Генри Смит - Атомная энергия для военных целей
12.43. Обнаружение продуктов захвата нейтронов. Часто бывает желательно выяснить в деталях, что происходит с нейтронами, которые поглощаются, но не вызывают деления; примером может служить резонансный, или «радиационный» захват нейтронов ураном-238, превращающимся в U-239 и затем в плутоний. Подобные исследования обычно сводятся к микрохимическому разделению и изучению радиоактивности.
12.44. Некоторые эксперименты по определению ядерных постоянных. Ко времени постройки лаборатории в Лос-Аламосе была уже проведена большая работа по изучению взаимодействия медленных нейтронов с веществом. Так, было определено поперечное сечение деления обычного урана тепловыми нейтронами; такие же определения были сделаны и для отдельных изотопов урана и плутония. Были опубликованы данные по поперечным сечениям деления быстрыми нейтронами, а в лабораториях Проекта можно было получить и дополнительные сведения. Для расширения и уточнения всех этих данных в Лос-Аламосе применили генератор Ван-де-Граафа и, пользуясь реакцией Li7(p, n)Be7, получали нейтроны любой энергии в пределах от 3 000 eV до 2 000 000 eV. Был достигнут успех в модулировании циклотронного пучка и в разработке метода «времени полета» нейтронов для быстрого получения эффекта от многих интервалов скоростей. Были разработаны специальные методы для заполнения пробелов в энергетическом спектре нейтронов. Особенно важным были те уточнения, которые оказались возможными, когда U-235, U-238 и плутоний стали получаться в больших количествах. Для этих веществ были надежно определены значения поперечных сечений деления, в зависимости от энергии нейтрона, в интервале от нуля до 3 000 000 eV.
12.45. Некоторые «интегральные» эксперименты. Можно описать два «интегральные» эксперимента, т. е. эксперименты над собранными в одно целое системами, содержащими испытывающий деление материал, отражатель и замедлитель. В первом из них была изучена система, содержавшая сравнительно большое количество U-235 в жидком растворе. Установка была рассчитана на работу при весьма малой мощности, поэтому охлаждения не было. Целью опыта была проверка явлений, предсказанных для систем, содержащих обогащенный U-235. Результаты опыта оказались близкими к ожидавшимся.
12.46. Второй интегральный эксперимент был произведен с котлом, содержавшим смесь урана и водородного замедлителя. В своей первоначальной форме установка представляла собою котел с цепной реакцией на медленных нейтронах. Затем котел был реконструирован с применением меньшего количества водорода. В этом варианте котла получило важное значение деление на быстрых нейтронах. Котел перестраивался еще несколько раз, причем всякий раз применялось все меньше водорода. Ряд таких реконструкций последовательно изменял характер реакции так, что деление на тепловых нейтронах играло все меньшую и меньшую роль, в то время как все большее значение приобретало деление на быстрых нейтронах, что приближало условия эксперимента к условиям, имеющим место в бомбе.
12.47. Сводка результатов экспериментов по ядерной физике. С приличной степенью точности были определены ядерные постоянные U-235, U-238 и плутония в диапазоне энергии нейтронов от тепловых до 3 000 000 еV. На вопросы 1, 2, 3, 4 и 5, из числа поставленных в начале настоящего раздела, ответы были получены. Спектр деления (вопрос 7) для U-235 и Pu-239 довольно хорошо известен. Спонтанное деление (вопрос 10) было изучено для нескольких типов ядер. Были получены также предварительные результаты по вопросам 6, 8 и 9.
ОТДЕЛ ХИМИИ И МЕТАЛЛУРГИИ12.48. Отделом химии и металлургии в Лос-Аламосской лаборатории руководили совместно Дж. В. Кеннеди и К.С. Смит. На ответственности отдела лежала окончательная очистка обогащенных материалов для деления, производство сердечника бомбы, оболочки и пр., а также ряд других вопросов. Во всей работе отдела над обогащенными способными к делению материалами должны были приниматься особые меры предосторожности, чтобы не терялись сколько-нибудь заметные количества материалов, которые были много дороже золота. Таким образом, приемы очистки и обращения с обычным ураном, которые были уже твердо установлены в Чикаго и в других местах, здесь часто оказывались недостаточными при манипуляциях с высоко обогащенными образцами U-235.
ОТДЕЛЫ АРТИЛЛЕРИИ, ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ И ФИЗИКИ БОМБЫ12.49. Вышеприведенный отчет о работе отделов теоретической физики, экспериментальной ядерной физики, химии и металлургии очень неполон, так как многие важные стороны этой работы не могут обсуждаться из соображений секретности. По этим же причинам ни одна из работ отделов артиллерии, взрывчатых веществ и физики бомбы не может обсуждаться вовсе.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ГЛАВЫ
12.50. Весной 1943 г. в Лос-Аламосе (Нью Мексике) была организована под руководством И.Р. Оппенгеймера новая лаборатория для исследования, конструирования и постройки атомной бомбы. В новой лаборатории были изучены теоретические вопросы конструкции бомбы и методов ее изготовления, были уточнены и расширены измерения необходимых ядерных постоянных, разработаны методы очистки используемых материалов и, наконец, спроектированы и построены пригодные к действию атомные бомбы.
Глава XIII. Заключение
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ
13.1. В результате работы организаций Манхэттенского Округа в Вашингтоне и Тенесси, групп ученых в Беркли, Чикаго, Колумбии, Лос-Аламосе и в других местах, промышленных групп в Клинтоне, Хэнфорде и многих других местах, конец июня 1945 г. застает нас в ожидании сообщений со дня на день о взрыве первой атомной бомбы, изобретенной человеком. Все проблемы считаются разрешенными достаточно удовлетворительно, по крайней мере для того, чтобы бомба стала применимой на практике. Была доказана возможность самопроизвольной цепной реакции, обусловленной делением ядер нейтронами; было установлено, какие условия необходимы для того, чтобы такая реакция протекала в виде взрыва; эти условия могут быть осуществлены; промышленные установки нескольких различных типов уже работают, накопляя горы взрывчатого вещества. Хотя нам неизвестно, когда произойдет первый взрыв, и насколько эффективным он окажется, сообщение об этом событии будет предшествовать опубликованию данного отчета. Если даже первая попытка будет относительно не эффективной, то едва ли можно сомневаться, что последующие попытки дадут большой эффект; предполагают, что разрушения от одной бомбы будут сравнимы с разрушениями в результате мощного воздушного налета.
13.2. Создано оружие, по своему разрушительному действию превосходящее все, что можно себе вообразить; оружие, столь идеально приспособленное для внезапного мгновенного нападения, что крупнейшие города какой-либо страны могут быть в одну ночь уничтожены «дружественным» государством. Это оружие создано не дьявольским вдохновением какого-либо порочного гения, а самоотверженным трудом тысяч обыкновенных мужчин и женщин, работавших ради обеспечения безопасности своей родины. Многие из принципов, примененных здесь, были хорошо известны ученым во всем мире еще в 1940 году. Разработка нужных производственных процессов на основе этих принципов потребовала больших затрат времени, труда и денег, но выбранные процессы оказались действенными, так же, как оказались бы, вероятно, действенными и другие процессы, от которых мы отказались. Мы располагаем начальным преимуществом во времени, так как, насколько нам известно, другие страны не были в состоянии вести аналогичную работу в военное время. Мы обладаем также общим преимуществом в научных силах и особенно в промышленном развитии, но такое преимущество не является решающим.
13.3. До капитуляции Германии всегда существовала возможность того, что германские ученые и инженеры смогут создать атомные бомбы, которые окажутся достаточно эффективными, чтобы изменить ход войны. Поэтому, разумеется, ничего не оставалось, как работать над атомными бомбами в нашей стране. Вначале многие ученые могли надеяться и надеялись на то, что появится на свет какой-то принцип, согласно которому атомные бомбы по существу невозможны. Эта надежда постепенно исчезла. К счастью, в тот же период выявились огромные масштабы необходимых промышленных усилий, так что боязнь успехов немцев была ослаблена задолго до поражения Германии. По этой же причине большинство из нас убеждено, что японцы не смогут разработать и эффективно применить это оружие.
ПРОГНОЗЫ
13.4. Что касается будущего, можно догадываться, что техническое развитие пойдет по двум направлениям. С военной точки зрения вполне вероятно, что будут усовершенствованы как процессы производства испытывающих деление веществ, так и их применение. Возможно, что будут открыты совершенно иные методы превращения вещества в энергию, так как следует помнить, что энергия, освобождаемая при делении урана, соответствует использованию лишь около одной десятой процента его массы. Если бы была найдена схема превращения в энергию хотя бы нескольких процентов массы какого-либо распространенного вещества, цивилизованный мир получил бы способ добровольно покончить с собой.
