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HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Bomba atômica. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor Armas nucleares (ou armas atômicas) - um conjunto de armas nucleares, seus meios de entrega ao alvo e controles. Refere-se a armas de destruição em massa junto com armas biológicas e químicas. A munição nuclear é uma arma explosiva baseada no uso de energia nuclear liberada como resultado de uma reação em cadeia nuclear semelhante a avalanche de fissão de núcleos pesados e / ou uma reação de fusão termonuclear de núcleos leves. O mundo do átomo é tão fantástico que sua compreensão exige uma ruptura radical nos conceitos usuais de espaço e tempo. Os átomos são tão pequenos que, se uma gota de água pudesse ser aumentada para o tamanho da Terra, cada átomo nessa gota seria menor que uma laranja. De fato, uma gota de água é composta de 6000 bilhões de bilhões (6000000000000000000000) de átomos de hidrogênio e oxigênio. E, no entanto, apesar de seu tamanho microscópico, o átomo tem uma estrutura até certo ponto semelhante à estrutura do nosso sistema solar. Em seu centro incompreensivelmente pequeno, com um raio de menos de um trilionésimo de centímetro, há um "sol" relativamente grande - o núcleo de um átomo. Em torno deste "sol" atômico, pequenos "planetas" - elétrons - giram. O núcleo consiste em dois principais blocos de construção do Universo - prótons e nêutrons (eles têm um nome unificador - nucleons). Um elétron e um próton são partículas carregadas, e a quantidade de carga em cada um deles é exatamente a mesma, mas as cargas diferem em sinal: o próton é sempre carregado positivamente e o elétron é sempre negativo. O nêutron não carrega uma carga elétrica e, portanto, tem uma permeabilidade muito alta. Na escala de medição atômica, a massa do próton e do nêutron é tomada como unidade. O peso atômico de qualquer elemento químico, portanto, depende do número de prótons e nêutrons contidos em seu núcleo. Por exemplo, um átomo de hidrogênio, cujo núcleo consiste em apenas um próton, tem uma massa atômica de 1. Um átomo de hélio, com um núcleo de dois prótons e dois nêutrons, tem uma massa atômica de 4. Os núcleos de átomos do mesmo elemento sempre contêm o mesmo número de prótons, mas o número de nêutrons pode ser diferente. Átomos que possuem núcleos com o mesmo número de prótons, mas diferem no número de nêutrons e relacionados a variedades do mesmo elemento, são chamados de isótopos. Para distingui-los um do outro, um número igual à soma de todas as partículas no núcleo de um determinado isótopo é atribuído ao símbolo do elemento. A questão pode surgir: por que o núcleo de um átomo não se desfaz? Afinal, os prótons incluídos nele são partículas eletricamente carregadas com a mesma carga, que devem se repelir com grande força. Isso se explica pelo fato de que dentro do núcleo também existem as chamadas forças intranucleares que atraem as partículas do núcleo umas às outras. Essas forças compensam as forças repulsivas dos prótons e não permitem que o núcleo se desfaça espontaneamente. As forças intranucleares são muito fortes, mas agem apenas de perto. Portanto, núcleos de elementos pesados, consistindo em centenas de nucleons, tornam-se instáveis. As partículas do núcleo estão em constante movimento aqui (dentro do volume do núcleo), e se você adicionar alguma quantidade adicional de energia a elas, elas podem superar as forças internas - o núcleo será dividido em partes. A quantidade desse excesso de energia é chamada de energia de excitação. Entre os isótopos de elementos pesados, há aqueles que parecem estar à beira da autodecadência. Basta um pequeno “empurrão”, por exemplo, um simples golpe de nêutron no núcleo (e nem precisa ser acelerado a alta velocidade) para que a reação de fissão nuclear se inicie. Alguns desses isótopos "físseis" foram feitos mais tarde artificialmente. Na natureza, existe apenas um isótopo - é o urânio-235.
Urano foi descoberto em 1783 por Klaproth, que o isolou do piche de urânio e o nomeou em homenagem ao planeta recém-descoberto Urano. Como se viu mais tarde, na verdade não era o próprio urânio, mas seu óxido. O urânio puro - um metal branco-prateado - foi obtido apenas em 1842 por Peligo. O novo elemento não tinha propriedades notáveis e não chamou a atenção até 1896, quando Becquerel descobriu o fenômeno da radioatividade dos sais de urânio. Depois disso, o urânio passou a ser objeto de pesquisas e experimentos científicos, mas ainda sem aplicação prática. Quando, no primeiro terço do século 1934, a estrutura do núcleo atômico ficou mais ou menos clara para os físicos, eles tentaram primeiro realizar o velho sonho dos alquimistas - eles tentaram transformar um elemento químico em outro. Em XNUMX, os pesquisadores franceses, os cônjuges Frederic e Irene Joliot-Curie, relataram à Academia Francesa de Ciências o seguinte experimento: quando placas de alumínio foram bombardeadas com partículas alfa (núcleos de átomos de hélio), os átomos de alumínio se transformaram em átomos de fósforo, mas não comum, mas radioativo, que por sua vez se converteu em um isótopo estável de silício. Assim, um átomo de alumínio, tendo adicionado um próton e dois nêutrons, se transformou em um átomo de silício mais pesado. Este experimento levou à ideia de que se os nêutrons são "disparados" nos núcleos do elemento mais pesado existente na natureza - o urânio, pode-se obter um elemento que não existe em condições naturais. Em 1938, os químicos alemães Otto Hahn e Fritz Strassmann repetiram em termos gerais a experiência dos cônjuges Joliot-Curie, tomando urânio em vez de alumínio. Os resultados do experimento não foram nada do que eles esperavam - em vez de um novo elemento superpesado com número de massa maior que o do urânio, Hahn e Strassmann receberam elementos leves da parte intermediária do sistema periódico: bário, criptônio, bromo e alguns outros. Os próprios experimentadores não conseguiram explicar o fenômeno observado. Não foi até o ano seguinte que a física Lisa Meitner, a quem Hahn relatou suas dificuldades, encontrou uma explicação correta para o fenômeno observado, sugerindo que quando o urânio era bombardeado com nêutrons, seu núcleo se dividia (fissionou). Nesse caso, núcleos de elementos mais leves deveriam ter sido formados (de onde foram retirados bário, criptônio e outras substâncias), bem como 2-3 nêutrons livres deveriam ter sido liberados. Outras pesquisas permitiram esclarecer em detalhes a imagem do que está acontecendo. O urânio natural consiste em uma mistura de três isótopos com massas de 238, 234 e 235. A quantidade principal de urânio recai sobre o isótopo 238, cujo núcleo inclui 92 prótons e 146 nêutrons. O urânio-235 é apenas 1/140 do urânio natural (0%) (tem 7 prótons e 92 nêutrons em seu núcleo), e o urânio-143 (234 prótons, 92 nêutrons) é apenas 142/1 da massa total de urânio (17500%). O menos estável desses isótopos é o urânio-0. De tempos em tempos, os núcleos de seus átomos se dividem espontaneamente em partes, resultando na formação de elementos mais leves do sistema periódico. O processo é acompanhado pela liberação de dois ou três nêutrons livres, que correm a uma velocidade tremenda - cerca de 006 mil km / s (são chamados de nêutrons rápidos). Esses nêutrons podem atingir outros núcleos de urânio, causando reações nucleares. Cada isótopo se comporta de maneira diferente neste caso. Os núcleos de urânio-238, na maioria dos casos, simplesmente capturam esses nêutrons sem outras transformações. Mas em cerca de um caso em cada cinco, quando um nêutron rápido colide com o núcleo do isótopo 238, ocorre uma reação nuclear curiosa: um dos nêutrons do urânio-238 emite um elétron, transformando-se em um próton, ou seja, o isótopo de urânio se transforma em um elemento mais pesado - neptúnio-239 (93 prótons + 146 nêutrons). Mas o neptúnio é instável - após alguns minutos, um de seus nêutrons emite um elétron, transformando-se em um próton, após o qual o isótopo de neptúnio se transforma no próximo elemento do sistema periódico - plutônio-239 (94 prótons + 145 nêutrons). Se um nêutron atinge o núcleo do instável urânio-235, ocorre imediatamente a fissão - os átomos decaem com a emissão de dois ou três nêutrons. É claro que no urânio natural, cuja maioria dos átomos pertence ao isótopo 238, essa reação não tem consequências visíveis - todos os nêutrons livres acabarão sendo absorvidos por esse isótopo. Mas e se imaginarmos um pedaço de urânio bastante maciço, consistindo inteiramente do isótopo 235? Aqui o processo será diferente: os nêutrons liberados durante a fissão de vários núcleos, por sua vez, caindo em núcleos vizinhos, causam sua fissão. Como resultado, uma nova porção de nêutrons é liberada, que divide os núcleos seguintes. Sob condições favoráveis, essa reação ocorre como uma avalanche e é chamada de reação em cadeia. Algumas partículas de bombardeio podem ser suficientes para iniciá-lo. De fato, deixe apenas 235 nêutrons bombardearem o urânio-100. Eles vão dividir 100 núcleos de urânio. Nesse caso, serão liberados 250 novos nêutrons de segunda geração (média de 2 por fissão). Os nêutrons da segunda geração já produzirão 5 fissões, nas quais serão liberados 250 nêutrons. Na próxima geração será 625, depois 1562, depois 3906 e assim por diante. O número de divisões aumentará sem limite se o processo não for interrompido. No entanto, na realidade, apenas uma parte insignificante dos nêutrons entra nos núcleos dos átomos. O resto, correndo rapidamente entre eles, é levado para o espaço circundante. Uma reação em cadeia autossustentável só pode ocorrer em uma matriz suficientemente grande de urânio-235, que se diz ter uma massa crítica. (Esta massa em condições normais é de 50 kg.) É importante notar que a fissão de cada núcleo é acompanhada pela liberação de uma enorme quantidade de energia, que acaba sendo cerca de 300 milhões de vezes mais do que a energia gasta na fissão ! (Estima-se que a fissão total de 1 kg de urânio-235 libera tanto calor quanto a combustão de 3 toneladas de carvão). força e está na base da operação de armas nucleares. Mas para que essa arma se torne realidade, é necessário que a carga não seja de urânio natural, mas de um isótopo raro - 235 (tal urânio é chamado de enriquecido). Mais tarde, descobriu-se que o plutônio puro também é um material físsil e pode ser usado em uma carga atômica em vez de urânio-235. Todas essas importantes descobertas foram feitas às vésperas da Segunda Guerra Mundial. Logo o trabalho secreto começou na Alemanha e em outros países na criação de uma bomba atômica. Nos Estados Unidos, esse problema foi retomado em 1941. Todo o complexo de obras recebeu o nome de "Projeto Manhattan". A liderança administrativa do projeto foi realizada pelo General Groves, e a direção científica foi realizada pelo professor Robert Oppenheimer da Universidade da Califórnia. Ambos estavam bem cientes da enorme complexidade da tarefa diante deles. Portanto, a primeira preocupação de Oppenheimer foi a aquisição de uma equipe científica altamente inteligente. Nos Estados Unidos, naquela época, havia muitos físicos que emigraram da Alemanha fascista. Não foi fácil envolvê-los na criação de armas dirigidas contra sua antiga pátria. Oppenheimer falou com todos pessoalmente, usando toda a força de seu charme. Logo ele conseguiu reunir um pequeno grupo de teóricos, a quem chamou de brincadeira de "luminários". E, de fato, incluía os maiores especialistas da época no campo da física e da química. (Entre eles estão 13 ganhadores do Prêmio Nobel, incluindo Bohr, Fermi, Frank, Chadwick, Lawrence.) Além deles, havia muitos outros especialistas de vários perfis. O governo dos EUA não economizou nos gastos e, desde o início, o trabalho assumiu um alcance grandioso. Em 1942, o maior laboratório de pesquisa do mundo foi fundado em Los Alamos. A população desta cidade científica logo chegou a 9 mil pessoas. Em termos de composição de cientistas, escopo de experimentos científicos, número de especialistas e trabalhadores envolvidos no trabalho, o Laboratório Los Alamos não teve igual na história mundial. O "Projeto Manhattan" tinha sua própria polícia, contra-inteligência, sistema de comunicações, armazéns, assentamentos, fábricas, laboratórios e seu próprio orçamento colossal. O principal objetivo do projeto era obter material físsil suficiente para criar várias bombas atômicas. Além do urânio-235, como já mencionado, o elemento artificial plutônio-239 poderia servir de carga para a bomba, ou seja, a bomba poderia ser de urânio ou plutônio. Groves e Oppenheimer concordaram que o trabalho deve ser realizado simultaneamente em duas direções, pois é impossível decidir antecipadamente qual delas será mais promissora. Ambos os métodos eram fundamentalmente diferentes um do outro: o acúmulo de urânio-235 tinha que ser realizado separando-o da massa de urânio natural, e o plutônio só poderia ser obtido como resultado de uma reação nuclear controlada irradiando urânio-238 com nêutrons. Ambos os caminhos pareciam extraordinariamente difíceis e não prometiam soluções fáceis. De fato, como dois isótopos podem ser separados um do outro, que diferem apenas ligeiramente em seu peso e se comportam quimicamente exatamente da mesma maneira? Nem a ciência nem a tecnologia jamais enfrentaram tal problema. A produção de plutônio também parecia muito problemática no início. Antes disso, toda a experiência de transformações nucleares foi reduzida a vários experimentos de laboratório. Agora era necessário dominar a produção de quilogramas de plutônio em escala industrial, desenvolver e criar uma instalação especial para isso - um reator nuclear e aprender a controlar o curso de uma reação nuclear. E aqui e ali todo um complexo de problemas complexos tinha que ser resolvido. Portanto, o "Projeto Manhattan" consistia em vários subprojetos, liderados por cientistas proeminentes. O próprio Oppenheimer era o chefe do Laboratório de Ciências de Los Alamos. Lawrence estava encarregado do Laboratório de Radiação da Universidade da Califórnia. Fermi liderou pesquisas na Universidade de Chicago sobre a criação de um reator nuclear. Inicialmente, o problema mais importante era obter urânio. Antes da guerra, esse metal realmente não tinha uso. Agora que era necessário imediatamente em grandes quantidades, descobriu-se que não havia maneira industrial de produzi-lo. A empresa Westinghouse empreendeu seu desenvolvimento e rapidamente alcançou o sucesso. Após a purificação da resina de urânio (nesta forma o urânio ocorre na natureza) e a obtenção do óxido de urânio, ele foi convertido em tetrafluoreto (UF4), do qual o urânio metálico foi isolado por eletrólise. Se no final de 1941 os cientistas americanos dispunham de apenas alguns gramas de urânio metálico, já em novembro de 1942 sua produção industrial nas fábricas de Westinghouse atingiu 6000 libras por mês. Ao mesmo tempo, estava em andamento o trabalho de criação de um reator nuclear. O processo de produção de plutônio se resumia à irradiação de hastes de urânio com nêutrons, fazendo com que parte do urânio-238 se transformasse em plutônio. Fontes de nêutrons neste caso poderiam ser átomos de urânio-235 físseis espalhados em quantidades suficientes entre átomos de urânio-238. Mas para manter uma reprodução constante de nêutrons, uma reação em cadeia de fissão de átomos de urânio-235 teve que começar. Enquanto isso, como já mencionado, para cada átomo de urânio-235 havia 140 átomos de urânio-238. É claro que os nêutrons voando em todas as direções eram muito mais propensos a encontrá-los em seu caminho. Ou seja, um grande número de nêutrons liberados acabou sendo absorvido pelo isótopo principal sem sucesso. Obviamente, sob tais condições, a reação em cadeia não poderia acontecer. Como ser? A princípio, parecia que, sem a separação de dois isótopos, a operação do reator era geralmente impossível, mas uma circunstância importante logo foi estabelecida: descobriu-se que o urânio-235 e o urânio-238 eram suscetíveis a nêutrons de diferentes energias. É possível dividir o núcleo de um átomo de urânio-235 com um nêutron de energia relativamente baixa, com velocidade de cerca de 22 m/s. Esses nêutrons lentos não são capturados pelos núcleos de urânio-238 - para isso eles devem ter uma velocidade da ordem de centenas de milhares de metros por segundo. Em outras palavras, o urânio-238 é impotente para impedir o início e o progresso de uma reação em cadeia no urânio-235 causada por nêutrons desacelerados a velocidades extremamente baixas - não mais que 22 m/s. Esse fenômeno foi descoberto pelo físico italiano Fermi, que vivia nos Estados Unidos desde 1938 e supervisionou os trabalhos de criação do primeiro reator aqui. Fermi decidiu usar grafite como moderador de nêutrons. Segundo seus cálculos, os nêutrons emitidos pelo urânio-235, tendo passado por uma camada de grafite de 40 cm, deveriam ter reduzido sua velocidade para 22 m/s e iniciado uma reação em cadeia autossustentável no urânio-235. A chamada água "pesada" poderia servir como outro moderador. Como os átomos de hidrogênio que o compõem são muito próximos em tamanho e massa aos nêutrons, eles poderiam retardá-los. (Acontece com os nêutrons rápidos a mesma coisa que com as bolas: se uma bola pequena atinge uma grande, ela rola para trás, quase sem perder velocidade, mas quando encontra uma bola pequena, transfere uma parte significativa de sua energia para ela - assim como um nêutron em uma colisão elástica ricocheteia em um núcleo pesado apenas ligeiramente desacelerando, e em colisão com os núcleos de átomos de hidrogênio perde toda a sua energia muito rapidamente.) para absorver nêutrons. É por isso que o deutério, que faz parte da água "pesada", deve ser usado para esse fim. No início de 1942, sob a liderança de Fermi, começou a construção do primeiro reator nuclear na quadra de tênis sob as arquibancadas oeste do Estádio de Chicago. Todo o trabalho foi realizado pelos próprios cientistas. A reação pode ser controlada da única maneira - ajustando o número de nêutrons envolvidos na reação em cadeia. Fermi imaginou fazer isso com hastes feitas de materiais como boro e cádmio, que absorvem fortemente os nêutrons. Tijolos de grafite serviram de moderador, a partir dos quais os físicos ergueram colunas de 3 m de altura e 1 m de largura, entre elas foram instalados blocos retangulares com óxido de urânio. Cerca de 2 toneladas de óxido de urânio e 46 toneladas de grafite entraram em toda a estrutura. Para retardar a reação, as hastes de cádmio e boro introduzidas no reator serviram. Se isso não bastasse, então, por segurança, em uma plataforma localizada acima do reator, havia dois cientistas com baldes cheios de uma solução de sais de cádmio - eles deveriam despejá-los no reator se a reação ficasse fora de controle. Felizmente, isso não foi necessário. Em 2 de dezembro de 1942, Fermi ordenou que todas as hastes de controle fossem estendidas e o experimento começou. Quatro minutos depois, os contadores de nêutrons começaram a clicar cada vez mais alto. A cada minuto, a intensidade do fluxo de nêutrons aumentava. Isso indicou que uma reação em cadeia estava ocorrendo no reator. Durou 28 minutos. Então Fermi sinalizou, e as hastes abaixadas interromperam o processo. Assim, pela primeira vez, o homem liberou a energia do núcleo atômico e provou que podia controlá-lo à vontade. Agora não havia mais dúvidas de que as armas nucleares eram uma realidade. Em 1943, o reator Fermi foi desmontado e transportado para o Laboratório Nacional Aragonês (a 50 km de Chicago). Outro reator nuclear foi logo construído aqui, no qual a água pesada foi usada como moderador. Consistia em um tanque cilíndrico de alumínio contendo 6 toneladas de água pesada, no qual eram carregadas verticalmente 5 hastes de urânio metálico, encerradas em uma bainha de alumínio. As sete hastes de controle foram feitas de cádmio. Ao redor do tanque havia um refletor de grafite, depois uma tela feita de ligas de chumbo e cádmio. Toda a estrutura foi encerrada em uma casca de concreto com espessura de parede de cerca de 120 m. Experimentos nesses reatores experimentais confirmaram a possibilidade de produção industrial de plutônio. O principal centro do "Projeto Manhattan" logo se tornou a cidade de Oak Ridge no Vale do Rio Tennessee, cuja população em poucos meses cresceu para 79 mil pessoas. Aqui, em pouco tempo, foi construída a primeira usina de produção de urânio enriquecido. Imediatamente em 1943, foi lançado um reator industrial que produzia plutônio. Em fevereiro de 1944, dele eram extraídos diariamente cerca de 300 kg de urânio, da superfície do qual o plutônio foi obtido por separação química. (Para fazer isso, o plutônio foi primeiro dissolvido e depois precipitado.) O urânio purificado foi então devolvido ao reator novamente. No mesmo ano, no deserto árido e desolado na margem sul do rio Columbia, começou a construção da enorme fábrica de Hanford. Três poderosos reatores nucleares foram localizados aqui, fornecendo várias centenas de gramas de plutônio diariamente. Paralelamente, estavam a todo vapor as pesquisas para desenvolver um processo industrial de enriquecimento de urânio. Depois de considerar diferentes opções, Groves e Oppenheimer decidiram se concentrar em dois métodos: difusão de gás e eletromagnético. O método de difusão gasosa foi baseado em um princípio conhecido como lei de Graham (foi formulado pela primeira vez em 1829 pelo químico escocês Thomas Graham e desenvolvido em 1896 pelo físico inglês Reilly). De acordo com esta lei, se dois gases, um dos quais é mais leve que o outro, passam por um filtro com orifícios insignificantes, então um pouco mais de gás leve passará por ele do que o gás pesado. Em novembro de 1942, Urey e Dunning na Universidade de Columbia criaram um método de difusão gasosa para separar isótopos de urânio com base no método Reilly. Como o urânio natural é um sólido, ele foi primeiro convertido em fluoreto de urânio (UF6). Este gás foi então passado por microscópicos - da ordem de milésimos de milímetro - orifícios no septo do filtro. Como a diferença nos pesos molares dos gases era muito pequena, atrás do defletor o conteúdo de urânio-235 aumentou apenas por um fator de 1,0002. Para aumentar ainda mais a quantidade de urânio-235, a mistura resultante é novamente passada através de uma partição e a quantidade de urânio é novamente aumentada em 1 vezes. Assim, para aumentar o teor de urânio-0002 para 235%, foi necessário passar o gás por 99 filtros. Isso ocorreu em uma enorme planta de difusão gasosa em Oak Ridge. Em 1940, sob a liderança de Ernst Lawrence, da Universidade da Califórnia, começaram as pesquisas sobre a separação de isótopos de urânio pelo método eletromagnético. Era necessário encontrar processos físicos que permitissem separar os isótopos usando a diferença de suas massas. Lawrence fez uma tentativa de separar isótopos usando o princípio de um espectrógrafo de massa - um instrumento que determina as massas dos átomos. O princípio de seu funcionamento era o seguinte: átomos pré-ionizados eram acelerados por um campo elétrico e depois passavam por um campo magnético no qual descreviam círculos localizados em um plano perpendicular à direção do campo. Como os raios dessas trajetórias eram proporcionais à massa, os íons leves acabavam em círculos de raio menor que os pesados. Se as armadilhas fossem colocadas no caminho dos átomos, seria possível coletar separadamente diferentes isótopos.
Esse era o método. Em condições de laboratório, ele deu bons resultados. Mas a construção de uma planta em que a separação de isótopos pudesse ser realizada em escala industrial provou ser extremamente difícil. No entanto, Lawrence finalmente conseguiu superar todas as dificuldades. O resultado de seus esforços foi o aparecimento do calutron, que foi instalado em uma fábrica gigante em Oak Ridge.
Esta usina eletromagnética foi construída em 1943 e acabou sendo talvez a ideia mais cara do Projeto Manhattan. O método de Lawrence exigia um grande número de dispositivos complexos, ainda não desenvolvidos, envolvendo alta voltagem, alto vácuo e campos magnéticos fortes. Os custos foram enormes. Calutron tinha um eletroímã gigante, cujo comprimento atingia 75 m e pesava cerca de 4000 toneladas. Vários milhares de toneladas de fio de prata entraram nos enrolamentos deste eletroímã. Todo o trabalho (excluindo o custo de US$ 300 milhões em prata, que o Tesouro do Estado forneceu apenas temporariamente) custou US$ 400 milhões. Somente pela energia elétrica gasta pelo calutron, o Ministério da Defesa pagou 10 milhões. Grande parte do equipamento da fábrica de Oak Ridge era superior em escala e precisão a qualquer coisa já desenvolvida no campo. Mas todas essas despesas não foram em vão. Tendo gasto um total de cerca de 2 bilhões de dólares, os cientistas dos EUA em 1944 criaram uma tecnologia única para enriquecimento de urânio e produção de plutônio. Enquanto isso, no Laboratório de Los Alamos, eles trabalhavam no projeto da própria bomba. O princípio de seu funcionamento ficou claro em termos gerais por muito tempo: a substância cindível (plutônio ou urânio-235) deveria ter sido transferida para um estado crítico no momento da explosão (para ocorrer uma reação em cadeia, a massa de a carga deve ser ainda visivelmente maior que a crítica) e irradiada com um feixe de nêutrons, o que implica o início de uma reação em cadeia. Segundo os cálculos, a massa crítica da carga ultrapassou 50 quilos, mas pode ser significativamente reduzida. Em geral, a magnitude da massa crítica é fortemente influenciada por vários fatores. Quanto maior a área de superfície da carga, mais nêutrons são emitidos inutilmente no espaço circundante. Uma esfera tem a menor área de superfície. Conseqüentemente, as cargas esféricas, tudo o mais constante, têm a menor massa crítica. Além disso, o valor da massa crítica depende da pureza e do tipo de materiais cindíveis. É inversamente proporcional ao quadrado da densidade desse material, o que permite, por exemplo, ao dobrar a densidade, reduzir a massa crítica por um fator de quatro. O grau de subcriticidade requerido pode ser obtido, por exemplo, compactando o material cindível devido à explosão de uma carga explosiva convencional feita na forma de uma casca esférica envolvendo a carga nuclear. A massa crítica também pode ser reduzida cercando a carga com uma tela que reflete bem os nêutrons. Chumbo, berílio, tungstênio, urânio natural, ferro e muitos outros podem ser usados como tela.
Um dos possíveis desenhos da bomba atômica consiste em dois pedaços de urânio, que, quando combinados, formam uma massa maior que a crítica. Para causar uma explosão de bomba, você precisa reuni-los o mais rápido possível. O segundo método é baseado no uso de uma explosão convergente para dentro. Neste caso, o fluxo de gases de um explosivo convencional foi direcionado ao material físsil localizado em seu interior e comprimindo-o até atingir uma massa crítica. A conexão da carga e sua intensa irradiação com nêutrons, como já mencionado, provoca uma reação em cadeia, como resultado da qual, no primeiro segundo, a temperatura sobe para 1 milhão de graus. Durante esse tempo, apenas cerca de 5% da massa crítica conseguiu se separar. O resto da carga nas bombas do projeto inicial evaporou sem sucesso. A primeira bomba atômica da história (chamada Trinity) foi montada no verão de 1945. E em 16 de junho de 1945, a primeira explosão atômica na Terra foi realizada no local de testes nucleares no deserto de Alamogordo (Novo México). A bomba foi colocada no centro do local de teste no topo de uma torre de aço de 30 metros. O equipamento de gravação foi colocado em torno dele a uma grande distância. A 9 km havia um posto de observação e a 16 km - um posto de comando. A explosão atômica causou uma tremenda impressão em todas as testemunhas deste evento.
De acordo com a descrição de testemunhas oculares, havia a sensação de que muitos sóis se fundiam em um e iluminavam o polígono de uma só vez. Então uma enorme bola de fogo apareceu acima da planície, e uma nuvem redonda de poeira e luz começou a subir lenta e ameaçadoramente em direção a ela. Depois de decolar do chão, essa bola de fogo voou a uma altura de mais de três quilômetros em poucos segundos. A cada momento que crescia em tamanho, logo seu diâmetro atingiu 1 km e lentamente subiu para a estratosfera. A bola de fogo então deu lugar a uma coluna de fumaça rodopiante, que se estendia a uma altura de 5 km, assumindo a forma de um cogumelo gigante. Tudo isso foi acompanhado por um rugido terrível, do qual a terra tremeu. O poder da bomba explodida superou todas as expectativas. Assim que a situação de radiação permitiu, vários tanques Sherman, alinhados com placas de chumbo por dentro, correram para a área da explosão. Em um deles estava Fermi, que estava ansioso para ver os resultados de seu trabalho. A terra queimada e morta apareceu diante de seus olhos, na qual toda a vida foi destruída em um raio de 1 km. A areia sinterizou em uma crosta vítrea esverdeada que cobria o chão. Em uma enorme cratera jaziam os restos mutilados de uma torre de suporte de aço. A força da explosão foi estimada em 5 toneladas de TNT. O próximo passo seria o uso de combate da bomba contra o Japão, que, após a rendição da Alemanha fascista, continuou sozinho a guerra com os Estados Unidos e seus aliados. Não havia veículos de lançamento na época, então o bombardeio teve que ser realizado de uma aeronave. Os componentes das duas bombas foram transportados com muito cuidado pelo USS Indianapolis para Tinian Island, onde o 509º Grupo Composto da Força Aérea dos EUA estava baseado. Por tipo de carga e design, essas bombas eram um pouco diferentes umas das outras. A primeira bomba - "Kid" - era uma bomba aérea de grande porte com uma carga atômica de urânio-235 altamente enriquecido. Seu comprimento era de cerca de 3 m, diâmetro - 62 cm, peso - 4 toneladas. A segunda bomba - "Fat Man" - com uma carga de plutônio-1 tinha uma forma oval com um estabilizador de grande porte. Seu comprimento era de 239 m, diâmetro de 3 m, peso - 2 toneladas. Em 6 de agosto, o bombardeiro Enola Gay B-29 do coronel Tibbets lançou o "Kid" na grande cidade japonesa de Hiroshima. A bomba foi lançada de pára-quedas e explodiu, conforme planejado, a uma altitude de 600 m do solo. As consequências da explosão foram terríveis. Mesmo nos próprios pilotos, a visão da cidade pacífica destruída por eles em um instante causou uma impressão deprimente. Mais tarde, um deles admitiu que viu naquele momento a pior coisa que uma pessoa pode ver. Para aqueles que estavam na terra, o que estava acontecendo parecia um verdadeiro inferno. Em primeiro lugar, uma onda de calor passou por Hiroshima. Sua ação durou apenas alguns instantes, mas foi tão poderosa que derreteu até telhas e cristais de quartzo em lajes de granito, transformou postes telefônicos em carvão a uma distância de 4 km e, finalmente, incinerou corpos humanos de tal forma que só sobraram sombras de no asfalto da calçada ou nas paredes das casas. Então uma monstruosa rajada de vento escapou da bola de fogo e correu sobre a cidade a uma velocidade de 800 km / h, varrendo tudo em seu caminho. As casas que não resistiram ao seu ataque furioso desmoronaram como se tivessem sido derrubadas. Em um círculo gigante com um diâmetro de 4 km, nenhum edifício permaneceu intacto. Poucos minutos após a explosão, uma chuva radioativa negra caiu sobre a cidade - essa umidade se transformou em vapor condensado nas altas camadas da atmosfera e caiu no chão na forma de grandes gotas misturadas com poeira radioativa. Após a chuva, uma nova rajada de vento atingiu a cidade, desta vez soprando na direção do epicentro. Ele era mais fraco que o primeiro, mas ainda forte o suficiente para arrancar árvores. O vento atiçou um fogo gigantesco em que ardia tudo o que podia arder. Dos 76 edifícios, 55 foram completamente destruídos e incendiados. Testemunhas desta terrível catástrofe recordaram pessoas-tochas das quais roupas queimadas caíram no chão junto com farrapos de pele, e multidões de pessoas perturbadas, cobertas de terríveis queimaduras, que correram gritando pelas ruas. Havia um cheiro sufocante de carne humana queimada no ar. As pessoas jaziam por toda parte, mortas e moribundas. Havia muitos que eram cegos e surdos e, cutucando em todas as direções, não conseguiam distinguir nada no caos que reinava ao redor. Os infelizes, que estavam do epicentro a uma distância de até 800 m, queimaram em uma fração de segundo no sentido literal da palavra - suas entranhas evaporaram e seus corpos se transformaram em pedaços de carvão fumegante. Localizado a uma distância de 1 km do epicentro, eles foram atingidos pela doença da radiação de forma extremamente grave. Dentro de algumas horas, eles começaram a vomitar severamente, a temperatura saltou para 39-40 graus, falta de ar e sangramento apareceram. Então, úlceras que não cicatrizam apareceram na pele, a composição do sangue mudou drasticamente e o cabelo caiu. Após um sofrimento terrível, geralmente no segundo ou terceiro dia, ocorreu a morte. No total, cerca de 240 mil pessoas morreram devido à explosão e à doença da radiação. Cerca de 160 mil receberam a doença da radiação de uma forma mais suave - sua morte dolorosa foi adiada por vários meses ou anos. Quando as notícias da catástrofe se espalharam por todo o país, todo o Japão ficou paralisado de medo. Ele aumentou ainda mais depois que a aeronave Box Car do Major Sweeney lançou uma segunda bomba em Nagasaki em 9 de agosto. Várias centenas de milhares de habitantes também foram mortos e feridos aqui. Incapaz de resistir às novas armas, o governo japonês capitulou - a bomba atômica pôs fim à Segunda Guerra Mundial. A guerra acabou. Durou apenas seis anos, mas conseguiu mudar o mundo e as pessoas de forma quase irreconhecível. A civilização humana antes de 1939 e a civilização humana depois de 1945 são notavelmente diferentes uma da outra. Há muitas razões para isso, mas uma das mais importantes é o surgimento de armas nucleares. Pode-se dizer sem exagero que a sombra de Hiroshima se estende por toda a segunda metade do século XX. Tornou-se uma profunda queimadura moral para muitos milhões de pessoas, tanto para aqueles que foram contemporâneos dessa catástrofe quanto para aqueles nascidos décadas depois. O homem moderno não pode mais pensar o mundo como era pensado antes de 6 de agosto de 1945 - ele entende muito claramente que esse mundo pode se transformar em nada em alguns momentos. Uma pessoa moderna não pode olhar para a guerra, como seus avós e bisavós assistiram - ele sabe com certeza que esta guerra será a última, e não haverá vencedores nem perdedores nela. As armas nucleares deixaram sua marca em todas as esferas da vida pública, e a civilização moderna não pode viver pelas mesmas leis de sessenta ou oitenta anos atrás. Ninguém entendeu isso melhor do que os próprios criadores da bomba atômica. "As pessoas do nosso planeta", escreveu Robert Oppenheimer, "devem se unir. O horror e a destruição semeados pela última guerra ditam essa ideia para nós. As explosões de bombas atômicas provaram isso com toda a crueldade. Outras pessoas em outras épocas disseram algo semelhante. palavras - apenas sobre outras armas e outras guerras. Elas não tiveram sucesso. Mas quem hoje diz que essas palavras são inúteis está iludido pelas vicissitudes da história. Não podemos estar convencidos disso. Os resultados de nosso trabalho não deixam outra escolha à humanidade senão para criar um mundo unido. Um mundo baseado na lei e no humanismo." Autor: Ryzhov K.V.
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