Путь создания ядерной бомбы.

Но как это обычно бывает, всё самое опасное начинается с научного открытия мирового масштаба. Так и радиоактивность урана была случайно открыта в 1896 году французким физиком Беккерелем во время работ по исследованию фосфоресценции в солях урана. Исследуя работу Рентгена, он завернул флюоресцирующий материал - уранилсульфат калия в непрозрачный материал вместе с фотопластинками, с тем, чтобы приготовится к эксперименту, требующему яркого солнечного света. Однако еще до осуществления эксперимента Беккерель обнаружил, что фотопластинки были полностью засвечены. Это побудило Беккереля к исследованию спонтанного испускания ядерного излучения. В 1903 году он получил совместно с Пьером и Марией Кюри Нобелевскую премию по физике " В знак признания его выдающихся заслуг, выразившихся в самопроизвольной радиоактивности"

.

Следующее открытие на пути создания ядерного оружия принадлежит британскому физику Эрнесту Резерфорду, который открыл альфа - и бета - излучения, короткоживущий изотоп радона и множество изотопов. Объяснил на основе свойств радона радиоактивность тория, открыл и объяснил радиоактивное превращение химических элементов, создал теорию радиоактивного распада, расщепил ядро азота, обнаружил протон. Доказал что альфа-частицы - ядро гелия. Доказал существование в атоме массивного ядра, создал планетную теорию строения атома.

Особенно важные открытия для ядерной физики сделал немецкий химик Отто Ган. Ученый - новатор в области радиохимии, опубликовавший об открытии урана Z. Это было открытием ядерной изомерии, которая была на тот момент не объяснима, но впоследствии оказалась существенной для ядерной физики. В 1938 году, 17 декабря провел решающий опыт – знаменитое францинирование радия, бария и мезотория, на основании которого Ган заключил, что ядро урана “лопается”, распадаясь на более легкие элементы. Так было открыто расщепление ядра - главный процесс любой ядерной реакции. До последних дней этот великий ученый оставался проповедником опасности использования ядерного вооружения

В 1932 г. Джеймс Чедвик открыл нейтрон - элементарная частица, не имеющая электрического заряда. А Карл Д. Андерсон – Позитро́н (от англ. positive — положительный) — античастица электрона. Относится к антивеществу, имеет электрический заряд +1, спин 1/2, лептонный заряд −1 и массу, равную массе электрона. При аннигиляции позитрона с электроном их масса превращается в энергию в форме двух (и гораздо реже — трёх и более) гамма-квантов.

Позитроны возникают в одном из видов радиоактивного распада (позитронная эмиссия), а также при взаимодействии фотонов с энергией больше 1,022 МэВ с веществом. Последний процесс называется «рождением пар», ибо при его осуществлении фотон, взаимодействуя с электромагнитным полем ядра, образует одновременно электрон и позитрон. Также позитроны способны возникать в процессах рождения электрон-позитронных пар в сильном электрическом поле.

В том же 1932 году в США Эрнест Лоуренс запустил первый циклотрон, а в Англии Эрнест Уолтон и Джон Кокрофт впервые расщепили ядро атома: они разрушили ядро лития, обстреливая его на ускорителе протонами. Одновременно такой эксперимент был проведен в СССР

Важный вклад в открытие радиоактивности элементов внес французский физик и общественный деятель Фредерик Жолио-Кюри. За свою работу был удостоен докторского звания за исследование электрохимических свойств радиоактивного элемента полония. . В 1930 г. немецкий физик Вальтер Боте обнаружил, что некоторые легкие элементы, в частности бериллий и бор, испускают сильную проникающую радиацию при бомбардировке их движущимися с высокой скоростью ядрами гелия (позднее это было названо облучением альфа-радиацией), образующимися при распаде радиоактивного полония.

Знание инженерного дела помогло Жолио-Кюри сконструировать чувствительный детектор с конденсационной камерой, с тем чтобы фиксировать эту проникающую радиацию, и приготовить образец с необычайно высокой концентрацией полония. С помощью этого аппарата супруги Жолио-Кюри (как они себя называли), начавшие свое сотрудничество в 1931 г., обнаружили, что тонкая пластинка водородсодержащего вещества, расположенная между облученным бериллием или бором и детектором, увеличивает первоначальную радиацию почти вдвое.

Дополнительные опыты показали им, что это добавочное излучение состоит из атомов водорода, которые в результате столкновения с проникающей радиацией высвобождаются, приобретая чрезвычайно высокую скорость. Хотя ни один из этих двух исследователей не понял сути процесса, тем не менее проведенные ими точные измерения привели к тому, что в 1932 г. Джеймс Чедвик открыл нейтрон — нейтральную частицу, входящую в состав атомного ядра.

Побочными продуктами при бомбардировке бора или алюминия альфа-частицами являются также позитроны (положительно заряженные электроны), которые в том же 1932 г. были обнаружены американским физиком Карлом Д. Андерсоном. Супруги Жолио-Кюри изучали эти частицы с конца 1932 г. — в течение всего 1933 г., а в самом начале 1934 г. начали новый эксперимент. Закрыв отверстие конденсационной камеры тонкой пластинкой алюминиевой фольги, они облучали образцы бора и алюминия альфа-радиацией. Как они и ожидали, позитроны действительно испускались, но, к их удивлению, эмиссия позитронов продолжалась в течение нескольких минут и после того, как убирали полониевый источник.

Таким образом, Жолио-Кюри обнаружили, что некоторые из подвергаемых анализу образцов алюминия и бора превратились в новые химические элементы. Более того, эти новые элементы были радиоактивными: алюминий, поглощая два протона и два нейтрона альфа-частиц, превращался в радиоактивный фосфор, а бор — в радиоактивный изотоп азота. Поскольку эти неустойчивые радиоактивные элементы не были похожи ни на один из естественно образующихся радиоактивных элементов, ясно было, что они созданы искусственным путем. Впоследствии супруги Жолио-Кюри синтезировали большое число новых радиоактивных элементов.

В 1938 г. Отто Ган, Фриц Штрассман и Лиза Мейтнер открывают расщепление ядра урана при поглощении им нейтронов. С этого и начинается разработка ядерного оружия.

В 1940 году советскими физиками Г. Н Флеровым и К. А. Петржаком в результате наблюдений за распадом урана, проводившимся в Московском метро( на станции Динамо) на глубине 60 метров был выявлен процесс названный спонтанным делением- разновидность радиоактивного распада тяжёлых ядер. Спонтанное деление является делением ядра, происходящим без внешнего возбуждения, и выдаёт такие же продукты, как и вынужденное деление: два осколка и несколько нейтронов. Первым открытым процессом деления ядра было вынужденное деление изотопа урана-235 нейтронами. Поскольку космические лучи создают в атмосфере некоторое количество нейтронов, было трудно отделить события спонтанного деления от вынужденного. Защитой от космических лучей может служить толстый слой грунта или воды. Поэтому- то эти научные опыты и проходили в столь не обычном для них месте.

Весной 1941 года Ферми завершил разработку теории цепной ядерной реакции - последовательность единичных ядерных реакций, каждая из которых вызывается частицей, появившейся как продукт реакции на предыдущем шаге последовательности. Примером цепной ядерной реакции является цепная реакция деления ядер тяжёлых элементов, при которой основное число актов деления инициируется нейтронами, полученными при делении ядер в предыдущем поколении.

В июне 1942 г. Ферми и Г. Андерсоном в ходе опытов был получен коэффициент размножения нейтронов больше единицы, что открыло путь к созданию ядерного реактора

2 декабря 1942 г. в США заработал первый в мире ядерный реактор, осуществлена первая самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция.

17 сентября 1943 г. стартовал «Манхэттенский проект».

В рамках проекта были созданы три атомные бомбы: плутониевая «Тринити» (взорвана при первом ядерном испытании), урановый «Малыш» (сброшена на Хиросиму 6 августа 1945 года) и плутониевый «Толстяк» (сброшена на Нагасаки 9 августа 1945 года).

Руководили проектом американский физик Роберт Оппенгеймер и генерал Лесли Гровс.

16 июля 1945 г. в США в пустыне под Аламогордо (штат Нью-Мексико) испытано первое ядерное взрывное устройство «Gadget» (одноступенчатое, на основе плутония). В августе 1945 г. на японские города американцами были сброшены первые атомные бомбы «Малыш» (6 августа, Хиросима) и «Толстяк» (9 августа, Нагасаки). См. Атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки.

Послевоенное совершенствование ядерного оружия.

В 1946 г. США проводят операцию «Перекрёстки» на атолле Бикини: 4-й и 5-й атомные взрывы в истории человечества.

Весной 1948 г. американцы провели операцию «Песчаник». Подготовка к ней шла с лета 1947 г. В ходе операции были испытаны 3 усовершенствованные атомные бомбы.

29 августа 1949 г. СССР провел испытания своей атомной бомбы РДС-1, разрушив ядерную монополию США.

В конце января — начале февраля 1951 г. США открыли Ядерный полигон в Неваде и провели там операцию «Рейнджер» из 5 ядерных взрывов.

В апреле — мае 1951 г. США провели операцию «Парник» (Operation Greenhouse).

В октябре — ноябре 1951 г. на полигоне в Неваде США провели операцию «Бастер-Джангл».

В октябре 1961 г. СССР провёл испытания Царь-бомбы, самого мощного ядерного заряда в истории.