращения с ураном в газообразном виде, точность определения стенки обогащения газа ураном-235 на каждой стадии, проектирование аппаратуры, способной  давать продукцию в нужном количестве, - все это было только одной стороной дела.  Первое, что следовало сделать, это испытать сам метод. Испытание показали, как мало знали в то время о газовой диффузии. Никто тогда еще не имел ни малейшего представления о том, какие оптимальные температуры и давления требовались для работы  аппаратуры.  Никто не знал, какой материал наиболее подходящий  для  мембран.  Кроме  того, возникли затруднения при определении размеров отверстий: если бы они были слишком велики, то это повело бы к снижению производительности всей системы  разделения; если бы  они были чересчур малы, то, очевидно,  уменьшили бы скорость процесса.  В начале попробовали «голландское полотно», это очень тонкая медная сетка с несколькими сотнями отверстий на дюйм. Эксперименты проводились в надежде найти на основе принципа «пробуй-ошибайся, ошибайся-пробуй» наиболее подходящие размеры отверстия.  Эти эксперименты продолжались все лето1940 г, также параллельно велись испытания по всем направлениям.

Работе препятствовали  постоянные немецкие  бомбежки. Они начались в сентябре 1940 г. и практически закончились в ночь на 10 мая 1941 г., когда палата общин, военное ведомство, 14 больниц, королевский хирургический колледж и ратуша вместе с сотнями других зданий были сожжены или превращены в развалины. Это были  последние и  бесплодные попытки немцев  бомбежкой Лондона поставить противника на колени. В таких  условиях людям нужны были крепкие нервы и непоколебимая вера в будущее, чтобы заниматься работой по созданию оружия, для изготовления которого требовалось четыре или пять  лет, хотя и тогда их могла постичь неудача. В условиях бомбардировок даже простая организация заседаний комитета, переписка и обсуждение итогов встречали неожиданные трудности.

   В течение всего периода бомбежек работы по трем направлениям проводились в Ливерпули, Бирмингаме и Оксфорде. Вскоре они начали давать результат. Некоторым работникам становилось ясней и  ясней, что проблема изготовления бомбы принимала новую форму. Вопрос о том, можно ли было ее построить,  постепенно терял свое значение; вместо него важнейшим становился вопрос о целесообразности ее изготовления: оправдаются ли колоссальные затраты людских сил, материалов и денег, которые, очевидно, потребуются?

   В Ливерпуле Чедвик  со своим коллективом старался получить основные ядерные величины, от которых зависела возможность срабатывания бомбы.  Фриш также имел дело с проблемой исследования того, каким образом должны были  соединиться вместе две «некритические»  половинки, чтобы образовать критическую массу для взрыва. Ученый использовали  всю свою изобретательность  для придания реальной формы теоретической проблеме. С этой целью он построил оптическую модель бомбы, в которой роль нейтронов играли  световые лучи. С помощью этой модели Фриш предполагал  установить, что будет происходить по мере сближения двух некритических половинок. Точное значение критической массы оставалось неизвестным до начала 1941 г., когда ее определили в Ливерпуле. Фриш принимал активное участие в эксперименте, а Пайерлс и Прайс проводили  вычислительную работу.

   В Бирмингаме  Пайерлс и его коллектив пользовались экспериментальными данными, получиными в Ливерпуле, для вычисления критического размера взрывчатой начинки бомбы, проверки механизма ее чудовищного взрыва и для вычисления количества энергии, которое должно выделиться.   Кроме того, они изучали варианты различных устройств, необходимых для  усиления взрыва. Пайерлс лично помогал решить многие чрезвычайно сложные математические проблемы, возникающие в процессе работы по разделению изотопов в Оксфорде. Всюду, где было возможно, вычисления одной группы проверялись другой. Все исследование неизменно стали подтверждать основную  теоретическую возможность создания бомбы, т.е. если два куска некритического размера чистого урана-235 сблизить вплотную, то результатом будет взрыв ужасающей силы. Оставался нерешенным  последний вопрос: можно ли  получить уран-235? Чтобы ответить на него, требовалось не только умственное напряжение, но и успешное  разрешение множества буквально пугающих загадок химической технологии. К началу зимы 1940 г. стало казаться, что решение всех этих вопросов возможно.

Деятельность Симона и его оксфордского коллектива по разделению изотопов покоилась на довольно шаткой базе контракт с министерством  авиационной промышленности на сумму 5000 фунтов стерлингов, выданного Оксфордскому  университету летом. Работа, которую начал оксфордский коллектив, шла по двум направлениям.  Во-первых, нужно было  определить физические и химические свойства гексафторида урана – газа, который имел наилучшие перспективы для разделения изотопов методом газовой диффузии. О нем  пока  мало знали, но предполагали, что  этот газ обладает многими отрицательными  и трудноустранимыми свойствами. Во-вторых, требовалось  определить точно, каким  путем,  и при каких условиях можно отделить один изотоп от другого при прохождении сквозь мембраны. 

     К началу зимы многие из этих теоретических  барьеров и некоторые другие затруднения были преодолены. Успешные  результаты оксфордского коллектива нашли свое отражение в многостраничном исчерпывающем докладе, составленном Симоном в середине  1940 г. В этом докладе говорилось не только о путях преодоления многих  трудностей, но и о проекте завода, необходимого для выполнения работы. Составление проекта завода для разделения редких изотопов урана было наиболее важным  шагом, после чего вся проблема стала выглядеть значительно проще в техническом отношении. Симон  понимал, что проект интересен, но довольно дорогой в условиях военного времени.

    В письме от 15 июня 1940г. в журнале «Физикл ревю» американские ученые Макмиллан и Абельсон утверждали, что при наличии определенных условий захват нейтронов ураном-238 приводит к образованию относительно стабильного элемента с атомным  номером 94 и массовым числом 239. Этот элемент в последствии назвали Плутоном. Это факт заинтересовал английских ученых, несмотря на все неопределенность, чувствовалось, что новый элемент мог приобрести большое военное  значение. Согласно вычислениям, плутоний и уран-233 могли делиться примерно тем же путем, что и  уран-235. В дальнейшем требовалось только отделить элемент уран от химического отличного элемента плутония вместо того, чтобы пытаться  осуществить бесконечно более трудное разделение двух изотопов – урана-238 и урана-235.  Несмотря на открытие нового элемента, завод по разделению изотопов урана никто не хотел отбрасывать.  К 1941 г. исследование и разработки по разделению изотопов были значительно расширены. К этому времени уран-235 почти стал реальностью, в то время как с плутонием дело обстояло  совершенно иначе.  Ничего не было известно о его химических свойствах, - все  это, как и многое другое, противопоставлялось сравнительной легкости отделения его от урана. В результате уран продолжали рассматривать как основную  ядерную взрывчатку, хотя  в первые месяцы 1941 г. вели исследования в обоих направлениях.

     Самыми тяжелыми проблемами, были проблемы выдвигаемыми Симоном в проекте постройки завода по отделению легкого изотопа урана. Центральной проблемой являлось изготовление мембран в колоссальных количествах. Но и эта проблема со временем была решена.

     Летом 1941 г. правительству был предоставлен правительству доклад от «Мауд Комитти», о создании «урановой» бомбы, количество людей, средств, ресурсов и денег которые потребуются для  ее создания. Главное, доклад «Мауд Комитти» означал конец одной стадии и начало другой на пути создания оружия. Теперь  правительству предстояло решить три проблемы.  Во-первых, надо ли изготовлять бомбу вообще? Во-вторых, стоит ли до конца войны предпринимать что-либо для  получения промышленной атомной энергии с помощью реактора, и если да, то делать ли это в порядке субсидируемых правительством  работ или отдать их  в руки частных предпринимателей? В-третьих, в каких пределах возможно и целесообразно привлекать к ядерному предприятию американцев?   Американцы уже проявляли интерес  к ядерным разработкам англичан, также как и англичане проявляли интерес к работам американцев.

    Правительство приняло положительное решение в отношении разработки «урановой» бомбы.  В сентябре, научно-консультативный комитет рекомендовал, что опытный завод по производству урана-235 был построен в Англии, а завод  промышленного масштаба - в  Канаде. Также допустили американскую компанию к работам, были достигнуты  соглашения по патентным проблемам.  Правительство выделило на  6 месяцев сумму равную  100000 фунтов стерлингов.  Начиная с осени 1941 г. вокруг проекта в целом возникла новая атмосфера. До  этого времени его участники в основном только вели разговоры относительно бомбы, отныне же они должны были помогать в изготовлении практического оружия войны.

    «Тьюб  Эллойс» - первая в мире британская организация  для  производства ядерного взрывчатого вещества – была создана в октябре 1941 года. Но уже через два года ее программу работ затмила несравнимо более крупная  по размаху программа США, начатая  с декабря 1941 года. И хотя эта программа на словах считается объединением проектом, Британия оказалась оттесненной от какого бы то ни было контроля за  всем предприятием. Такое  положение  сложилось почти исключительно потому, что Америка, обладала значительно большим  научным и промышленным потенциалом, была избавлена от угрозы бомбежек, в то время как Британия всегда находилась в опасности. Поглощение британских усилий оправдывалось здравым смыслом и взаимными потребностями.

В связи с этим Британия стала дающей стороной, со временем от английских   ученных стали  вскрывать некоторую информацию и постепенно переводить их на второй план. Даже переговоры между двух высших госчиновников Британии и Америки, привели к незначительным изменениям в отношениях по ядерному оружию.

     Наиболее важным  кажется то, что Англия поставила перед собой задачу изготовить такое оружие. В этом отношении  она  была первой в мире. Но с другой стороны, еще очень многое оставалось сделать ученым и инженерам.  В отношении математических и расчетных выкладок Британия была на голову выше Америки. Если бы не  постоянные атаки немцем, кто знает, какая бы страна испытывала первое в мире атомное оружие.  

                             Соединенные Штаты Америки.  

   Америка это первая страна, которая испытала ядерное оружия, а также применила его. Перед началом  Второй мировой войны США была мало активна в сфере  атомного оружия. Америка, в свою очередь,  чувствуя себя в безопасности  за широкими просторами Атлантического океана, сожалела о нежелательной направленности событий, в Старом Свете, но пока еще мало что предпринимала. 

   Альберт Эйнштейн написал президенту США Франклину Рузвельту письмо, в котором якобы говорится о попытках нацистской Германии очистить Уран-235, что может привести их к созданию атомной бомбы. Сейчас известно, что германские учёные были очень далеки от проведения цепной реакции. В их планы входило изготовление "грязной", сильно радиоактивной бомбы. Это могло быть серьезной угрозой для США. Как бы то ни было, правительством Соединённых Штатов было принято решение - в кратчайшие сроки создать атомную бомбу. Название данному проекту под которым он вошел в историю дали  Манхэттенский  проект  или  "Manhattan Project". Возглавил данные проект  Лесли Гровс.

   Следующие шесть лет, с 1939 по 1945, на проект Манхэттен было потрачено более двух биллионов долларов. В Oak Ridge, штат Теннеси, был построен огромный завод по очистке урана.

   На территории Соединенных Штатов, в Лос-Аламосе, в пустынных просторах штата Нью-Мексико, в 1942 году был создан американский ядерный центр. Над проектом работало множество учёных, главным же был Роберт Оппенгеймер. Под его началом были собраны лучшие умы того времени не только США и Англии, но практически всей Западной Европы. Над созданием ядерного оружия трудился огромный коллектив, включая 12 лауреатов Нобелевской премии. Работа в Лос-Аламосе, где находилась лаборатория, не прекращалась ни на минуту. В Европе тем временем шла Вторая мировая война, и Германия проводила массовые бомбардировки городов Англии, что подвергало опасности английский атомный проект, и Англия добровольно передала США свои разработки и ведущих ученых проекта, что позволило США занять ведущее положение в развитии ядерной физики (создания ядерного оружия).

     Был создан  Урановый комитет (Консультативный комитет по урану). В него вошли Л. Бриггс (председатель), два артиллерийских эксперта — капитан 3-го ранга Дж. Гувер и полковник  К. Адамсом. Бриггс включил в Комитет еще нескольких человек, в том числе Ф. Молера, А. Сакса, Л. Сциларда, Э. Вагнера, Э. Теллера, и Р. Робертса. Первое заседание уранового комитета состоялось в октябре 1939 г. 1 ноября 1939 г. Комитет представил президенту Рузвельту доклад, где говорилось о реальной возможности получения и атомной энергии и атомной бомбы.

     17 июня 1942 г. Буш, который был председателем исследовательского комитета национальной обороны США, представил президенту доклад, в котором изложил план расширения проекта по атомной бомбе. Доклад содержал следующие положения:

1. Несколько килограммов урана-235 или плутопия-239 представляют собой взрывчатку, эквивалентную по мощи нескольким тысячам тонн обычных взрывчатых веществ. Такую бомбу можно взрывать в нужный момент времени.

2.Существует четыре практически осуществимых метода получения делящихся веществ: электромагнитное разделение урана, диффузионное разделение урана, разделение урана на центрифугах с получением в этих случаях делящегося изотопа урана-235, а также получение плутония -239 при помощи цепной реакции. Нельзя определенно утверждать, что какой-то один из этих методов окажется лучше других.

3.Можно проектировать и строить довольно крупные промышленные установки.
4.При наличии необходимых фондов и прерогатив всю программу действий, по-видимому, можно было начать достаточно быстро, чтобы она приобрела военное значение.

     Материалы были возвращены Бушу с одобрением президента: Рузвельт отдал приказ начать работы по созданию атомной бомбы. Летом 1942 г. проект был передан в ведение армии. 18 июля 1942 г. полковник Дж. Маршалл получил указание образовать новый округ инженерных войск для выполнения специальной работы — огромный комплекс организационных мероприятий, исследовательских и промышленных работ, которому придаются кадры ученых, лаборатории, промышленные установки, разведывательные органы.

     Все работы по созданию атомной бомбы протекали в обстановке абсолютной секретности. Очень немногие знали о том, что скрывается за вывеской Манхэттенского проекта. Даже госдепартамент США до начала Ялтинской конференции в феврале 1945 г. ничего не знал о проекте создания атомной бомбы. О целях проекта не было известно и объединенному комитету начальников штабов. Знали лишь отдельные лица, по выбору президента Ф. Рузвельта. Манхэттенский проект имел свою полицию, контрразведку, систему связи, склады, поселки, заводы, лаборатории  и  свой колоссальный бюджет. По размаху работ и размерам капиталовложений он был и поныне остается самым крупным научным проектом.

     В США засекретили даже опубликованные ранее книги и статьи, где говорилось о возможности создания атомной бомбы. Так, из всех библиотек США были изъяты номера газет «Нью-Йорк Таймс» и «Сатерди ивининг пост» со статьями У. Лоуренса, в которых рассказывалось об атомной бомбе. Был отдан приказ записывать фамилию каждого, кто интересовался этими номерами газет, и ФБР затем выясняло его личность.

     Каждая операция в общем цикле работ была построена на принципе изолированности. Каждый работник знал только те детали проекта, которые касались его работы непосредственно. Даже в случае крайней необходимости для обмена информацией между разными отделами требовалось особое разрешение.

     Для Лос-Аламосской лаборатории сделали исключение. В ее библиотеке появились отчеты других отделов и лабораторий, а с переводом в Лос-Аламос ученых из других подразделений поступило много новой ценной информации. Правда, за доступ к информации ученые заплатили ограничением личной свободы: с самого начала лаборатории были окружены оградой и охрана пропускала только имевших разрешение. Еще одна ограда окружала весь городок. При входе и выходе проводилась проверка. На все поездки требовалось разрешение, корреспонденция подвергалась цензуре. За каждым работающим велось тщательное наблюдение. Все районы Лос-Аламоса, Ок-Риджа и  Хэнфорда находились под постоянным контролем служб безопасности, на его границах круглосуточно дежурили специальные патрули. Жители трех засекреченных городов могли отправлять и получать корреспонденцию только через цензуру, телефонные разговоры прослушивались. Ученым дали другие фамилии. В служебных помещениях и на многих частных квартирах были тайно установлены звукозаписывающие аппараты. К ведущим специалистам были представлены «телохранители», которые не спускали с них глаз.

     Проблема привлечения нужных людей в Манхэттенский проект инженерный округ была довольно сложной. Кадры научных работников страны использовались на других важных оборонных работах. В развитии  проекта, помогло то обстоятельство, что, спасаясь от фашистского террора, многие выдающиеся ученые вынуждены были эмигрировать на американский континент. Эмиграция ученых объяснялась в основном усиленным проникновением нацистской идеологии на университетские кафедры Германии, где перестали уважать способности и таланты, а провозглашали верность фашизму, прославляли чистоту «арийского» происхождения.

Страницы: 1, 2, 3