Как создать ядерную бомбу: руководство для тех, кому понравился "Оппенгеймер"

21 июля 2023 года в мировой прокат вышел "Оппенгеймер" Кристофера Нолана – историческая драма, рассказывающая историю Роберта Оппенгеймера – "отца" самого страшного оружия, которое когда-либо создавало человечество – атомной бомбы. Сразу после премьеры в сети начали появляться шутливые тексты о том, как сделать ядерную бомбу.

Шутки-шутками, но OBOZREVATEL расскажет о том, как работает атомная бомба и что нужно для того, чтобы ее создать. Только не теряйте голову и не забывайте о главном правиле опасных экспериментов – не пытайтесь повторить это дома.

Немного физики

Несмотря на то, что процесс работы ядерного оружия достаточно прост, без знания терминологии он может показаться какофонией. Итак, вот что нужно знать:

• атом – строительный блок материи; состоит из маленького плотного ядра, окруженного облаком отрицательно заряженных частиц – электронов;

• ядро – центр атома, состоящий из ряда положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, не содержащих заряда.
• протоны и нейтроны – атомы классифицируются по количеству протонов и нейтронов в ядре. Количество протонов определяет, каким химическим элементом является атом (например, уран), а количество нейтронов – каким изотопом этого элемента атом (например, уран-235);
• изотоп – изотопы элемента имеют одинаковое количество протонов в своих ядрах, но разное количество нейтронов;
• разделение – процесс, при котором ядро атома расщепляется на меньшие частицы, высвобождая нейтроны и большое количество энергии.

И, да – атомная и ядерная бомба – это одно и то же.

Как сделать ядерное оружие

Конечно, пытаться искать такие вещи в интернете – не самая лучшая идея. По крайней мере, если вы не хотите познакомиться с представителями ФБР, СБУ или спецслужбой страны, где вы живете. Но, если быть откровенным, научная составляющая ядерной бомбы не столь сложна, как могло бы казаться. Все дело в компонентах, которые никогда не окажутся в руках простых людей. Смиритесь.

Главное в изготовлении ядерной бомбы – найти необходимую массу радиоактивного материала. Все остальное произойдет само собой. Это называется ядерная реакция. К счастью, получить радиоактивный материал – не так уж просто. Иначе ядерную бомбу имел бы каждый безумец, а не только главный из них, сидящий за кровавыми стенами Кремля.

Для ядерного устройства требуется расщепляющийся материал. В идеале это плутоний или уран. В 1945 году Оппенгеймер и другие участники "Манхэттенского проекта" создали отдельные бомбы на основе урана 235 (U-235) и плутония 239. Их действие одинаково, поэтому мы объясним все на примере урана.

Уран – тяжелый слаборадиоактивный металл, встречающийся в природе. Наиболее распространенными изотопами этого металла являются уран 238 (U-238) (99,27% в природном уране) или U-235 (0,72%).

Оба этих изотопа радиоактивны и способны со временем распадаться на другие элементы. Но именно U-235 может быть принудительно расщеплен под действием нейтронов. Именно это вынуждает ядерную бомбу "работать".

Обогащение урана

Но получить U-235 очень сложно. Из каждых 25 000 тонн урановой руды можно получить только 50 тонн металла. При этом менее 1% из них – U-235. Но вы не можете сознательно добыть только нужный вам изотоп.

Так что приходится прибегать к процессу отделения U-235 от U-238, который называется обогащением.

Один из наиболее распространенных методов предполагает нагрев урана до газообразной формы благодаря взаимодействию с фтором. Впоследствии эта газообразная форма раскручивается в центрифуге с высокой скоростью. В процессе раскрутки он проходит условную "фильтрацию" через несколько тысяч мелкопористых барьеров. Это позволяет разделить уран на два типа.

В итоге получается обогащенный U-235, а также так называемый обедненный уран U-238, который используется для производства обычного оружия.

Расщепление урана

Когда атом U-235 поглощает нейтрон и делится на два новых атома, он испускает три новых нейтрона и некоторую энергию связи. Два нейтрона поглощаются атомом U-238 и не продолжают реакции. Однако один нейтрон сталкивается с атомом U-235, который делится, испуская два нейтрона и некоторую энергию связи. На этот раз уже оба нейтрона сталкиваются с атомами U-235, каждый из которых делится и выпускает от одного до трех нейтронов, вновь начинающих свою работу. Когда расщеплено достаточное количество атома – возникает цепная ядерная реакция.

Ядерная бомба

Уран, как известно, используется не только для оружия, но и в энергетике. Для создания ядерного реактора уран должен быть обогащен так, чтобы 20% его состава составлял U-235. Для ядерных бомб эта цифра должна быть ближе к 80-90%.

Критическая масса обогащенного урана, которая необходима для создания ядерной бомбы – по разным данным от 40 до 50 кг. Если у вас будет мало урана – цепная реакция не приведет к взрыву.

Осторожно, это бомба!

Конечно, если вы не хотите, чтобы бомба взорвалась у вас в руках, вам нужно разделить обогащенный уран от катализатора, который запустит цепную реакцию и спровоцирует ядерный взрыв. Поэтому ядерную бомбу разделяют на несколько отдельных частей, впоследствии взаимодействующих между собой благодаря обычной взрывчатке.

По материалам The Guardian и The Atomic Heritage Foundation.

Ранее OBOZREVATEL также рассказывал малоизвестную историю украинца, который помог Оппенгеймеру создать атомную бомбу.

Подписывайтесь на каналы OBOZREVATEL в Telegram, Viber и Threads, чтобы быть в курсе последних событий.