Глава 6
Въедливый лейтенант дотошно выпытывал подробности, касательно ядерного производственного цикла. Голова Николая Ивановича от напряжения начинала побаливать, но пока еще терпимо. Говорить он вполне еще мог.
— Далее предстоит решить, какое именно ядерное оружие мы собираемся делать. Вариантов два: из урана или из плутония.
— А американцы какие сделали? — сразу спросил лейтенант.
— Они не знали точно, что у них получится, и параллельно отрабатывали оба варианта. В итоге на японскую Хиросиму была сброшена урановая бомба, а на Нагасаки плутониевая. Обе имели примерно одинаковую мощность, и обе вполне себе взорвались.
— А какую лучше делать нам?
— А вот это, как Вы верно заметили, предстоит решить руководству страны. У каждого из вариантов есть свои достоинства и недостатки. И я по возможности и в меру начинающегося склероза постараюсь это изложить.
— Давайте, — заявил лейтенант, перевернув очередной лист блокнота.
— Так вот. Вариант с ураном хорош тем, что в принципе можно избежать необходимости постройки ядерных реакторов, что само по себе проблема. И с теорией тут проще. В природном уране, который нам выдаст металлургический завод, содержатся два его изотопа: уран-238 и уран-235. Для создания бомбы нужен уран-235, чтобы получить металл оружейного качества его содержание надо довести примерно до 95 %.
— А в чем проблема?
— А проблема в том, что эти два изотопа следует разделить. Нужного нам урана-235 в природном уране содержится менее одного процента, а остальное это никчемный уран-238. Ну, не совсем конечно никчемный. Отметьте у себя там, что позже следует поговорить об использовании сердечников из обедненного урана в подкалиберных противотанковых снарядах и о других применениях.
— Думаю, что наши химики справятся с этой задачей.
— Химики тут не справятся, — усмехнулся Николай Иванович. — Все изотопы одного элемента имеют одни и те же химические свойства. В том и проблема. Разделение следует проводить физическими методами. А это непросто. В данном случае разница составляет всего три атомных единицы.
— И как тогда их разделяют? — с любопытством спросил лейтенант.
— Основных методов имеется три: газовая диффузия, газовые центрифуги и электромагнитный метод. С центрифугами связываться не рекомендую. Даже в наше время этот метод не слишком распространен из-за технологических проблем с созданием этих самых центрифуг. Остаются еще два метода. Для метода газовой диффузии уран переводят в газообразное состояние. В четырехфтористый уран, если не вру. Потом этот газ прогоняют через спеченные из никелевого порошка мембраны. Идея в том, что более легкий уран-235 диффундирует через мембраны быстрее, чем изотоп урана-238. Установки громоздкие, мембран в них тысячи, процесс долгий и многоступенчатый. Но все равно самый дешевый. Недостаток метода в том, что при всех стараниях невозможно получить уран должной степени очистки.
При электромагнитном методе уран опять же переводят в газообразное состояние, потом этот газ ионизируют и гонят ионы в циклотроне электромагнитным полем по кругу. Получается, что более легкие ионы движутся по более крутой траектории. Соответственно на финише изотопы попадают в разные щели установки и таким образом разделяются. Этот метод требует больших затрат на оборудование и электроэнергию, но конечный продукт получается идеально чистым. На практике оба этих метода комбинируют. Большую часть урана-235 получают методом газовой диффузии, а потом в него добавляют необходимое количество чистого продукта с тем расчетом, чтобы содержание урана-235 в смеси дало оружейное качество металла, то есть порядка 95 %.
Николай Иванович замолчал, чтобы немного передохнуть, а лейтенант перевернул очередную страницу и заметил, — Вы доступно излагаете. Вероятно, с технологией придется повозиться, но зато теоретических проблем пока не просматривается.
— С технологией действительно придется повозиться. Следует учитывать тот факт, что все соединения фтора имеют высокую химическую активность, в том числе и этот самый четырехфтористый уран. Незащищенное оборудование разъест в момент. Все рабочие поверхности установок необходимо покрывать слоем никеля. Прокладки и уплотнения — особая песня. Не говоря уже о том, что эта гадость еще и радиоактивная. Кстати, напомните позже, чтобы мы поговорили о фторопласте. Это такой пластик с высокой стойкостью к химическим воздействиям.
— Зафиксировал, — лейтенант что-то там чиркнул в своем кондуите. — Но как я понимаю, изготовлением собственно урана, «оружейного», как вы его называете, проблемы не исчерпываются?
— Естественно, теперь поговорим о конструкции ядерного заряда. Существует понятие так называемой критической массы. Это минимальное количество делящегося вещества, в котором возможен запуск цепной реакции деления. В общем случае критическая масса зависит от степени очистки металла, но конкретно для урана очищенного до оружейного качества составляет порядка 70 килограммов. По объему это немного, уран очень тяжелый. Ядро заряда изготавливают в виде двух полусфер, ну как половинки яблока. Чтобы запустилась цепная реакция, и произошел ядерный взрыв надо, чтобы эти половинки слились в единый шар — ядро. Но сближать их надо не абы как, а с высокой скоростью. Не помню точно, с какой именно скоростью, но речь идет о нескольких километрах в секунду. При слишком медленном сближении ядерная реакция начнется, но не та, что надо. Половинки ядра при сближении от ядерной реакции успеют нагреться, «потекут», потеряют форму, превратятся в раскаленную до бела каплю. Эта медленная реакция будет идти долго, пока весь уран постепенно не «выгорит». Поэтому применяется так называемая «пушечная схема». Половинки ядра посылают навстречу друг другу путем направленного взрыва. С подбором химической взрывчатки, расположением ее блоков, синхронизацией подрыва придется немало повозиться. Тут важно чтобы этот взрыв с нужной скоростью соединил точно изготовленные полусферы, а не раздробил их до того момента, когда цепная реакция запустится. Потом уже не важно, ибо в результате цепной реакции в ядре выделиться такая энергия, что взрыв химической взрывчатки покажется жалкой искрой в океане огромного пожара. Например, урановая бомба «Малыш», которую США сбросили на Хиросиму, имела мощность порядка 20 килотонн в тротиловом эквиваленте.
Лейтенант особо не впечатлился. — Про эти килотонны мы уже слышали. Но ведь были бомбы и мощнее, там вообще в мегатоннах счет идет?
— Были и мощнее, например, знаменитый советский боеприпас, известный под названием «Кузькина мать» имел мощность мегатонн под шестьдесят. Но это уже термоядерные устройства, их еще называют водородными бомбами и работают они на реакции синтеза. О них мы позднее побеседуем. А пока с атомными зарядами разберемся, которые на реакции распада ядер тяжелых элементов.
