История создания атомной бомбы «Малыш»
Покорение атома началось за полвека до Хиросимы.
В 1896-м году французский химик Антуан Беккерель открыл цепную реакцию урана, положив начало разработкам в ядерной физике. В 1898-м году Мария и Пьер Кюри обнаружили в настуране, минерале урана, большое количество радиации. Супруги предположили наличие огромного потенциала неизвестной энергии, заключённой в атомах радиоактивных элементов. Создание источника энергии, способного утолить энергетический голод активно развивающегося индустриального общества, вызвало невероятный интерес в научном мире.
В 1911-м Эрнест Резерфорд открыл альфа, бета и гамма излучение и описал строение самого атома. В 1932-м году физики Эрнест Уолтон и Джон Кокрофт первыми в мире расщипили ядро лития. В 1938-м году немецкий физик Отто Ган расщипил ядро урана.
После опытов Гона, профессор Гамбурского университета Пауль Хартек обратился в военное управление Германии с заявлением о возможности создания нового высокоэффективного оружия: «Страна, которая сумеет первой овладеть практическими достижениями ядерной физики, приобретёт абсолютное превосходство».
В 1939-м году в Куммерсдорфе под Берлином началось строительство прототипа первого реактора.
В конце тридцатых годов Германию покинуло множество ученых, отрицавших идеи национально-социалистической партии и милитаристские настроения, сопровождавшие строительство Третьего рейха.
Знание о ядерной программе Германии и представление о возможностях нового оружия распростанились по обе стороны Атлантики. Началась гонка вооружений.
В Берлине сформировали группу ученых, занятых исключительно новым «Урановым проектом». Согласно программе «Урановый проект», создание ядерного оружия считалось возможным за 9-12 месяцев.
Физик Вернер Гейзенберг провел теоретическую разработку конструкции первого реактора: для поддержания ядерной реакции трабовалась тяжелая вода, чистый углерод и уран. Урановую руду закупали в Конго у бельгийской фирмы Union Miniere. Норвежская компания Norsk Hydro поставляла тяжелую воду. Получение урана-235 происходило при помощи промышленной установки, построенной немецким концерном «Фарбениндустри».
В конце 1940-го года реактор, собранный согласно расчетам Гейзенберга не смог поддержать цепную реакцию. Вероятной причиной стало низкое качество урана, полученного на установке Клузиуса-Диккеля. Установку признали бесполезной, а метод газообразной диффузии урана — несовершенным.
Другой проблемой стал недостаток тяжелой воды и дифицит чистого графита, используемого также для разработки ФАУ-2. Графит низкого качества оказался непригоден для замены тяжелой воды. Так возникла знаменитая «ошибка Боте», вызванная низким качеством сырья, а не принципиальной негодностью графита в качестве замедлителя нейтронов.
Строительство реактора затянулось на два года.
Первый ядерный реактор заработал в Лейпциге только в феврале 42-го года.
Реактор состоял из алюминиевых полусфер, содержащих 550 килограммов порошкового урана и 150 килограммов тяжелой воды. Для инициации реакции в уране находился радий-бериллиевый сердечник. Вскоре после запуска реактор взорвался.
Вероятными причинами взрыва называли разгерметизацию оболочки реактора; неконтролируемую цепную реакцию или промышленный саботаж.
В июне 1942-го года, на совещании имперского министра вооружения и боеприпасов Шпеера, Гейзенберг назвал условия для запуска рабочего реактора: два года работы и выполнение всех требований ученых.
Несмотря на аварию, физики получили все необходимые материалы, фонды, деньги и государственную поддержку.
В феврале 43-го года англичане уничтожили завод по производству тяжелой воды. Из-за отсутствия видимых результатов, «Урановый проект» передают из военного ведомства в исследовательский совет со значительным сокращением финансирования.
В январе 44-го Гейзенберг получил литые урановые пластины, предназначенные для испытаний в новом реакторе. Испытания планировались на начало 45-го года, после завершения строительства реактора, но 31-го января все оборудование эвакуировали в деревню Хайгерлох на границе со Швейцарией.
Среди оборудования находился реактор с активной зоной из полутора тонн урана и десятитонным графитовым отражателем. В марте в активную зону влили полторы тонны тяжелой воды и 23-го марта зафиксировали стабильную работу реактора. Однако реакция не достигла критической точки: согласно расчетам требовалось еще 750 кг урана и дополнительный объем тяжелой воды, которой не было.
23 апреля в Хайгерлох вошли американские войска. Реактор разобрали и эвакуировали в США.
Существуют различные мнения о том, могла ли Германия создать атомную бомбу до завершения Второй мировой. В заявлении немецких ученых, опубликованных после разгрома Германии, основной целью разработок называлось создание атомной энергетической установки. Кроме того, выбор тяжелой воды в качестве одного из ключевых элементов усложнил рабочий процесс; работы с альтернативными методами — использованием графита и изотопа урана-255 начались незадолго до краха Третьего рейха. Но энергетическая установка, полученная к завершению войны, была не только рабочей, но и могла быть построена в короткое время. Колоссальный опыт, полученый немецкими учеными за годы разработок, также позволял избежать многих ошибок. Не следует забывать и о промышленных диверсиях, о физиках, вывозившихся в США, о шпионской программе «Алсос», проводившейся на территории Германии в 42—45 годах и занятой сбором информации о немецкой ядерной программе.
Взрыв над Херосимой произошел 6 августа 45-го года. Достаточно ли трех месяцев для создания ядерной бомбы? Или американская ядерная программа длилась дольше?
Вернемся на несколько лет назад.
В 1939-м году группа физиков составила коллективное обращение на имя президента Соединенных Штатов Америки Франклина Рузвельта.
В письме излагались опасения в связи с политической обстановкой в Германии и вероятной разработкой нового оружия. Содержались призывы финансировать работу Энрико Ферми, увеличивать запасы урана и обеспечить поддержку исследований в области ядерных реакций.
Письмо восприняли всерьез. В качестве финансирования Ферми получил 6 000 долларов, которые потратил на графит и эксперименты по расщеплению атома (повторив таким образом работу Отто Гана). Было проведено несколько совещаний, определяющих будущую структуру научных работ.
28 июня 41-го года Рузвельт подписал указ о создании «Бюро научных исследований и разработок». В октябре того же года Рузвельт одобрил ядерную программу и договорился о координации усилий с Уинстоном Черчиллем.
Англия, активно помогавшая США в разработке ядерного оружия, не получала от американцев результатов исследований (первое испытание английской ядерной бомбы состоялось только в 1952-м году).
Возможно, это было связано с недоверием США в адрес английских ученых, среди которых активно действовала советская резидентура. Например, широко известный Клаус Фукс — немецкий ученый, ставший частью британской миссии.
Прежде всего, США требовалось решить проблему с сырьем.
Как и Германия, Америка получала уран из Конго. Но природный уран содержит около 99% изотопа урана-238 и менее 1% изотопа урана-235, необходимого для цепной реакции. Главное условие для работы реактора — получение правильного урана.
Газовая диффузия требовала доработки, центрифуги разрушались от вибрации; поэтому основным методом стало электромагнитное разделение изотопов. Метод оказался действенным, но значительно более дорогим, чем метод центрифугирования, усовершенствованный советско-немецкими учеными в послевоенный период.
Для строительства электромагнитного сепаратора требовалась медь — около 4 500 тонн чистой меди. Но медь была крайне востребована и в качестве альтернативы физики решили использовать серебро. Необходимые запасы серебра имелись в единственном месте — Государственном казначействе США.
Для сооружения установки требовалось 6 000 тонн серебра, затем расчеты скорректировали до 13 300 тонн. Казначество выдало металл и установку построили. Первые партии обогащенного урана-235 произвели в 1944-м году.
Когда установка устарела, конструкцию разобрали, переплавили обратно в слитки, даже сняли и сожгли полы. В результате утрата металла составила около 1/3 600 000 от исходной массы. Последний слиток был возвращен казначейству в мае 70-го года.
Наконец, многочисленные разработки объединились в едином проекте. Американская программа «Проект Манхэттен» началась в августе 42-го (спустя несколько месяцев после необъяснимого взрыва Лейпцигского реактора и синхронного строительства Чикагского реактора Ферми). Кроме США, проект осуществлялся при деятельном участии Англии, Канады и Германии в лице ученых, отказавшихся служить третьему рейху. Финансирование «Проекта Манхэттен» превышало «Урановый проект» в двести раз, число сотрудников — в полторы тысячи раз.
В июле 45-го труд десятков тысяч человек и сотни миллионов долларов дали результат. Около 50 килограммов обогащенного до 85% урана-235 доставили на базу в Лос Аламос.
Начинка для «Малыша» была готова к применению.
Всего в рамках «Проекта Манхэттен» создали три бомбы — Gadget, Little Boy и Fat Man.
«Гаджет» использовался как тестовый экземпляр для проверки имплозивного типа бомб, «Малыш» относился к бомбам пушечного типа и не тестировался из-за простоты конструкции.
После подрыва «Гаджета», успешно произведенного 16-го июля 45-го года в пустыне Нью-Мехиксико на полигоне Аламогордо, началась подготовка к бомбардировке Японии. Целями бомбардировки выбрали города Нигата, Хиросима, Киото и Кокура. Из-за вмешательства Генри Стимсона, военного министра США, Киото убрали из списка как город с высоким историческим и культурным значением, и добавили Нагасаки.
Во время Потсдамской конференции 26-го июля 1946-го года, Японии предложили ультиматум с условиямии капитуляции. Япония отвергла ультиматум и решение о бомбардировке городов стало окончательным.
6-го августа 1945-го года бомбардировщик B-29 Enola Gay поднялся с аэродрома на острове Тиниан и взял курс на Японию. Основной целью была Хиросима, запасными — Кокура и Нагасаки. Ясная погода над Хиросимой определила окончательный выбор цели и бомбу сбросили на город.
В Америке существовало множество противников бомбардировки. Предлагались варианты со сбросом бомбы в акваторию океана или безлюдные районы Японии, для демонстрации физических свойств ядерного оружия и минимизации жертв.
Однако для большего психологического эффекта и политического давления на СССР, Трумэн распорядился бомбить населенную территорию страны.
На момент бомбардировки население Хиросимы составляло 240 000 человек. В городе располагался штаб фельдмаршала Сюнроку Хаты, командовавшего обороной южной Японии. Промышленность располагалась на переферии города, основная застройка состояла из одно и двухэтажных построек на равнинном рельефе.
Взрыв произошел на высоте 530 метров. Мощность взрыва составила 14 килотонн в тротиловом эквиваленте. 70% городских построек оказалось разрушено. На площади свыше 10 квадратных километров начался пожар. Около 80 000 человек погибло при взрыве и около 100 000 — в результате ранений, ожогов и воздействия лучевой болезни. При этом более 80% пострадавших относились к гражданскому населению.
После бомбардировкии Хиросимы Трумэн выступил с заявлением:
«Мы готовы уничтожить все наземные производственные мощности японцев в любом городе. Мы уничтожим их порты, фабрики и коммуникации. Мы полностью уничтожим способность Японии вести войну.
С целью предотвращения бомбардировки был выпущен ультиматум в Потсдаме. Японское руководство отвергло ультиматум. Если Япония не примет наши условия сейчас, пусть ожидают дождь разрушений с воздуха, подобного которому ещё не было на этой планете».
9-го августа состоялась бомбардировка Нагасаки. Мощность взрыва превысила двадцать килотонн. В этот же день советские войска начали Маньчжурскую операцию.
14-го августа Япония капитулировала.
В 1898-м году супруги Кюри обнаружили радиоктивные свойства атома. Возникла надежда на создание сверхмощного источника энергии, способного навсегда изменить человечество.
Спустя 47 лет человечество изменилось.
Бомба «Малыш» относилась к бомбам «пушечного типа». Бомба действовала так: В металлическую оболочку бомбы помещался ствол корабельного орудия. В носовой части бомбы размещалась урановая мишень (обозначена желтым цветом), в хвостовую часть — «пуля» (синий цвет), проходившая по стволу и совмещавшаяся с ураном при взрыве порохового заряда (красный цвет). Таким образом происходило объединение двух урановых зарядов для создания критической массы с последующей цепной реакцией.