Что то у нас затишье. Продолжим о скучном, но нужном для общей так сказать эрудиции

Самое начало можно почитать тут: Х-лучи или ядерная эра….самое начало
Предыдущую часть можно почитать тут: Радиация для дилетантов-4 (Wunderwaffe или игра умов)


В 4-й части забежал немного вперёд, и показал всё со стороны 3-го рейха. Но по другую сторону Атлантического океана исследования деления урана тоже шли. Точнее не совсем шли, скорее вяло протекали.

….как то Бил Гейтс заявил в одном интервью что 64 кБ оперативной памяти для компьютера это вполне себе. От и в ядерной физике некто Эрнест Резерфорд в 1933-м году отколол пёрл что:

так, узнать кое-чего о строении микромира да и только.
Ну, возможно это просто пару фраз неудачно вырванных из контекста.
Но был один пока ещё не очень известный человек который решился доказать что тот не прав.

Лео Сцилард
Лео Сцилард. Будущий серый кардинал исследований в области ядерной физики. Уроженец Королевства Венгрия, по политическим мотивам вынужден был покинуть родной Будапешт, хоть в принципе из него бы на родине получился бы неплохой инженер, может даже учёный.



Вощем переехал он из не спокойной Венгрии в…Германию, которая пока ещё была спокойной. И опять таки, казалось бы хорошее будущее обеспеченно, ведущий технический вуз страны, всемирно известные лекторы типа Макса Планка и Эйнштейна (с Эйнштейном даже запатентовали какую то штуку из области тепловых насосов), докторская степень по теорітіческой фізіке, перспективы стать учёным-изобретателем или на худой конец податься в модное тогда изучение превращения атомных ядер…но наступил 1933-й год, и шота запахло жаренным…пришлось быстренько съехать в Великобританию (в местном госпитале предложили консультировать по вопросам применения рентгенографии для мед. целей), где собственно он и прочитал в газетах перл Резерфорда.
Сцилард почесав репу понял, что Резерфорд отколол хрень, и немного пораскинув мыслями понял, что если открытые недавно нейтроны могут инициировать ядерную реакцию с выделением энергии, то если найти более-менее постоянный источник нейтронов то энергия польётся рекой. А если в процессе этого ещё и образуются новые нейтроны….в теории возможно, но… короче к 1934-му описал то, что потом назовут цепной ядерной реакцией, и запатентовал пра-пра дедушку ядерного реактора. От тока Сциларду не понравилось то, что эта идея с высвобождением огромной энергии вполне тянет на оружие страшной разрушительной силы. Пускай и пока только в теории, ибо такого крутого источника нейтронов ещё не изобрели.
Шли годы, Сцилард понял, что и в Великобритании скоро будет неспокойно, и съехал в США. Периодически он пытался экспериментировать с попытками разжечь цепную реакцию, но как то безрезультатно. Ну, и ладно, значит это невозможно думал про себя Сцилард…
Короче США, семинары-симпозиумы, лаборатория в Колумбийском университете и т.д.
Всё завертелось когда в очередной порыв «проводить эксперименты» он решили повторить опыт Ферми только с ураном и мощным источником нейтронов….на выходе получили лавину нейтронов которые физически не смог бы сгенерировать источник.
Дальше была бессонная ночь размышлений, более крупный эксперимент с применением самого Э.Ферми….и тут закончился баблос, ну т.е. его нужны были много расходников на которые нужна просто таки гора денег а её не было.


Немецкий Wunderwaffe
Денег на исследования кот наплакал, а тут ещё свежие новости из Германии подъехали, и компашка физиков во главе с Лео Силардом, столкнулась с делемой, из которой шло 2 вывода:
1) Деление атомов урана по энерговыделению в теории сможет многократно переплюнуть любую известную взрывчатку, но дальнейшие исследования этого направления без государственной поддержки невозможны (нет денег и материалов);
2) у Гитлера и Кo окончательно ссора с кукухой на фоне планов о мировом господстве, и наличие у III Рейха оружия использующее энергию деления урана это чревато всему миру. Тем более, перебежчики и разведка радировала, что отдел вооружений сухопутных сил III Рейха уже начал программу исследований расщепления урана, и скорее всего они уже хорошооо так продвинулись в перёд.
Да, кроме как в Германии серьёзно к этому делу ни где не относились. Оно правда и понятно, Европейским лидерам не до науки, заверения Чемберлена пошли прахом, и Европа уже начинала пылать огнём войны, а некто У.Черчиль стал подумывать что и Великобританию скоро придётся отбивать от немцев…

Вощем Европе не до разработок супероружия. А вот в Рейхе армейские чины оказались расторопнее, и ещё позавчера поняли всю перспективность развития науки о делении атомов.
Но что делать компашке экспериментаторов а по совместительству вчерашних эмигрантов из пылающей Европы? Решили от отчаяния написать письмо тем, кто всё ещё не воюет. А именно написать тогдашнему президенту США (Ф.Рузвельту) дабы тот завязывал с нейтралитетом в набирающей обороты 2-й Мировой, и поскорее начинал в США свои ядерные исследования, а то как бэ поздно не стало. Но как привлечь внимание? Где гарантии того что письмо дойдёт до самого президента США, так же как и нет гарантии что он согласится с доводами…а действовать нужно было срочно.

Придумали простенький план - попросить подписать письмо какого-нить видного деятеля. В итоге уломали Альберта Эйнштейна (официально он не был вхож в эти стрёмные истории вокруг радиоактивного превращения атомов, ну так, чутку там предположил, чутку тут подмог, но не лежала душа в ту степь)…но ознакомившись с письмом и всеми известными результатами исследованний возражать не стал, хотя понял что он волей-неволей ввязался в очень стрёмную историю…и отсидеться в итоге ну никак не получится.

В итоге, когда спустя пару месяцев бесконечных скитаний по кабинетам, через троюродного брата хорошей знакомой у которой есть нужный родственник таки передав письмо адресату, Рузвельт осознав тяжесть положения, повысил финансирование своим ядзерным специалистам, а заодно начал переманивать для работы на США видных физиков-теоретиков и ядерных практиков тех времён (правда «благодаря» помощи коллег из III Рейха с их расовой и политической нетерпимостью, это было не сложно…главное успеть вовремя выскочить из III Рейха).

«Па, это требует действий!»
Откуда у Эдвина.Уотсона такое прозвище для меня загадка, но фраза сказанная Рузвельтом запомнилась.
«Па, это требует действий!»

А т.к. Уотсон был как-никак старший военный советник Рузвельта (читай Глава Администрации президента США), то с бюрократией было прощё. Вощем решили сколотить подпольную террористическую «Урановый комитет» (который 1 ноября 1939 года постановил, что всем нам пи***…. бомба может выйти ахренительной мощности).
Дальше была гонка на истощение ресурсов. И как бэ США явно отставало. А у 3-го Рейха ресурсов всё прибывало, а после аннексии Судетской области Чехословакии (урановые рудники города Яхимов) и захвата Бельгии (+запасы урана которые Бельгия вывезла из своих африканских колоний) что т вообще все приуныли (ничё, потом ещё и единственный в мире завод по производству тяжелой воды отжали). Ужас короче…
Думаете сколоченный в США урановый комитет сразу погнал в работу? Сразу действия? А хрен вам, ваще удивительно как всё сработало. С одной стороны разведка радировала что немцы строят новый современный стенд для обкатки ядерных технологий, с другой контрразведка усомнилась в честности намерений как Сциларда, так и Ферми (мол немецкий венгр и беглый итальяшка, этож явно фашисты-диверсанты).
По скромным прикидкам немцы на год опережали исследования учёных собравшихся в США.

Металлургическая лаборатория
6 декабря 1941 года Национальный исследовательский комитет обороны думал стоит ли серьёзно браться за это дело или нет. Правда после того как буквально на следующий день японские войска чуток подсократили Тихоокеанский флот США (в частности базу на Гаваях), то они сразу приняли решение японского императора отшлё….на…. действовать незамедлительно.

Ну и таки сосредоточится на атомной бомбе как на перспективно вундервафле. К тому моменту учёные из Англии радировали что впрнципе бомба на уране-235 таки сработает, и таки это будет бомба (в смысле для неё нужно будет кудааа меньше 100 т обогащённого урана как считалось ранее), хотя плутоний тоже ничаго.

Короче все усилия сосредоточили в Металлургической лаборатории Чикагского университета (местный руководитель (Комптон) как бэ понял что часть лабораторий в стране тупо соревнуются в делании одного и того же). Там разбились на отделы и занялись вообще всем. Кто-то рассчитывал параметры цепной реакции, кто-то перебирал всевозможные формы будующего реактора ища оптимальную, кто-то доводил до ума схемы очистки урана и плутония, вояк подрядили решить проблемы с логистикой…
Уран-235, или чего хуже плутоний. Тогда и придумали эту схемку с реактором-наработчиком плутония. Правда и реактора как такового то ещё не было. Если кратко, то там и появилась идея использовать в качестве «теплоносителя-отражателя нейтронов» для ядерного реактора обычную воду (была ещё идея с расплавленным висмутом, но про неё не вспоминали следующие лет 20).

Зачем для создания атомной бомбы нужен атомный реактор?
Пока одни «развлекались» с опытами в лабораториях, другие строили теории и проводили расчёты.
А расчёты показали, что из известных изотопов, самая компактная атомная бомба получится если использовать уран-235 или 239-плутоний. Если с первым поможет центрефуга (уран превращают в газ, и на центрефуге постепенно отсеивают нужный 235-й изотоп), то для получения второго требуются потоки нейтронов большой плотности.
Зачем нейтроны? Дело в том что уран-235 хоть в мизерных количествах, но в природе встречается. Но вот плутоний в природе считай не встречается. Но если облучить 238-уран нейтронами, то в результате серии самопроизвольных ядерных распадов получится искомый плутоний-239.

Первый вопрос: где взять нейтроны в огромных количествах? От именно, их мог обеспечить только ядерный реактор. Штука которая в том числе производит эти самые нейтроны в огромных количествах.
Берём огромную сферу из чего-нить замедляющее нейтроны, графит скажем, закладываем туда оксид урана, и просто ждём. Через какое то время часть атомов урана превратится в плутоний-239. Но тогда, в 1942 году это конечно было всё ещё просто рабочей теорией.

Надкритичный и подкритичный
Страшные термины, но если рассматривать Чикагскую лабораторию, то стендов для изучения урана-плутония в лаборатории было предостаточно, но ни один не мог поддерживать ядерную реакцию сам по себе. Все они были т.н. подкритичными. Иными словами, хоть и в процессе деления урана и образовывались нейтроны, но они постоянно «улетали» из реактора, и оставь реактор без внешнего источника нейтронов реакция через некоторое время заглохнет. Для производства плутония или просто тепловой энергии это не ахти как хорошо (постоянно думать где брать нейтроны для поддержания реакции). Но чісто в теории, уран при делении давал 2-3 нейтрона, а собственно для деления нужен только 1, то нужно сделать так, чтоб из этих 2-3 нейтронов хоть один но «задержался» в реакторе подольше (а не улетел на скорости 10 000 км/с восвояси). Цепная реакция и все дела. От это и назвали «надкритичным» ядерным реактором.

Ядерные поленья и ядерная печка
В ноябре 1942 года данных было достаточно чтобы соорудить первый в мире поистине атомный реактор. «Chicago Pile-1», огромная махина весом в 400 тонн.

Правда единственное более-менее подходящее помещение для будущего первого в мире работающего реактора нашлось под одной из трибун местного студенческого стадиона, но да это мало кого волновало.
Самоподдерживающуюся реакцию в реакторе кое-как запустили 2 декабря 1942 года.

Правда автоматика почти сразу его заглушила, так как кол-во нейтронов испускаемых реактором стало как то явно большим. К 12 декабря поленница пыхтела как надо, выдавая мощность в 200 Вт, и облучая всех «лучами счастья» с интенсивностью дето на 3 Р/ч.
Спросите чего такое название «Chicago Pile-1»? Чикагская поленница…Долго просто не думали, эта штука воистину кустарного производства напоминала кучку дров кое-как сложенных у стены чьего-то сарая. Ферми так и упоминал в мемуарах, что реактор в итоге был похож на «грубую груду черного кирпича и деревянных бревен».
Физики из США впервые смогли сделать что-то, чего ещё не смогли достичь в 3-м Рейхе.
Ну и понеслась….сначала реактор (для безопасности студентов) разобрали и вывезли в Аргоннскую лабораторию. Затем его пересобрали в полноценно сферический (а не 3/4 как под трибунами), поставили биологическую защиту и добавили поболее стержней управления. Затем начали эксперементировать с формой, Chicago Pile-2 с квадратной активной зоной например. В 1943-м Chicago Pile-3 уже построили с замедлителем на тяжёлой воде (привет пробраз ВВЭР-а) что позволило уменьшить габариты реактора. Затем…затем…затем…затем в 4 ноября 1943 года в Окриджской национальной лаборатории был запущен т.н. графитовый реактор X-10 (созданный под руководством Энрико Ферми). По сути это был первый ядерный реактор чисто для наработки плутония. Планируемый как экспериментальный реактор на воздушном охлаждении, построенный за 11 месяцев, его основная задача – производить плутоний-239. При распаде U-235 образовывались нейтроны, которые в свою очередь облучали U-238, и далее всё как описано выше. На X-10 уже появился бассейн-отстойник для свежевытянутых облучённых стержней.

Но одно дело получить плутоний в ничтожной концентрации, и совсем другое его как-то извлечь (но про это как-нить потом).

Вощем плутоний далее отправляли в Лос-Аламовскую лабораторию.
Потом конечно был ещё B Reactor в Хэнфордском комплексе, который был ещё более производительный (и на котором начали применять водяное охлаждение). Именно на нём получили плутоний для заряда Тринити и Толстяк. Позже Хэндфордский комплекс обзавёлся ещё 2-мя похожими реакторами для наработки плутония.
«Реактор B» (объект «105-B») был первым полномасштабным реактором для промышленного производства плутония. Он был спроектирован и построен компанией «DuPont», в реакторе применялись графитовые замедлители и водяное охлаждение. Реактор представлял собой 1100-тонный графитовый цилиндр размером 8,5×11 м, лежащий на боку. Через весь цилиндр проходили 2004 алюминиевые трубы. Урановые элементы, цилиндры диаметром около 2,5 см, заключённые в алюминиевую оболочку, помещались в трубах. Всего реактор содержал 180 т урана-238. По трубам, охлаждая урановые элементы, подавалась вода со скоростью 130 л/с. Первоначальная мощность реактора составляла 250 МВт. Это был первый реактор который начал «выдавать» плутоний в более-менее промышленных масштабах.
Был ещё комплекс К-25 на котором выделяли (обогощали) уран-235…

В процессе появлялись новые заводы обогащения урана, всё более мощные реакторы для наработки плутония, заводы по его выделению, и т.д. У кого то уже проскочила идея как на выделяющемся тепле ещё и сгенерировать электроэнергию, но тогда это рассматривали как побочный продукт производства.

Но как то за всей этой производительной мощностью затесался главный секрет. Секрет того ради чего всё в такой спешке создавалось. То, что назвали “Манхеттенский проект”.