Первое ядерное оружие
Вторая мировая война привела к появлению оружия нового уровня мощности – ядерного. Одна ядерная бомба была разрушительней длительной массированной бомбардировки. Человечество вступило на путь, каждый шаг по которому мог стать последним.
Kernwaffenprojekt и «Манхэттен»
Немецкие физики произвели искусственное деление ядра, облучив потоком нейтронов атомы урана, и в Германии начали работать над проектом ядерного оружия – Kernwaffenprojekt. С 1939 г. лучшие умы Третьего рейха обогащали природный уран, создавая ядерное топливо, наиболее удобное для получения самоподдерживающей цепной реакции (СЦР), и строили ядерный реактор – установку для осуществления СЦР. Тяготы войны и эмиграция многих ученых, не желавших работать на Гитлера, помешали созданию нацистской атомной бомбы. Американский ядерный проект – «Манхэттенский проект» – стартовал только в 1943 г. Но США, не разоренные войной, могли тратить громадные средства на его продвижение и уже летом 1945 г. создали ядерную бомбу.
«Пушечная» бомба
Одна из двух первых американских атомных бомб – «Малыш» (Little Boy) – была устроена довольно просто. В ней было два элемента из обогащенного урана: «снаряд» – 160-мм цилиндр с выемкой, и «мишень» – цилиндр диаметром 100 мм, входящий в эту выемку. Вместе они составляли критическую массу, достаточную для поддержания СЦР. Сводить элементы надо было быстро – цепная реакция запускалась уже при сведении их на полметра. Выделяющейся энергии было недостаточно для взрыва, но она могла расплавить конструкцию бомбы, сделав ее неработоспособной. Для быстрого сведения элементов использовали пушку. В орудийном стволе взрыв порохового заряда разгонял урановый «снаряд» до 300 м/с и насаживал его на «мишень», расположенную в конце ствола.
Конструкцию окружал отражатель нейтронов – оболочка из стали и карбида вольфрама, которая возвращала пытающиеся вылететь из урановой сборки нейтроны, поддерживая тем самым СЦР. Вес урановых элементов «Малыша» составлял 64 кг. В теории критическая масса составляла 10 кг, но уран был обогащен только до 80%, поэтому его требовалось больше. Эффективность бомбы была невысокой – в реакцию успевало вступить менее 1% ядер урана. Бомба взрывалась на высоте 500–600 м, команду на подрыв давали 4 радиовысотомера, измерявшие расстояние до земли по принципу локатора. А чтобы бомба случайно не взорвалась сразу после сброса с самолета, в ней было два предохранителя –барометрический высотомер и таймер.
Хиросима и Нагасаки
В августе 1945 г., когда американские бомбы были готовы, фашистскую Германию уже разгромили, а ее союзник Япония находилась накануне капитуляции. Военной необходимости в применении против японцев атомных бомб не было, но американцы решили испробовать свое ядерное оружие на японских городах. Цели выбирали из 4 городов, не пострадавших от бомбардировок (чтобы точнее оценить воздействие атомной бомбы). 6 августа 1945 г. американский бомбардировщик В-29 сбросил бомбу «Малыш» на Хиросиму, а 9 августа такой же бомбардировщик отправил «Толстяка» в Нагасаки. Бомбы обратили эти мирные города в пыль, унеся 150–246 тыс. жизней. Тысячи людей, выживших в бомбардировках, получили большие дозы радиации и на протяжении десятилетий мучительно умирали от вызванной ею лучевой болезни.
Хитроумное устройство
«Начинкой» второй атомной бомбы «Толстяк» (Fat Man) был многослойный шар с оболочкой из «взрывных линз». Синхронно взрываясь, линзы создавали точно рассчитанную систему ударных волн, равномерно сжимавшую сердцевину бомбы – окруженную алюминием урановую сферу, 6-кг плутониевый шар и нейтронный «запал» из бериллия и радиоактивного полония. При сжатии полоний сближался с бериллием, и нейтроны, испускаемые при самораспаде полония, начинали выбивать из ядер бериллия «их» нейтроны. Эти элементарные частицы попадали в плутоний, который от сжатия уплотнялся и приобретал критическую массу, и запускали СЦР. Урановая оболочка отражала нейтроны и возвращала их в плутоний для более эффективного протекания реакции. Выделяемая энергия стремительно росла, и бомба взрывалась.
Сила воздействия авиабомб раньше оценивалась по их весу – хотя в 250-кг авиационной бомбе могло быть всего около 60 кг взрывчатки. Для оценки мощности ядерных бомб был принят эквивалент выделения энергии при взрыве тротила (тринитротолуола, ТНТ). При взрыве 1 г ТНТ выделяется 1000 калорий энергии. Мощность атомных бомб «Малыш» и «Толстяк» оценивали по произведенным ими разрушениям, соответственно в 13–18 и 21 килотонну ТНТ.