Големи количини на енергија се ...

• вовед
• Материјалниот свет
  • Мерката на нештата
  • Атоми, јадра и елементи
• радиоактивност
• Јадра и универзум
  • Arsвезди, галаксии и Универзумот
  • Од почеток до крај
  • Раѓањето, животот и смртта на вездите
  • Потеклото на елементите
• Нуклеарната енергија
  • Извори на нуклеарна енергија
  • фисија
  • Нуклеарни реактори
  • Други употреби на нуклеарна енергија
  • Нуклеарен отпад
  • Нуклеарна фузија
• Нуклеарни апликации
  • Придобивки и ризици
  • Нуклеарна медицина
  • Х-зраци во медицината
  • Методи за датирање во уметноста и археологијата
• Нуклеарна историја
  • Историја на нуклеарно оружје
  • Наука и Втора светска војна
  • Атомска бомба

Во јули 1939 година Силард го убеди економистот Александар Сакс во потребата од силна американска иницијатива за апликации за фисија со цел да се спротивстави на германскиот развој. Силард го замоли Ајнштајн да му пише на претседателот Рузвелт и да ги потенцира опасностите и можностите на распадот.

Со придонес на Едвард Телер и Јуџин Вигнер, писмото е изготвено на 2 август 1939 година. Сакс му го презентирал писмото со технички документ од Силард до Рузвелт на 11 октомври 1939 година, а претседавачот веднаш формирал комитет. Ураниум Консалтинг, предводен од научникот Лајман Br. Бригс, член на владата.

Десна слика: Ајнштајн и Л. Силард во август 1939 година. Подолу: оригиналното писмо на Ајнштајн-Силард

Приоритет беше даден на напорите на Ферми во Newујорк да произведе верижна реакција со природен ураниум и модератор на графит, заедно со студии во различни лаборатории за раздвојување на изотопот 235 U. Елементот 94 (плутониум) беше откриен во Беркли од страна на Глен Сиборг во февруари 1941 година, а неговите фисибилни својства ги проучувал Сиборг заедно со Емилио Сегре. Користењето на плутониум како алтернатива на 235 U стана важна опција.

Во јуни 1941 година, Ваневар Буш го убеди Рузвелт во потребата научниците да учествуваат во одбранбени програми и развој на ново оружје. Создадена е Канцеларијата за научно истражување и развој (ООРД), организација која треба директно да известува до претседателот. ACU се става под контрола на OSRD под новото име „Дел S-1“. Се препорачува вклучување на индустријата во производството на пилот постројки и се применува построга политичка контрола на истражувањето.

Слика погоре: Научни водачи на проектот С-1: Ернест О. Лоренс, Артур Х. Комптон, Ванебар Буш, ејмс Б. Конант, Карл Т. Комптон, Алфред Л. Лумис (Беркли, 29 март 1940).

На 9 октомври 1941 година, В. Буш го презентираше извештајот за МАУД, ставен на располагање од страна на Британците на Рузвелт и потпретседателот Хенри А.Валас. Рузвелт му дава на Буш целосна надлежност да испита дали може да се направи бомба и по која цена, со потребното финансирање од специјален претседателски извор. Статусот на „крајно тајна“ требаше да се чува и деталите за соработката со Обединетото Кралство да се дефинираат на многу прецизен начин. Ова беше од клучно значење за производството на бомбата.

Соработката имаше свои потешкотии, генерирани од делот што се чинеше дека е понапреден во нуклеарното истражување истовремено. Во 1941 година Британците го ограничија протокот на информации на Американците, кои во 1942 година одбија да вклучат британски тим во нивната програма. Проблемите беа комбинирани со присуството на француски научници во британскиот проект и со патентната политика. Во јануари 1943 година комуникацијата беше трајно прекината. Соработката во таа варијанта беше запрена со трилатералниот договор на Квебек од 17 август 1943 година помеѓу Канада, Велика Британија и САД. Велика Британија го запре својот проект за бомби и британски научници се придружија на американскиот тим, обезбедена е бесплатна размена на информации и секоја страна имаше право на вето за употребата на бомбата.

Откако САД влегоа во војна во декември 1941 година, американската нуклеарна програма доби ресурси на највисоко ниво, без никакви буџетски ограничувања.

Во Чикаго, Артур Комптон беше одговорен за извршување на верижна реакција за производство на плутониум, во Беркли Ернест Лоренс беше одговорен за електромагнетно изотопско одвојување на 235 U со употреба на циклотрони специјално дизајнирани за оваа намена. Харолд Уреј беше одговорен за изотопското одвојување со центрифугирање и дифузија на гас.

Генералот Лесли Гроувс беше назначен за воен шеф на проектот во септември 1942 година, сега наречен „Менхетен инженерски округ“ (МЕД) и веднаш даде најголем приоритет на обезбедување на потребните материјали и избра област од 230 км2 во Тенеси (Оук Риџ) за изградба на лабораториите. посветен на производство на пукан материјал.

Десна слика: Мапа на комплексот Оук Риџ изградена за производство на расипливи материјали. За неколку месеци, ова рурално подрачје, покрај огромните лаборатории, изгради и град со население од 13 000 луѓе и мрежа на асфалтирани патишта од 500 км. Следната година населението на градот достигна 42 000 луѓе.

Експериментите на Енрико Ферми со природен ураниум и поквалитетен графит му дадоа сигурност дека ќе успее во самоодржлива верижна реакција. На 6 ноември 1942 година започнал да гради демонстративен реактор (ЦП1) со помош на Вигнер за теоретски пресметки.

CP1 се расклопува веднаш и се добиваат материјали за изградба на поголем, CP2, во новата лабораторија во шумата Аргона близу Чикаго.

Лева слика: западна трибина на стадионот Стаг на Универзитетот во Чикаго, под кој е изграден CP1.

Електромагнетно одвојување се заснова на принципот дека наелектризираните предмети се забрзуваат кога се движат во електромагнетно поле. Потешките јони ќе бидат отклонети помалку од полесните јони. Правилно поставени колектори можат да го користат ова одвојување.

На метод на дифузија се заснова на фактот дека полесните молекули во гасот ќе имаат поголема просечна брзина од потешките молекули. Компресиран гас од соединение на ураниум е дозволено да дифундира низ порозна бариера: малку полесната 235 Молекулите имаат поголема шанса да избегаат низ дупки (со пречник на дел од микрон). Потоа, гасот што се појавува, малку збогатен со саканиот изотоп (3 дела на 1000) повторно се компресира и процесот се повторува. На станицата Оук Риџ во 1945 година, вкупната површина за одвојување беше илјадници квадратни метри и беше произведен ураниум збогатен до 10%.

Горно десна слика: шематски дијаграм на проток на гас во дифузна каскада

За дизајнот на бомбата, Ј. Роберт Опенхајмер, научен директор на МЕД, одлучи да ги собере сите потребни научници и експерти во новата тајна лабораторија, изградена во Лос Аламос (Ново Мексико), зимата 1942-1943. Во март 1943 година, лабораторијата, под надлежност на Универзитетот во Калифорнија, започна основни истражувања за производство на „практично воено оружје“. Од САД се пренесени неколку истражувачки алатки: циклонот Харвард, два забрзувачи на Ван дер Граф од Висконсин, забрзувач на Кокрофт-Волтон од Илиноис итн. Населението во Лос Аламос се удвојуваше на секои 9 месеци и достигна 5.000 во 1945 година.

Опенхајмер, не приврзаник на воени ограничувања, успеа да го задржи стилот на научна институција и да направи прекрасна истражувачка работа. Thereивотот таму беше тежок, но возбудлив, а контактот на млади физичари со искусни научници им овозможи да стекнат витални вештини.

Патот до Плутониум започнува со дозволување на 238 U да апсорбираат неутрон во нуклеарен реактор што работи на бавни неутрони. По прототипите CP1 и CP2, индустриските компании изградија 3 големи реактори во нов таен центар во Ханфорд (Вашингтон) и еден во Оук Риџ.

Во Лос Аламос, истражувањето за хемиските, физичките и металуршките својства на новиот материјал започна веднаш штом беше доставен Плутон, првично во грамски количини, а во пролетта 1945 година, во значителни количини, доволно за да се произведат три бомби.

Бомбата 235 У, наречена „Мало момче“, беше подготвена во Лос Аламос на 3 јули 1945 година. Пуканиот материјал беше збогатен до 86% за 3 критични маси, секоја тешка околу 60 кг. Неговата детонација се засновала на топовата техника, користејќи топ долг 180 см и тежок 453 кг.

Малото момче беше долго околу 3 метри, со дијаметар од 70 см, доволно мал за да влезе во просторот што го обезбедуваше бомбардер Б-29 и имаше вкупна тежина од околу 4000 кг. Научниците имаа целосна доверба во неговото работење и не се сметаше дека е потребен претходен тест.

Плутониумската бомба „Дебелиот човек“ имаше јадро со плутониум, тешка околу 6,1 кг и требаше да се активира со техниката на експлозија, за да се избегне пред-детонација, користејќи количина од 2300 кг моќен експлозив. Јадрото, ураниумот и моќните експлозиви се чуваа во уред што се состоеше од дванаесет делови во форма на пентагон. Оружјето имало стабилизирачки уреди и заштитен капак во форма на јајце, со дијаметар од 150 см. „Дебелиот човек“ бил долг околу 365 см и тежел околу 4900 кг.

Слика: Бомба Дебелиот човек додека е подготвена за испорака до Нагасаки.

Техниката на експлозија беше целосно нова и прелиминарните парцијални тестови не дадоа доверба заснована врз одредени докази.

Значи, бидејќи достапниот плутониум беше доволен, во средината на јули 1945 година беше направен последен тест за комплетна бомба во Аламогордо, во пустината Ново Мексико, на локалитетот наречен Троица.

Ефективноста на оружјето беше 17%, со моќност од 22kt. Тестот, исто така, овозможи проверка на неколку технички детали, но главната цел беше директно да се доживеат ефектите од нуклеарна експлозија.

Ниту еден од сведоците на првата нуклеарна експлозија всушност не бил подготвен за настанот: од почетниот блесок и првичното огнено топче без никаков шум, од тивката топлина на пулсот на светлината, како истовремени тешки дланки на двата образа, до ударен бран што трчаат низ пустинската почва и до облакот на парчиња што создава форма на печурка.

Десна слика: Почетната огнена топка од првата нуклеарна експлозија на Земјата, 16 јули 1945 година.

Сепак, главните појави остануваат непроменети. Огромната енергија произведена за кратко време на експлозијата ги загрева материјалите на температури од десетици милиони степени и притисоци од редот на милион атмосфери. Се зрачат големи количини на енергија, главно од електромагнетна природа, кои се апсорбираат од воздухот, што доведува до формирање на екстремно топла и блескаво воздушна маса. Оваа огнена топка расте во големина и се зголемува, намалувајќи ја нејзината температура. По околу една минута, светлината емитува и облакот се искачува на околу 7 км.

Редоследот на фотографиите лево ги покажува првите 4 секунди од еволуцијата на огнената топка од експлозијата поврзана со тестот Троица.

До почетокот на 1945 година стана јасно дека сојузниците ќе ја добијат војната и во Европа и во Пацификот. Многу научници започнаа да дискутираат за социјалните и политичките импликации на нуклеарната енергија и за последиците од употребата на бомбата. Во јуни 1945 година, извештајот на Jamesејмс Франк сугерираше да се спречи Јапонија и да се демонстрира моќта на бомбата во ненаселена област за да се покажат нејзините разорни ефекти. Научен круг, составен од Комптон, Ферми, Лоренс и Опенхајмер, беше создаден за да го советува Привремениот комитет и да ги известува ставовите на научниците.

Утрото на 6 август 1945 година во 08:15 часот, Малото момче беше фрлено над Хирошима, експлодирајќи на 580 метри над градот, со моќност помеѓу 12 и 15 ст. На 9 август 1945 година, во 11:02 часот, Дебелиот човек експлодирал 503 метри над Нагасаки; нејзината моќ беше над 22kt. Двата града беа уништени, со повеќе од сто илјади мртви и сто илјади ранети. Јапонија се предаде и Втората светска војна заврши. Конечната одлука за фрлање на бомбата беше мотивирана и воено, за да се избегне огромна загуба на животи во инвазијата на Јапонија и политички, да се стави крај на војната пред Советскиот сојуз да се прошири на Пацификот.

Слика: полковник Пол В. Тибетс Jуниор во неговиот бомбардер Б52 „Енола геј“ пред полетувањето во Хирошима.

По војната започнаа да се испитуваат цивилните и воените изгледи на нуклеарна енергија. Новиот претседател на САД, Хари С. Труман, создаде „Привремен комитет“ да одлучува за употреба на оружје и да ја претстави нуклеарната програма за во иднина. Меѓу одлуките што требаше да се донесат беше да се избере помеѓу започнување меѓународна соработка или водење американска политика за монопол.

Но, Втората светска војна беше пресвртна точка во односите меѓу научниците и владите. Првиот не само што измисли и изгради ново оружје, туку и промовираше и учествуваше во донесување одлуки за нивна употреба, станувајќи партнери во процесот на креирање на политики.

Воениот и политичкиот успех на атомската бомба и економските изгледи на нуклеарна енергија и дадоа видливост и моќ на научната заедница насекаде. На Обединетото Кралство, Русија и Франција им беа потребни научници да изградат свои нуклеарни арсенали. Во Соединетите држави, физичарите добија значителна финансиска поддршка и успеаја да стекнат одговорност за контрола на развојот на нуклеарната енергија, и покрај желбата на воените установи. Во Соединетите држави, политиката за нуклеарна енергија е делегирана на Комисијата за атомска енергија, организација под цивилна контрола.

---