|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
LỊCH SỬ CÔNG NGHỆ, CÔNG NGHỆ, ĐỐI TƯỢNG QUA CHÚNG TÔI
Bom nguyên tử. Lịch sử phát minh và sản xuất
Cẩm nang / Lịch sử của công nghệ, kỹ thuật, các đối tượng xung quanh chúng ta Vũ khí hạt nhân (hay vũ khí nguyên tử) là tập hợp vũ khí hạt nhân, phương tiện đưa chúng tới mục tiêu và phương tiện điều khiển. Đề cập đến vũ khí hủy diệt hàng loạt cùng với vũ khí sinh học và hóa học. Đạn hạt nhân là một loại vũ khí nổ dựa trên việc sử dụng năng lượng hạt nhân được giải phóng do phản ứng dây chuyền hạt nhân giống như tuyết lở của sự phân hạch hạt nhân nặng và/hoặc phản ứng tổng hợp nhiệt hạch của hạt nhân nhẹ. Thế giới nguyên tử kỳ diệu đến mức để hiểu được nó đòi hỏi phải có sự phá vỡ triệt để những khái niệm thông thường về không gian và thời gian. Các nguyên tử nhỏ đến mức nếu một giọt nước có thể được phóng to bằng kích thước của Trái đất thì mỗi nguyên tử trong giọt đó sẽ nhỏ hơn một quả cam. Trên thực tế, một giọt nước bao gồm 6000 tỷ tỷ (6000000000000000000000) nguyên tử hydro và oxy. Chưa hết, mặc dù có kích thước cực nhỏ nhưng nguyên tử lại có cấu trúc ở một mức độ nào đó tương tự như cấu trúc của hệ mặt trời của chúng ta. Ở trung tâm nhỏ đến mức khó hiểu của nó, có bán kính chưa đến một phần nghìn tỷ centimet, có một “mặt trời” tương đối lớn - hạt nhân của nguyên tử. Những “hành tinh” nhỏ bé - các electron - xoay quanh “mặt trời” nguyên tử này. Hạt nhân bao gồm hai khối xây dựng chính của Vũ trụ - proton và neutron (chúng có tên thống nhất - nucleon). Electron và proton đều là các hạt tích điện và lượng điện tích trong mỗi hạt là hoàn toàn giống nhau, nhưng các điện tích khác nhau về dấu: proton luôn tích điện dương và electron luôn tích điện âm. Neutron không mang điện tích và do đó có độ thấm rất cao. Trong phép đo ở thang đo nguyên tử, khối lượng của proton và neutron được coi là thống nhất. Do đó, trọng lượng nguyên tử của bất kỳ nguyên tố hóa học nào đều phụ thuộc vào số lượng proton và neutron chứa trong hạt nhân của nó. Ví dụ, một nguyên tử hydro, với hạt nhân chỉ gồm một proton, có khối lượng nguyên tử là 1. Một nguyên tử helium, với hạt nhân gồm hai proton và hai neutron, có khối lượng nguyên tử là 4. Hạt nhân của các nguyên tử cùng loại luôn chứa cùng số proton, nhưng số neutron có thể khác nhau. Các nguyên tử có cùng số hạt proton nhưng khác nhau về số nơtron và là những biến thể của cùng một nguyên tố được gọi là đồng vị. Để phân biệt chúng với nhau, người ta gán một số cho ký hiệu của nguyên tố bằng tổng tất cả các hạt trong hạt nhân của một đồng vị nhất định. Câu hỏi có thể được đặt ra: tại sao hạt nhân nguyên tử không bị vỡ ra? Suy cho cùng, các proton có trong nó là những hạt tích điện có cùng điện tích nên phải đẩy nhau với một lực rất lớn. Điều này được giải thích là do bên trong hạt nhân còn có cái gọi là lực nội hạt nhân hút các hạt hạt nhân lại với nhau. Những lực này bù đắp cho lực đẩy của proton và ngăn hạt nhân tự động bay ra xa nhau. Lực nội hạt nhân rất mạnh nhưng chỉ tác dụng ở khoảng cách rất gần. Do đó, hạt nhân của các nguyên tố nặng, gồm hàng trăm nucleon, hóa ra không ổn định. Các hạt của hạt nhân ở đây chuyển động liên tục (trong thể tích của hạt nhân) và nếu bạn thêm một lượng năng lượng bổ sung vào chúng, chúng có thể thắng nội lực - hạt nhân sẽ tách thành nhiều phần. Lượng năng lượng dư thừa này được gọi là năng lượng kích thích. Trong số các đồng vị của các nguyên tố nặng, có những đồng vị dường như sắp tự phân hủy. Chỉ cần một “cú đẩy” nhỏ là đủ, chẳng hạn như một cú va chạm đơn giản của neutron vào hạt nhân (và nó thậm chí không cần phải tăng tốc lên tốc độ cao) để phản ứng phân hạch hạt nhân xảy ra. Một số đồng vị “phân hạch” này sau đó được biết là có thể sản xuất nhân tạo. Trong tự nhiên, chỉ có một đồng vị như vậy - uranium-235.
Sao Thiên Vương được phát hiện vào năm 1783 bởi Klaproth, người đã phân lập nó từ nhựa uranium và đặt tên nó theo tên hành tinh được phát hiện gần đây là Sao Thiên Vương. Hóa ra sau này, trên thực tế, đó không phải là uranium mà là oxit của nó. Uranium tinh khiết, một kim loại màu trắng bạc, chỉ được Peligo thu được vào năm 1842. Nguyên tố mới này không có đặc tính gì đáng chú ý và không thu hút được sự chú ý cho đến năm 1896, khi Becquerel phát hiện ra hiện tượng phóng xạ trong muối uranium. Sau đó, uranium trở thành đối tượng nghiên cứu và thử nghiệm khoa học, nhưng vẫn chưa có ứng dụng thực tế. Vào phần ba đầu thế kỷ 1934, khi các nhà vật lý ít nhiều hiểu được cấu trúc của hạt nhân nguyên tử, trước hết họ cố gắng thực hiện ước mơ bấy lâu nay của các nhà giả kim - họ cố gắng biến đổi nguyên tố hóa học này thành nguyên tố hóa học khác. Năm XNUMX, các nhà nghiên cứu người Pháp, vợ chồng Frédéric và Irene Joliot-Curie, đã báo cáo kinh nghiệm sau đây cho Viện Hàn lâm Khoa học Pháp: khi bắn phá các tấm nhôm bằng hạt alpha (hạt nhân của nguyên tử helium), nguyên tử nhôm biến thành nguyên tử phốt pho, nhưng không những chất thông thường, mà là những chất phóng xạ, từ đó biến thành đồng vị ổn định của silicon. Do đó, nguyên tử nhôm, sau khi thêm một proton và hai neutron, đã biến thành một nguyên tử silicon nặng hơn. Kinh nghiệm này cho thấy rằng nếu bạn "bắn phá" hạt nhân của nguyên tố nặng nhất tồn tại trong tự nhiên - uranium - bằng neutron, bạn có thể thu được một nguyên tố không tồn tại trong điều kiện tự nhiên. Năm 1938, các nhà hóa học người Đức Otto Hahn và Fritz Strassmann đã lặp lại một cách tổng quát kinh nghiệm của vợ chồng Joliot-Curie, sử dụng uranium thay vì nhôm. Kết quả của thí nghiệm hoàn toàn không như những gì họ mong đợi - thay vì một nguyên tố siêu nặng mới có số khối lớn hơn uranium, Hahn và Strassmann đã nhận được các nguyên tố nhẹ từ phần giữa của bảng tuần hoàn: bari, krypton, brom và Một vài thứ khác. Bản thân những người thực hiện thí nghiệm cũng không thể giải thích được hiện tượng quan sát được. Chỉ năm sau, nhà vật lý Lise Meitner, người mà Hahn đã báo cáo những khó khăn của mình, đã tìm ra lời giải thích chính xác cho hiện tượng quan sát được, cho rằng khi uranium bị bắn phá bằng neutron, hạt nhân của nó sẽ tách ra (phân hạch). Trong trường hợp này, hạt nhân của các nguyên tố nhẹ hơn lẽ ra đã được hình thành (đó là nguồn gốc của bari, krypton và các chất khác), cũng như 2-3 neutron tự do lẽ ra phải được giải phóng. Nghiên cứu sâu hơn giúp có thể làm rõ một cách chi tiết bức tranh về những gì đang xảy ra. Uranium tự nhiên bao gồm hỗn hợp ba đồng vị có khối lượng 238, 234 và 235. Lượng uranium chính là đồng vị-238, hạt nhân của chúng gồm 92 proton và 146 neutron. Uranium-235 chỉ bằng 1/140 uranium tự nhiên (0%) (nó có 7 proton và 92 neutron trong hạt nhân) và uranium-143 (234 proton, 92 neutron) chỉ bằng 142/1 tổng khối lượng uranium ( 17500%). Đồng vị kém ổn định nhất trong số này là uranium-0. Đôi khi, hạt nhân nguyên tử của nó tự động phân chia thành các phần, kết quả là các nguyên tố nhẹ hơn trong bảng tuần hoàn được hình thành. Quá trình này đi kèm với việc giải phóng hai hoặc ba neutron tự do, lao tới với tốc độ cực lớn - khoảng 006 nghìn km/s (chúng được gọi là neutron nhanh). Những neutron này có thể va chạm với các hạt nhân uranium khác, gây ra phản ứng hạt nhân. Mỗi đồng vị hành xử khác nhau trong trường hợp này. Hạt nhân Uranium-238 trong hầu hết các trường hợp chỉ đơn giản là bắt giữ các neutron này mà không cần bất kỳ sự biến đổi nào nữa. Nhưng khoảng một trong năm trường hợp, khi một neutron nhanh va chạm với hạt nhân của đồng vị-238, một phản ứng hạt nhân kỳ lạ xảy ra: một trong các neutron của uranium-238 phát ra một electron, biến thành một proton, nghĩa là Đồng vị uranium biến thành nguyên tố nặng hơn - neptunium-239 (93 proton + 146 neutron). Nhưng neptunium không ổn định - sau vài phút, một trong các neutron của nó phát ra electron, biến thành proton, sau đó đồng vị neptunium biến thành nguyên tố tiếp theo trong bảng tuần hoàn - plutonium-239 (94 proton + 145 neutron). Nếu một neutron chạm vào hạt nhân của uranium-235 không ổn định, thì quá trình phân hạch ngay lập tức xảy ra - các nguyên tử phân rã và phát ra hai hoặc ba neutron. Rõ ràng là trong uranium tự nhiên, hầu hết các nguyên tử thuộc về đồng vị-238, phản ứng này không gây ra hậu quả rõ ràng - tất cả neutron tự do cuối cùng sẽ bị đồng vị này hấp thụ. Chà, điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta tưởng tượng một mảnh uranium khá lớn bao gồm toàn bộ đồng vị-235? Ở đây, quá trình sẽ diễn ra khác đi: các neutron được giải phóng trong quá trình phân hạch của một số hạt nhân, lần lượt chạm vào các hạt nhân lân cận, gây ra sự phân hạch của chúng. Kết quả là một phần neutron mới được giải phóng, làm phân chia các hạt nhân tiếp theo. Trong điều kiện thuận lợi, phản ứng này diễn ra giống như một trận tuyết lở và được gọi là phản ứng dây chuyền. Để bắt đầu, một vài hạt bắn phá có thể là đủ. Thật vậy, hãy để uranium-235 bị bắn phá chỉ bằng 100 neutron. Họ sẽ tách 100 hạt nhân uranium. Trong trường hợp này, 250 neutron mới thuộc thế hệ thứ hai sẽ được giải phóng (trung bình 2 mỗi lần phân hạch). Các neutron thế hệ thứ hai sẽ tạo ra 5 phân hạch, sẽ giải phóng 250 neutron. Ở thế hệ tiếp theo, nó sẽ trở thành 625, rồi 1562, rồi 3906, v.v. Số lượng các bộ phận sẽ tăng vô hạn nếu quá trình này không dừng lại. Tuy nhiên, trên thực tế chỉ có một phần nhỏ neutron chạm tới hạt nhân nguyên tử. Những người còn lại nhanh chóng lao vào giữa chúng và bị cuốn vào không gian xung quanh. Một phản ứng dây chuyền tự duy trì chỉ có thể xảy ra với một lượng uranium-235 đủ lớn, được cho là có khối lượng tới hạn. (Khối lượng này trong điều kiện bình thường là 50 kg.) Điều quan trọng cần lưu ý là sự phân hạch của mỗi hạt nhân đi kèm với sự giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ, hóa ra gấp khoảng 300 triệu lần năng lượng tiêu tốn cho quá trình phân hạch. ! (Người ta ước tính rằng sự phân hạch hoàn toàn của 1 kg uranium-235 tỏa ra lượng nhiệt tương đương với quá trình đốt cháy 3 nghìn tấn than.) Vụ nổ năng lượng khổng lồ này, được giải phóng trong chốc lát, biểu hiện dưới dạng một vụ nổ cực kỳ khủng khiếp. lực và làm nền tảng cho hoạt động của vũ khí hạt nhân. Nhưng để loại vũ khí này trở thành hiện thực, điều cần thiết là điện tích không phải bao gồm uranium tự nhiên mà là một đồng vị hiếm - 235 (uranium như vậy được gọi là đã được làm giàu). Sau đó người ta phát hiện ra rằng plutonium tinh khiết cũng là một vật liệu phân hạch và có thể được sử dụng trong điện tích nguyên tử thay vì uranium-235. Tất cả những khám phá quan trọng này đều được thực hiện vào đêm trước Thế chiến thứ hai. Chẳng bao lâu, công việc bí mật chế tạo bom nguyên tử bắt đầu ở Đức và các nước khác. Ở Mỹ, vấn đề này đã được giải quyết vào năm 1941. Toàn bộ tổ hợp công trình được đặt tên là "Dự án Manhattan". Việc quản lý hành chính của dự án do General Groves thực hiện và việc quản lý khoa học do giáo sư Robert Oppenheimer của Đại học California thực hiện. Cả hai đều nhận thức rõ sự phức tạp to lớn của nhiệm vụ mà họ phải đối mặt. Vì vậy, mối quan tâm đầu tiên của Oppenheimer là tuyển dụng một đội ngũ khoa học cực kỳ thông minh. Ở Mỹ thời đó có nhiều nhà vật lý di cư từ Đức Quốc xã. Thật không dễ dàng để thu hút họ chế tạo vũ khí chống lại quê hương cũ của họ. Oppenheimer đích thân nói chuyện với mọi người, sử dụng tất cả sức mạnh quyến rũ của mình. Chẳng bao lâu sau, ông đã tập hợp được một nhóm nhỏ các nhà lý thuyết mà ông gọi đùa là “những ngôi sao sáng”. Và trên thực tế, nó bao gồm những chuyên gia vĩ đại nhất thời bấy giờ trong lĩnh vực vật lý và hóa học. (Trong số đó có 13 người đoạt giải Nobel, trong đó có Bohr, Fermi, Frank, Chadwick, Lawrence.) Ngoài họ, còn có nhiều chuyên gia khác thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau. Chính phủ Hoa Kỳ đã không tiết kiệm chi phí và công việc đã diễn ra trên quy mô lớn ngay từ đầu. Năm 1942, phòng thí nghiệm nghiên cứu lớn nhất thế giới được thành lập tại Los Alamos. Dân số của thành phố khoa học này sớm lên tới 9 nghìn người. Xét về thành phần các nhà khoa học, phạm vi thí nghiệm khoa học cũng như số lượng chuyên gia và công nhân tham gia vào công việc, Phòng thí nghiệm Los Alamos không có nơi nào sánh bằng trong lịch sử thế giới. "Dự án Manhattan" có cảnh sát, phản gián, hệ thống thông tin liên lạc, nhà kho, làng mạc, nhà máy, phòng thí nghiệm riêng và ngân sách khổng lồ của riêng mình. Mục tiêu chính của dự án là thu được đủ vật liệu phân hạch để có thể tạo ra một số quả bom nguyên tử. Ngoài uranium-235, chất nổ của quả bom, như đã đề cập, có thể là nguyên tố nhân tạo plutonium-239, nghĩa là quả bom có thể là uranium hoặc plutonium. Groves và Oppenheimer đồng ý rằng công việc nên được tiến hành đồng thời theo hai hướng, vì không thể quyết định trước xem hướng nào trong số đó sẽ hứa hẹn hơn. Cả hai phương pháp đều khác nhau về cơ bản: việc tích lũy uranium-235 phải được thực hiện bằng cách tách nó ra khỏi phần lớn uranium tự nhiên, và plutonium chỉ có thể thu được từ phản ứng hạt nhân có kiểm soát khi uranium-238 được chiếu xạ. với neutron. Cả hai con đường đều có vẻ khó khăn một cách bất thường và không hứa hẹn những giải pháp dễ dàng. Trên thực tế, làm thế nào người ta có thể tách hai đồng vị chỉ khác nhau một chút về trọng lượng và có tính chất hóa học giống hệt nhau? Cả khoa học và công nghệ đều chưa từng gặp phải vấn đề như vậy. Việc sản xuất plutonium lúc đầu cũng có vẻ gặp nhiều vấn đề. Trước đó, toàn bộ trải nghiệm về biến đổi hạt nhân chỉ được rút gọn thành một vài thí nghiệm trong phòng thí nghiệm. Bây giờ họ phải thành thạo việc sản xuất kg plutonium ở quy mô công nghiệp, phát triển và tạo ra một hệ thống lắp đặt đặc biệt cho việc này - một lò phản ứng hạt nhân và học cách kiểm soát quá trình phản ứng hạt nhân. Cả ở đó và ở đây, toàn bộ những vấn đề phức tạp phải được giải quyết. Vì vậy, Dự án Manhattan bao gồm một số tiểu dự án, do các nhà khoa học nổi tiếng đứng đầu. Bản thân Oppenheimer là người đứng đầu Phòng thí nghiệm khoa học Los Alamos. Lawrence phụ trách Phòng thí nghiệm Bức xạ tại Đại học California. Fermi đã tiến hành nghiên cứu tại Đại học Chicago để tạo ra lò phản ứng hạt nhân. Lúc đầu, vấn đề quan trọng nhất là thu được uranium. Trước chiến tranh, kim loại này hầu như không được sử dụng. Bây giờ cần ngay lập tức với số lượng lớn, hóa ra không có phương pháp công nghiệp nào để sản xuất nó. Công ty Westinghouse bắt đầu phát triển và nhanh chóng đạt được thành công. Sau khi tinh chế nhựa uranium (uranium xuất hiện trong tự nhiên ở dạng này) và thu được oxit uranium, nó được chuyển thành tetraflorua (UF4), từ đó kim loại uranium được tách ra bằng điện phân. Nếu vào cuối năm 1941, các nhà khoa học Mỹ chỉ có sẵn vài gram kim loại uranium, thì vào tháng 1942 năm 6000, sản lượng công nghiệp của họ tại các nhà máy Westinghouse đã đạt tới XNUMX pound mỗi tháng. Đồng thời, công việc đang được tiến hành để tạo ra một lò phản ứng hạt nhân. Quá trình sản xuất plutonium thực sự được thực hiện bằng cách chiếu xạ các thanh uranium bằng neutron, kết quả là một phần của uranium-238 sẽ biến thành plutonium. Nguồn neutron trong trường hợp này có thể là các nguyên tử phân hạch của uranium-235, được phân tán với số lượng vừa đủ giữa các nguyên tử của uranium-238. Nhưng để duy trì việc sản xuất neutron liên tục, một phản ứng phân hạch dây chuyền của các nguyên tử uranium-235 phải bắt đầu. Trong khi đó, như đã đề cập, cứ mỗi nguyên tử uranium-235 lại có 140 nguyên tử uranium-238. Rõ ràng là các neutron tán xạ theo mọi hướng có xác suất gặp chúng trên đường đi cao hơn nhiều. Nghĩa là, một số lượng lớn neutron được giải phóng hóa ra lại bị đồng vị chính hấp thụ mà không mang lại lợi ích gì. Rõ ràng, trong những điều kiện như vậy, phản ứng dây chuyền không thể xảy ra. Làm sao để? Lúc đầu, có vẻ như nếu không tách hai đồng vị, hoạt động của lò phản ứng nhìn chung là không thể, nhưng một tình huống quan trọng đã sớm được xác định: hóa ra uranium-235 và uranium-238 dễ bị ảnh hưởng bởi neutron có năng lượng khác nhau. Hạt nhân của nguyên tử uranium-235 có thể bị phân tách bởi một neutron có năng lượng tương đối thấp, có tốc độ khoảng 22 m/s. Những neutron chậm như vậy không bị hạt nhân uranium-238 bắt giữ - để làm được điều này, chúng phải có tốc độ hàng trăm nghìn mét mỗi giây. Nói cách khác, uranium-238 bất lực trong việc ngăn chặn sự khởi đầu và tiến triển của phản ứng dây chuyền trong uranium-235 do neutron bị làm chậm lại ở tốc độ cực thấp - không quá 22 m/s. Hiện tượng này được phát hiện bởi nhà vật lý người Ý Fermi, người sống ở Mỹ từ năm 1938 và dẫn đầu công trình chế tạo lò phản ứng đầu tiên tại đây. Fermi quyết định sử dụng than chì làm chất điều tiết neutron. Theo tính toán của ông, các neutron phát ra từ uranium-235, khi đi qua lớp than chì dày 40 cm, lẽ ra phải giảm tốc độ của chúng xuống 22 m/s và bắt đầu phản ứng dây chuyền tự duy trì ở uranium-235. Một chất điều tiết khác có thể được gọi là nước “nặng”. Vì các nguyên tử hydro có trong nó có kích thước và khối lượng rất giống với neutron nên chúng có thể làm chúng chậm lại một cách tốt nhất. (Với neutron nhanh, điều tương tự cũng xảy ra như với quả bóng: nếu một quả bóng nhỏ chạm vào một quả bóng lớn, nó sẽ lăn trở lại, gần như không mất tốc độ, nhưng khi gặp một quả bóng nhỏ, nó sẽ truyền một phần năng lượng đáng kể cho quả bóng đó. - giống như một neutron trong một vụ va chạm đàn hồi bật ra khỏi một hạt nhân nặng, chỉ chuyển động chậm lại một chút và khi va chạm với hạt nhân của các nguyên tử hydro, nó sẽ mất hết năng lượng rất nhanh.) Tuy nhiên, nước thông thường không thích hợp để chuyển động chậm lại, vì hydro của nó có xu hướng hấp thụ neutron. Đó là lý do tại sao deuterium, một phần của nước “nặng”, nên được sử dụng cho mục đích này. Đầu năm 1942, dưới sự lãnh đạo của Fermi, việc xây dựng lò phản ứng hạt nhân đầu tiên trong lịch sử bắt đầu ở khu vực sân tennis dưới khán đài phía tây của Sân vận động Chicago. Các nhà khoa học đã tự mình thực hiện tất cả công việc. Phản ứng có thể được kiểm soát theo cách duy nhất - bằng cách điều chỉnh số lượng neutron tham gia phản ứng dây chuyền. Fermi dự định đạt được điều này bằng cách sử dụng các thanh làm từ các chất như boron và cadmium, những chất hấp thụ mạnh neutron. Chất điều tiết là gạch than chì, từ đó các nhà vật lý đã xây dựng các cột cao 3 m và rộng 1 m, giữa chúng là các khối hình chữ nhật chứa oxit uranium. Toàn bộ cấu trúc cần khoảng 2 tấn uranium oxit và 46 tấn than chì. Để làm chậm phản ứng, các thanh cadmium và boron được đưa vào lò phản ứng. Nếu điều này vẫn chưa đủ, thì để bảo hiểm, hai nhà khoa học đứng trên một bệ đặt phía trên lò phản ứng với những thùng chứa đầy dung dịch muối cadmium - họ phải đổ chúng lên lò phản ứng nếu phản ứng vượt quá tầm kiểm soát. May mắn thay, điều này là không cần thiết. Vào ngày 2 tháng 1942 năm 28, Fermi ra lệnh kéo dài tất cả các thanh điều khiển và thí nghiệm bắt đầu. Sau bốn phút, máy đếm neutron bắt đầu nhấp nháy ngày càng to hơn. Mỗi phút cường độ của dòng neutron càng lớn hơn. Điều này cho thấy một phản ứng dây chuyền đang diễn ra trong lò phản ứng. Nó kéo dài trong XNUMX phút. Sau đó Fermi đưa ra tín hiệu và các thanh được hạ xuống sẽ dừng quá trình này. Như vậy, lần đầu tiên con người đã giải phóng năng lượng của hạt nhân nguyên tử và chứng tỏ rằng mình có thể điều khiển nó theo ý muốn. Giờ đây không còn nghi ngờ gì nữa rằng vũ khí hạt nhân là có thật. Năm 1943, lò phản ứng Fermi được tháo dỡ và vận chuyển đến Phòng thí nghiệm quốc gia Aragonese (cách Chicago 50 km). Một lò phản ứng hạt nhân khác đã sớm được xây dựng ở đây, sử dụng nước nặng làm chất điều tiết. Nó bao gồm một thùng nhôm hình trụ chứa 6 tấn nước nặng, trong đó có 5 thanh kim loại uranium được nhúng thẳng đứng, được bọc trong một lớp vỏ nhôm. Bảy thanh điều khiển được làm bằng cadmium. Xung quanh bể có một tấm phản xạ than chì, sau đó là một màn chắn làm bằng hợp kim chì và cadmium. Toàn bộ cấu trúc được bọc trong một lớp vỏ bê tông có độ dày thành khoảng 120 m. Các thí nghiệm tại các lò phản ứng thí điểm này đã xác nhận khả năng sản xuất plutonium trong công nghiệp. Trung tâm chính của Dự án Manhattan nhanh chóng trở thành thị trấn Oak Ridge ở Thung lũng sông Tennessee, nơi dân số tăng lên 79 nghìn người trong vài tháng. Tại đây, nhà máy sản xuất uranium làm giàu đầu tiên trong lịch sử đã được xây dựng trong thời gian ngắn. Một lò phản ứng công nghiệp sản xuất plutonium đã được đưa vào sử dụng ở đây vào năm 1943. Vào tháng 1944 năm 300, khoảng XNUMX kg uranium đã được chiết xuất từ nó hàng ngày, từ bề mặt của nó thu được plutonium bằng cách tách hóa học. (Để làm được điều này, plutoni trước tiên phải được hòa tan và sau đó được kết tủa.) Uranium đã tinh chế sau đó được đưa trở lại lò phản ứng. Cùng năm đó, việc xây dựng nhà máy Hanford khổng lồ được bắt đầu ở sa mạc cằn cỗi, ảm đạm ở bờ nam sông Columbia. Ba lò phản ứng hạt nhân mạnh mẽ được đặt ở đây, sản xuất vài trăm gam plutonium mỗi ngày. Song song đó, nghiên cứu cũng đang được tiến hành tích cực để phát triển một quy trình công nghiệp làm giàu uranium. Sau khi cân nhắc nhiều lựa chọn khác nhau, Groves và Oppenheimer quyết định tập trung nỗ lực vào hai phương pháp: khuếch tán khí và điện từ. Phương pháp khuếch tán khí dựa trên một nguyên lý gọi là định luật Graham (nó được nhà hóa học người Scotland Thomas Graham đưa ra lần đầu tiên vào năm 1829 và được phát triển vào năm 1896 bởi nhà vật lý người Anh Reilly). Theo định luật này, nếu hai khí, một khí nhẹ hơn khí kia, được đưa qua một bộ lọc có lỗ nhỏ không đáng kể thì lượng khí nhẹ sẽ đi qua nó nhiều hơn khí nặng một chút. Vào tháng 1942 năm 6, Urey và Dunning từ Đại học Columbia đã tạo ra một phương pháp khuếch tán khí để tách các đồng vị uranium dựa trên phương pháp Reilly. Vì uranium tự nhiên là chất rắn nên lần đầu tiên nó được chuyển đổi thành uranium florua (UF235). Khí này sau đó được đưa qua các lỗ cực nhỏ - ở mức một phần nghìn milimet - trên vách ngăn bộ lọc. Do sự chênh lệch về trọng lượng mol của các khí rất nhỏ nên hàm lượng uranium-1,0002 đằng sau vách ngăn chỉ tăng 235 lần. Để tăng lượng uranium-1 hơn nữa, hỗn hợp thu được lại được đưa qua một vách ngăn và lượng uranium lại tăng lên 0002 lần. Vì vậy, để tăng hàm lượng uranium-235 lên 99%, cần phải cho khí đi qua 4000 bộ lọc. Điều này diễn ra tại một nhà máy khuếch tán khí khổng lồ ở Oak Ridge. Năm 1940, dưới sự lãnh đạo của Ernest Lawrence, nghiên cứu bắt đầu tách các đồng vị uranium bằng phương pháp điện từ tại Đại học California. Cần phải tìm ra các quá trình vật lý cho phép tách các đồng vị bằng cách sử dụng sự chênh lệch khối lượng của chúng. Lawrence đã cố gắng tách các đồng vị bằng nguyên lý của máy quang phổ khối, một công cụ dùng để xác định khối lượng nguyên tử. Nguyên lý hoạt động của nó như sau: các nguyên tử tiền ion hóa được gia tốc bởi một điện trường và sau đó truyền qua một từ trường, trong đó chúng mô tả các vòng tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với hướng của trường. Vì bán kính của những quỹ đạo này tỷ lệ thuận với khối lượng nên các ion nhẹ kết thúc ở các vòng tròn có bán kính nhỏ hơn các vòng tròn nặng. Nếu bẫy được đặt dọc theo đường đi của các nguyên tử thì các đồng vị khác nhau có thể được thu thập riêng biệt theo cách này.
Đó là phương pháp. Trong điều kiện phòng thí nghiệm nó đã cho kết quả tốt. Nhưng việc xây dựng một cơ sở có thể tiến hành tách đồng vị ở quy mô công nghiệp tỏ ra vô cùng khó khăn. Tuy nhiên, cuối cùng Lawrence đã vượt qua được mọi khó khăn. Kết quả của những nỗ lực của ông là sự xuất hiện của calutron, được lắp đặt trong một nhà máy khổng lồ ở Oak Ridge.
Nhà máy điện từ này được xây dựng vào năm 1943 và có lẽ là đứa con tinh thần đắt giá nhất của Dự án Manhattan. Phương pháp của Lawrence yêu cầu một số lượng lớn các thiết bị phức tạp, chưa được phát triển liên quan đến điện áp cao, độ chân không cao và từ trường mạnh. Quy mô của chi phí hóa ra là rất lớn. Calutron có một nam châm điện khổng lồ, chiều dài của nó đạt tới 75 m và nặng khoảng 4000 tấn. Hàng nghìn tấn dây bạc đã được sử dụng làm cuộn dây cho nam châm điện này. Toàn bộ công trình (không tính kinh phí 300 triệu USD bạc mà Kho bạc Nhà nước chỉ cung cấp tạm thời) có giá 400 triệu USD. Bộ Quốc phòng đã trả 10 triệu cho riêng lượng điện tiêu thụ của calutron. Phần lớn thiết bị tại nhà máy Oak Ridge có quy mô và độ chính xác vượt trội so với bất kỳ thiết bị nào từng được phát triển trong lĩnh vực công nghệ này. Nhưng tất cả những chi phí này không phải là vô ích. Sau khi chi tổng cộng khoảng 2 tỷ đô la, đến năm 1944, các nhà khoa học Mỹ đã tạo ra một công nghệ độc đáo để làm giàu uranium và sản xuất plutonium. Trong khi đó, tại phòng thí nghiệm Los Alamos, họ đang nghiên cứu thiết kế quả bom. Nguyên lý hoạt động của nó nói chung đã rõ ràng từ lâu: chất phân hạch (plutonium hoặc uranium-235) phải được chuyển sang trạng thái tới hạn tại thời điểm nổ (để xảy ra phản ứng dây chuyền, khối lượng điện tích phải thậm chí còn lớn hơn đáng kể so với mức tới hạn) và được chiếu xạ bằng chùm neutron, dẫn đến sự khởi đầu của một phản ứng dây chuyền. Theo tính toán, khối lượng tới hạn của điện tích vượt quá 50 kg, nhưng họ đã giảm được đáng kể. Nói chung, giá trị của khối lượng tới hạn bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi một số yếu tố. Diện tích bề mặt của điện tích càng lớn thì càng có nhiều neutron được phát ra một cách vô ích vào không gian xung quanh. Một hình cầu có diện tích bề mặt nhỏ nhất. Do đó, điện tích hình cầu, những thứ khác bằng nhau, có khối lượng tới hạn nhỏ nhất. Ngoài ra, giá trị của khối lượng tới hạn còn phụ thuộc vào độ tinh khiết và loại vật liệu phân hạch. Nó tỷ lệ nghịch với bình phương mật độ của vật liệu này, ví dụ, cho phép tăng gấp đôi mật độ, giảm khối lượng tới hạn bốn lần. Ví dụ, mức độ dưới tới hạn cần thiết có thể đạt được bằng cách nén vật liệu phân hạch do vụ nổ điện tích của chất nổ thông thường được chế tạo dưới dạng vỏ hình cầu bao quanh điện tích hạt nhân. Khối lượng tới hạn cũng có thể giảm đi bằng cách bao quanh điện tích bằng một màn phản xạ tốt neutron. Chì, berili, vonfram, uranium tự nhiên, sắt và nhiều loại khác có thể được sử dụng làm màn hình như vậy.
Một thiết kế khả thi của bom nguyên tử bao gồm hai mảnh uranium, khi kết hợp lại sẽ tạo thành một khối lượng lớn hơn tới hạn. Để gây ra một vụ nổ bom, bạn cần phải đưa chúng lại gần nhau càng nhanh càng tốt. Phương pháp thứ hai dựa trên việc sử dụng vụ nổ hội tụ hướng vào trong. Trong trường hợp này, một dòng khí từ chất nổ thông thường hướng vào vật liệu phân hạch nằm bên trong và nén nó cho đến khi đạt khối lượng tới hạn. Sự kết hợp của điện tích và chiếu xạ mạnh nó với neutron, như đã đề cập, sẽ gây ra phản ứng dây chuyền, do đó trong giây đầu tiên nhiệt độ tăng lên 1 triệu độ. Trong thời gian này, chỉ có khoảng 5% khối lượng tới hạn có thể tách ra được. Phần điện tích còn lại trong các thiết kế bom ban đầu đã bốc hơi mà không mang lại lợi ích gì. Quả bom nguyên tử đầu tiên trong lịch sử (được đặt tên là Trinity) được lắp ráp vào mùa hè năm 1945. Và vào ngày 16/1945/30, vụ nổ nguyên tử đầu tiên trên Trái đất được thực hiện tại bãi thử hạt nhân ở sa mạc Alamogordo (New Mexico). Quả bom được đặt ở trung tâm bãi thử, trên đỉnh tháp thép cao 9m. Thiết bị ghi âm được đặt xung quanh nó ở một khoảng cách rất xa. Cách đó 16 km có một trạm quan sát và một trạm chỉ huy cách đó XNUMX km. Vụ nổ nguyên tử đã gây ấn tượng mạnh mẽ đối với tất cả những người chứng kiến sự kiện này.
Theo mô tả của các nhân chứng, có cảm giác như nhiều mặt trời đã hợp nhất thành một và chiếu sáng địa điểm thử nghiệm cùng một lúc. Sau đó, một quả cầu lửa khổng lồ xuất hiện trên đồng bằng và một đám mây bụi và ánh sáng tròn bắt đầu bay về phía nó một cách chậm rãi và đáng ngại. Cất cánh từ mặt đất, quả cầu lửa này bay lên độ cao hơn ba km trong vài giây. Với mỗi khoảnh khắc, nó tăng kích thước, chẳng bao lâu sau đường kính của nó đạt tới 1 km và từ từ bay lên tầng bình lưu. Sau đó, quả cầu lửa nhường chỗ cho một cột khói cuồn cuộn kéo dài tới độ cao 5km, có hình dạng một cây nấm khổng lồ. Tất cả những điều này đi kèm với một tiếng gầm khủng khiếp khiến mặt đất rung chuyển. Sức mạnh của quả bom phát nổ vượt quá mọi sự mong đợi. Ngay khi tình hình phóng xạ cho phép, một số xe tăng Sherman được lót các tấm chì bên trong đã lao tới khu vực xảy ra vụ nổ. Một trong số họ là Fermi, người đang háo hức muốn xem kết quả công việc của mình. Thứ hiện ra trước mắt anh là một vùng đất chết chóc, thiêu đốt, trên đó mọi sinh vật sống đã bị tiêu diệt trong bán kính 1 km. Cát đã nướng thành một lớp vỏ màu xanh thủy tinh bao phủ mặt đất. Trong một miệng núi lửa khổng lồ là tàn tích của một tháp đỡ bằng thép. Sức mạnh của vụ nổ ước tính khoảng 5 tấn thuốc nổ TNT. Bước tiếp theo là sử dụng bom trong chiến đấu chống lại Nhật Bản, quốc gia sau khi Đức Quốc xã đầu hàng, một mình tiếp tục cuộc chiến với Hoa Kỳ và các đồng minh. Lúc đó chưa có phương tiện phóng nên việc ném bom phải được thực hiện từ máy bay. Các thành phần của hai quả bom đã được tàu tuần dương Indianapolis vận chuyển cẩn thận đến đảo Tinian, nơi đóng quân của Tập đoàn Không quân Liên hợp số 509. Những quả bom này có phần khác nhau về loại điện tích và thiết kế. Quả bom đầu tiên - "Baby" - là một quả bom bay cỡ lớn mang điện tích nguyên tử uranium-235 được làm giàu cao. Chiều dài của nó khoảng 3 m, đường kính - 62 cm, trọng lượng - 4 tấn. Quả bom thứ hai - "Fat Man" - mang theo điện tích plutonium-1 có hình quả trứng với bộ ổn định lớn. Chiều dài của nó là 239 m, đường kính 3 m, trọng lượng - 2 tấn. Vào ngày 6 tháng 29, máy bay ném bom B-600 Enola Gay của Đại tá Tibbets đã thả "Little Boy" xuống thành phố lớn Hiroshima của Nhật Bản. Quả bom được hạ xuống bằng dù và phát nổ đúng như kế hoạch ở độ cao XNUMX m so với mặt đất. Hậu quả của vụ nổ thật khủng khiếp. Ngay cả đối với bản thân các phi công, cảnh tượng một thành phố yên bình bị họ phá hủy trong chốc lát cũng gây ấn tượng buồn bã. Sau đó, một người trong số họ thừa nhận rằng vào giây phút đó họ đã nhìn thấy điều tồi tệ nhất mà một người có thể nhìn thấy. Đối với những người còn sống trên trái đất, những gì đang xảy ra giống như địa ngục thực sự. Trước hết, một đợt nắng nóng đi qua Hiroshima. Tác dụng của nó chỉ kéo dài trong chốc lát nhưng mạnh đến mức làm tan chảy cả gạch ngói và tinh thể thạch anh trong các phiến đá granit, biến các cột điện thoại ở khoảng cách 4 km thành than và cuối cùng thiêu hủy cơ thể con người đến mức chỉ còn lại bóng tối. trên nhựa đường của vỉa hè hoặc trên tường nhà. Sau đó, một cơn gió khủng khiếp bùng phát từ dưới quả cầu lửa và lao qua thành phố với tốc độ 800 km/h, phá hủy mọi thứ trên đường đi của nó. Những ngôi nhà không chịu nổi sự tấn công dữ dội của hắn đã sụp đổ như bị đánh sập. Không còn một tòa nhà nguyên vẹn nào trong vòng tròn khổng lồ có đường kính 4 km. Vài phút sau vụ nổ, mưa phóng xạ màu đen rơi xuống thành phố - hơi ẩm này biến thành hơi nước ngưng tụ ở các tầng cao của khí quyển và rơi xuống đất dưới dạng những giọt lớn trộn lẫn với bụi phóng xạ. Sau cơn mưa, một cơn gió mới ập vào thành phố, lần này thổi theo hướng tâm chấn. Nó yếu hơn lần đầu nhưng vẫn đủ mạnh để bật gốc cây. Gió thổi bùng lên một ngọn lửa khổng lồ, trong đó mọi thứ có thể cháy đều cháy rụi. Trong số 76 nghìn tòa nhà, 55 nghìn tòa nhà đã bị phá hủy và đốt cháy hoàn toàn. Những người chứng kiến thảm họa khủng khiếp này nhớ lại những người cầm đuốc, từ đó quần áo bị cháy rơi xuống đất cùng với những mảnh da rách rưới, và về đám đông người dân điên loạn, toàn thân bị bỏng khủng khiếp, lao ra la hét trên đường phố. Trong không khí tràn ngập mùi hôi thối ngột ngạt của thịt người bị cháy. Khắp nơi có người nằm la liệt, chết và hấp hối. Có rất nhiều người bị mù, điếc và dò xét mọi hướng nhưng không thể phát hiện ra bất cứ điều gì trong sự hỗn loạn đang ngự trị xung quanh họ. Những người không may mắn, nằm ở khoảng cách lên tới 800 m tính từ tâm chấn, đã bị thiêu rụi trong tích tắc theo đúng nghĩa đen - bên trong họ bốc hơi và cơ thể họ biến thành những cục than bốc khói. Những người nằm cách tâm chấn 1 km bị ảnh hưởng bởi bệnh phóng xạ ở mức cực kỳ nghiêm trọng. Trong vòng vài giờ, họ bắt đầu nôn mửa dữ dội, nhiệt độ tăng lên 39-40 độ và bắt đầu khó thở và chảy máu. Sau đó, những vết loét không lành xuất hiện trên da, thành phần của máu thay đổi đáng kể và tóc rụng. Sau sự đau khổ khủng khiếp, thường vào ngày thứ hai hoặc thứ ba, cái chết xảy ra. Tổng cộng có khoảng 240 nghìn người chết vì vụ nổ và bệnh phóng xạ. Khoảng 160 nghìn người bị bệnh phóng xạ ở dạng nhẹ hơn - cái chết đau đớn của họ bị trì hoãn vài tháng hoặc vài năm. Khi tin tức về thảm họa lan truyền khắp đất nước, cả nước Nhật tê liệt vì sợ hãi. Nó càng gia tăng sau khi chiếc Box Car của Thiếu tá Sweeney thả quả bom thứ hai xuống Nagasaki vào ngày 9 tháng XNUMX. Hàng trăm nghìn cư dân cũng thiệt mạng và bị thương ở đây. Không thể chống lại vũ khí mới, chính phủ Nhật Bản đầu hàng - bom nguyên tử đã kết thúc Thế chiến thứ hai. Chiến tranh đã kết thúc. Nó chỉ kéo dài sáu năm nhưng đã thay đổi được thế giới và con người gần như không thể nhận ra. Nền văn minh nhân loại trước năm 1939 và nền văn minh nhân loại sau năm 1945 có sự khác biệt rõ rệt với nhau. Có nhiều lý do giải thích cho điều này, nhưng một trong những lý do quan trọng nhất là sự xuất hiện của vũ khí hạt nhân. Có thể nói không ngoa rằng cái bóng của Hiroshima đã bao trùm suốt nửa sau thế kỷ 6. Nó đã trở thành một vết bỏng đạo đức sâu sắc đối với hàng triệu người, cả những người cùng thời với thảm họa này và những người sinh ra nhiều thập kỷ sau đó. Con người hiện đại không còn có thể nghĩ về thế giới theo cách họ đã nghĩ trước ngày 1945 tháng XNUMX năm XNUMX - anh ta hiểu quá rõ ràng rằng thế giới này có thể biến thành hư vô trong chốc lát. Con người hiện đại không thể nhìn chiến tranh theo cách mà ông nội và ông cố của mình đã làm - anh ta biết chắc chắn rằng cuộc chiến này sẽ là cuộc chiến cuối cùng, và sẽ không có người thắng cũng như kẻ thua trong đó. Vũ khí hạt nhân đã để lại dấu ấn trên mọi lĩnh vực của đời sống công cộng, và nền văn minh hiện đại không thể tồn tại theo những quy luật như sáu mươi hay tám mươi năm trước. Không ai hiểu điều này rõ hơn chính những người tạo ra bom nguyên tử. Robert Oppenheimer viết: "Người dân trên hành tinh của chúng ta phải đoàn kết lại. Nỗi kinh hoàng và sự tàn phá do cuộc chiến tranh vừa qua gieo rắc khiến chúng ta phải suy nghĩ như vậy. Các vụ nổ bom nguyên tử đã chứng minh điều đó bằng tất cả sự tàn ác. Những người khác vào thời điểm khác đã nói những lời tương tự - chỉ về các loại vũ khí khác và về các cuộc chiến tranh khác. Chúng đã không thành công. Nhưng bất cứ ai ngày nay nói rằng những lời này là vô ích thì đều bị ảo tưởng bởi những thăng trầm của lịch sử. Chúng ta không thể bị thuyết phục về điều này. Kết quả công việc của chúng ta khiến nhân loại không còn lựa chọn nào khác mà là tạo ra một thế giới thống nhất. Một thế giới dựa trên luật pháp và nhân đạo." Tác giả: Ryzhov K.V.
Da nhân tạo để mô phỏng cảm ứng
15.04.2024 Cát vệ sinh cho mèo Petgugu Global
15.04.2024 Sự hấp dẫn của những người đàn ông biết quan tâm
14.04.2024
▪ Máy bộ đàm cầm tay kỹ thuật số Motorola MOTOTRBO SL1600 ▪ Trẻ sơ sinh la hét bằng các ngôn ngữ khác nhau ▪ Thiết bị liên lạc ô tô Bluetooth ▪ Điện thoại thông minh và bữa sáng với chất chống cháy
▪ phần trang web Bộ điều chỉnh dòng điện, điện áp, nguồn. Lựa chọn bài viết ▪ bài viết Zipper. Lịch sử phát minh và sản xuất ▪ bài viết Vì sao chim có lông vũ? đáp án chi tiết ▪ bài báo Trưởng khoa công nghệ máy tính. Mô tả công việc ▪ bài viết Tẩy trắng sáp bằng hóa chất. Công thức nấu ăn đơn giản và lời khuyên
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
Chúng tôi giới thiệu các bài viết thú vị razdela 
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này