Американская ядерная программа

Американская ядерная программа

Вторая мировая война полыхала больше года. Реки крови и слез, горы руин и пепла, героическое сопротивление народов, все смешалось в это страшное время.

Америка благоденствовала. Могучими потоками устремилось в сейфы ее банкиров золото, оттуда оно струилось фабрикантам оружия, которое так охотно покупали за океаном. Золотые струи разбивались и капали в карманы бизнесменов, фермеров и даже рабочих. Работы было много, платили хорошо американцы были довольны. Война для них не была «сестрой печали,» они о ней вовсе не знали, а войну в России — главную войну на земле так и назвали: «Неизвестная война.» Америка благоденствовала.

И все же война зацепила Америку.

7 декабря 1941 года на Гавайских островах в гавани Перл — Харбора погибла значительная часть Тихоокеанского флота США. Без объявления войны Япония направила на Перл-Харбор 360 самолетов. «Первая бомба упала в 7 часов 55 минут утра. В гавани в это время находилось 94 корабля американского военно-морского флота… К 10 часам утра бой уже закончился и противник удалился… Господство на Тихом океане перешло в руки японцев…» (У. Черчилль «Вторая мировая война.»)

За два часа налета четыре линкора были потоплены, остальные сильно повреждены, большинство других кораблей уничтожены, погибло более 2000 американских моряков. Америка вступила во Вторую мировую войну, но она всячески избегала серьезных сражений. Людские потери США на всех фронтах оказались меньше числа убитых японцев двумя американскими атомными бомбами. Зато за годы во ны почти все золото капиталистического мира перекочевало в американцев.

Но не только золото плыло к берегам США. Еще до начала вой ны в Америку устремился поток эмигрантов из Европы, спасавшихся от фашистских режимов Муссолини и Гитлера. Среди них оказались крупнейшие ученые, в том числе и атомщики. Вот далеко не полный их список:

Альберт Эйнштейн — из Германии. Нильс Бор — из Дании. Энрико Ферми — из Италии. Эмилио Сегре — из Италии. Лео Сцилард — из Венгрии. Бруно Понтекорво — из Италии. Эдвард Теллер — из Венгрии Петр Дебай — датчанин из Германии. Клаус Фукс — из Германии. Профессор Вейсскопф — из Австрии. Профессор Рейхе — из Германии. Самуэль Гоудсмит — из Дании.

Европейские ученые сыграли главную роль в подготовке решения о ядерной программе США, научно-технической разработке проекта и в производстве первых американских ядерных бомб. Хорошо зная, что такое фашизм, европейские ученые-эмигранты опасались, что Гитлер, используя достижения атомной науки Германии, первым получит ядерное оружие и применит его для порабощения всего человечества.

Лео Сцилард видел единственную возможность противостоять Гитлеру в том, чтобы изготовить атомную бомбу в США — опередить Гитлера. Он убедил Альберта Эйнштейна написать письмо Ф. Д. Рузвельту — президенту Соединенных штатов. Письмо Эйнштейна, датированное 2 августа 1939 года, содержало следующее обращение (выдержки): «Сэр, работа проделанная Э. Ферми и Л. Сцилардом… дает мне основание считать, что элемент уран может стать в самом ближайшем будущем новым и важным источником энергии…будут созданы бомбы нового типа чрезвычайно большой мощности.» А. Эйнштейн.

Это письмо не возымело решающего действия, но все же был создан Урановый комитет, на исследование урановой проблемы выделены небольшие ассигнования, Энрико Ферми снабдили ураном и графитом для первоочередных работ по осуществлению управляемой ядерной реакции. Но этого было далеко недостаточно. 7 марта 1940 года А.Эйнштейн вторично обращается к Рузвельту. В конце концов, под давлением ученых и, главное, под влиянием нависающей военной угрозы для США за день до нападения на Перл-Харбор, 6 декабря 1941 года, было принято решение о выделении крупных средств для развертывания работ по созданию атомного оружия.

Весною 1940 года в лабораторию Э. Ферми начали поступать первые крупные партии чистого графита и урана. Опыты продвигались медленно, но все же весной 1941 года Ферми приступил к сооружению «малого атомного котла».

В это же время в Калифорнийском университете в Беркли научный коллектив в составе Глена Сиборга, Артура Валя, Джозефа Кеннеди и итальянского ученого Эмилио Сегре открыли, выделили и определили физические и химические свойства давно ожидаемого трансуранового искусственного элемента под номером 94. Его назвали плутонием. Это удалось сделать, бомбардируя ядра урана ядрами водорода — дейтронами на мощном циклотроне Количество полученного плутония-239 было столь мало, что рассмотреть образец можно было только под микроскопом.

Несколько ранее, в 1940 году Эдван Макмиллан и Филипп Абельсон, бомбардируя ядра урана нейтронами, получили искусственный элемент под номером 93, названный нептунием, который, распадаясь, переходил в плутоний, но выделить достаточное количество плутония и определить его свойства ученым не удалось.

Открытие плутония было чрезвычайно важным событием. Он, как и ожидали ученые, походил на уран-235 и мог быть использован в качестве ядерного горючего в атомном реакторе или боевого заряда в атомной бомбе. Оставалось получить новый элемент в промышленных масштабах. Циклотрон для этой цели не годился, требовался ядерный котел, над которым работал Ферми. Открытие плутония весьма облегчило работы Ферми в этом направлении.

2 октября 1942 года в Металлургической лаборатории Чикагского университета, под трибунами университетского стадиона, Энрико Ферми впервые в мире получил самоподдерживающуюся цепную реакцию в природном уране Ферми торжествовал — цепная реакция была самым крупным научным и техническим достижением за всю историю развития атомной науки. Путь к накоплению плутония в промышленном масштабе и создание этим способом атомной бомбы был открыт.

К этому времени Энрико Ферми, весь его персонал и лаборатория находились уже в руках американской Армии, которой была поручена разработка и производство атомного оружия. Этот проект был утвержден Президентом 17 июня 1942 года. С августа 1942 года проект стал называться — «Манхеттен проект'. 17 сентября 1942 года во главе проекта был поставлен бригадный генерал Лесли Гровс, командовавший до этого инженерно-строительными войсками. Ранее под его руководством было сооружено гигантское здание Пентагона. Он никогда не был связан с атомными проектами и учеными атомщиками и это поначалу вносило определенные трудности. Однако, завидная настойчивость, организационный талант, большой опыт практической деятельности позволили генералу Гровсу совместно с научным руководителем проекта физиком-теоретиком Робертом Оппенгеймером объединить усилия многих ученых, лабораторий, крупнейших строительных и машиностроительных фирм, собственный персонал в 150 тысяч человек. В результате огромный и чрезвычайно сложный труд увенчался успехом.

«Манхеттенский проект» был подчинен Президенту через военного министра. Из соображений секретности финансирование его шло, по существу, в обход Конгресса США. О нем знали лишь несколько членов Комиссии по ассигнованиям Конгресса. Первоначальная стоимость оценивалась в 100 миллионов, однако, на самом деле расходы превысили 2 миллиарда долларов, 20-кратная ошибка в оценке расходов указывает на исключительную сложность и непредсказуемость огромного, впервые осуществляемого проекта. Никто не предполагал, что на строительстве только одного плутониевого завода будет занято 45 тысяч человек. Не менее трудно было оценить сроки строительства и ввода объектов в эксплуатацию. Там, где считалось достаточным 1–1,5 года потребовалось в 2–3 раза больше. В начале проектирования предполагалось построить реакторы для производства плутония, заводы по разделению изотопов урана и предприятия по изготовлению атомных бомб. К этим основным добавились вспомогательные объекты и сооружения, поселки и города для расселения персонала, транспортные и энергетические коммуникации, электростанции и многое другое.

Основой основ стало строительство атомных реакторов для получения плутония. Сначала построили маломощную полупромышленную установку с газовым охлаждением в Клинтоне и на основе опыта ее строительства и эксплуатации приступили к сооружению сразу трех промышленных плутониевых реакторов в Ханфорде, штат Вашингтон, У многоводной реки Колумбия вблизи города Ричленда. Для строительства была куплена у местных владельцев территория размером в 2000 квадратных километров, на которой вводился особый режим пребывания.

Весною 1943 года началось строительство первого атомного реактора, а осенью 1944 года он был готов для эксплуатации. Строили завод многие американские строительные и промышленные фирмы, но основной из них была компания «Дюпон» Во время проектирования, изготовления, монтажа реактора Энрико Ферми консультировал компанию «Дюпон». На стадии наладочных работ и пуска он осуще ствлял научное руководство, при этом сделал очень сложные расчеты ранее неизвестных характеристик реактора.

После пуска реактор проработал на полной мощности 3 месяца На каждые 10 ядер урана-235, вовлекаемых в реакцию расщепления, образовывалось 9 ядер нового элемента плутония. После остановки реактора отработавшие топливные стержни извлекли, выдержали в течении месяца, чтобы снизилась радиоактивность до уровня, при котором можно было производить их дальнейшую обработку. Все операции с отработавшими стержнями проводили в специальных помещениях с надежной биологической защитой и использованием дистанционно управляемых механизмов. Тем временем вступали в строй второй и третий реакторы, количество плутония накапливалось.

Так американцы достигли успеха в производстве ядерного взрывчатого вещества первым способом, но они старались получить его и вторым — выделить из природного урана изотоп 235. Для этой цели строился гигантский химико-металлургический комбинат в штате Теннеси у города Ок-Ридж близ реки Теннеси Отдельные заводы комбината размещали вдали друг от друга из-за опасения аварийных ситуаций Завод с использованием электромагнитного способа разделения изотопов начали строить в феврале 1943 и закончили к концу года. Он первым выдал небольшие порции достаточно обогащенного урана-235.

В процессе изготовления оборудования для комбината выяснилось, что потребности в медной проволоке для обмоток электромагнитов не могут быть удовлетворены, поскольку все запасы и производство принадлежали частным владельцам и государство было бессильно изменить ситуацию. Тогда приняли совершенно необычное решение о выделении из казначейства США 14 тонн серебра для изготовления проволоки. Серебро необходимо было вернуть казначейству через 6 месяцев после окончания войны. Сохранность серебряных обмоток и проводов в производственных условиях представлялось поначалу делом невыполнимым, но все обошлось благополучно, потерь серебра почти не было.

В изготовлении оборудования и эксплуатации заводов комбината были заняты такие известные фирмы как «Вестингауз», «Элдис-Чалмерс», «Дженерал электрик» и другие. Несмотря на высокую квалификацию конструкторов и эксплуатационного персонала, во время пуска и наладки обнаруживались крупные дефекты проектов и оборудования, которые устраняли, чтобы столкнуться с новыми неполадка- ми. И все же заводы ввели в строй и 24 июля 1945 года достаточное количество урана-235 для изготовления бомбы, сброшенной на Хиросиму, было отправлено в центр по изготовлению атомных бомб.

Не так легко отыскать на карте США те небольшие городки, где располагались главные атомные объекты. В левом верхнем углу карты с трудом найдешь город Ричленд, близ которого разместился Ханфорд со своим плутониевым комбинатом. От него до тихоокеанского побережья 350 километров. В 550 километрах от атлантического побережья недалеко от городов Нашвилл и Атланта у Ок-Риджа расположился комбинат по разделению изотопов урана. Между этими двумя объектами около 3000 километров. Третий объект Лос-Аломос около города Санта-Фе находится в штате Нью-Мексико на юге США и отделен от двух первых объектов расстояниями в 1500–2000 километров. Соображения секретности и безопасности определили расположение объектов вдали друг от друга.

В Лос-Аламосе построили лаборатории и предприятия по конструированию и производству атомных бомб. Самое сложное, наукоемкое производство. Оно тоже подчинялось генералу Гровсу, научным руководителем являлся Роберт Оппенгеймер, который оказался весьма одаренным организатором. Многих удивляла его личная энергия, но он не только работал сам, но и вдохновлял большой коллектив самых светлых дарований. Он привлек к своим работам многих сотрудников лаборатории Беркли, а также Нильса Бора, Джеймса Чедвика и других крупнейших европейских и американских ученых.

Чтобы сконструировать атомные бомбы, требовалось решить массу сложнейших физических проблем. Большая часть исследований проводилась с применением специального сложного оборудования и устройств, некоторые — в примитивных условиях. Так, для определения эффективности взрыва обычных взрывчатых веществ были устроены железобетонные камеры, использованы чувствительные высокоточные приборы. Требовалось, чтобы сжатие ядерного заряда взрывом обычного взрывчатого вещества было совершенно равномерным, тогда наибольшая часть плутония прореагирует в ядерной реакции и взрыв окажется эффективным. Если сжатие будет неравномерным, то ядерного взрыва может не произойти. Ученые повторяли свои опыты множество раз, устанавливая в обычную взрывчатку десятки и сотни взрывателей, добиваясь их синхронного срабатывания, изменяли форму блоков взрывчатого вещества, которого требовалось для одной только бомбы около тонны.

Иначе вел свои исследования по определению критической массы урана-235 оператор Луи Слотин. Он установил на рабочем столе простейшее приспособление в нем закреплял две урановые полусферы, каждая из которых обладала массой меньше критической. Слотин вручную сближал полусферы, по счетчику гейгера определял интенсивность нейтронного потока и замерял при этом расстояние между блоками. Сначала опыты проходили успешно, по мере сближения полусфер поток нейтронов увеличивался. Слотин надеялся достичь порога, за которым реакция пойдет более интенсивно. Расстояние между полусферами у этого порога являлось важной величиной в расчетах критической массы уранового заряда. В одном из опытов реакция развилась очень бурно, опыт прекратили, но уже поздно. Слотин получил смертельную дозу радиации и умер на десятый день.

На ранней стадии освоения ядерных технологий не было еще обоснованных норм радиационной безопасности Даже тогда, когда появились индивидуальные дозиметры, дозы облучения устанавливались непомерно высокими и, по мере накопления опыта, их снижали несколько раз во всем мире. От лучевой болезни погибли многие исследователи.

По мере накопления ядерной взрывчатки в Лос-Аламосе готовили к производству первую плутониевую бомбу. Ее испытание проводилось в пустыне Аламогордо штата Нью-Мексико в 300 километрах южнее Лос-Аламоса. Бомба была окончательно снаряжена на высокой металлической мачте. Кодовое наименование взрыва атомной бомбы — «Троица» представляла собою отвратительное святотатство, которое могли позволить себе только американцы. Но Бог не поразил их за это и бомба была взорвана 16 июля 1945 года. В скором времени, на торжестве по поводу победы над Японией, Роберт Оппенгеймер заявил: «Если атомным бомбам будет суждено пополнить арсенал средств уничтожения, то неминуемо наступит время, когда человечество проклянет слова «Лос-Аламос» и «Хиросима.»

Нынешние арсеналы с тысячами атомных бомб стали мрачным памятником европейским и американским ученым, создавшим своими умами, талантами и наивностью зловещую перспективу уничтожения человечества.