Помоги проекту - поделись книгой:
Топливом для двигателей самолетов служила и фотопленка (очищенная от эмульсии под горячей водой, благодаря чему увеличивалась поверхность горения), их двигатели могли перезаряжаться, а крылья – складываться. Конструкции были тяжеловаты и мощности «пленочных» двигателей для взлета явно недоставало, и самолеты стартовали при помощи катапульты – резинки, натянутой поперек полетной палубы и зацепленной за крюк в носу машины. До старта самолет удерживался ниткой, привязанной к заряду топлива и проходившей сквозь сопло. Когда двигатель начинал работать, нитка перегорала и самолет выбрасывался катапультой.
К этому периоду относится и первое знакомство с политическими обычаями СССР. Компания была увлечена своими пушками и самолетами и, конечно, оживленно обменивалась впечатлениями. Но были при этом и посторонние слушатели, считавшие своим долгом информировать обо всем классную руководительницу Последовала «задушевка», невзначай задавались вопросы, почему делаются модели именно иностранных самолетов и авианосцев (в советской прессе последние упоминались не иначе как «орудия империалистической агрессии»). Было интуитивное ощущение, что откровенность неуместна, но учительница заверила, что все останется «между нами» и ей самой «интересно». Расплата последовала быстро: родителей вызвали в школу, было созвано «собрание класса».
Родители встали на сторону учительницы и дали строгие инструкции, как вести себя на собрании. Осталось ощущение несправедливости, но позже стало попятно, что решение было рациональным: «борьба за правду» в дальнейшей жизни могла закончиться плохо. Редко говорившая дома на немецком мать как-то удивила фразой из лексикона императорско-королевской австро-венгерской армии (подчерпнутую из гашековского «Швейка»): «Maul halten und weiter dienen 12* ».
Советы культивировали ненависть к фашизму, но в области политического устройства и даже мифологии нацисты были лишь эпигонами большевиков. На занятиях в школе уже читали книги на немецком и как-то за обедом я легкомысленно ляпнул, что история пимпфа 13* Квэкса (в книге из школьного курса чтения она подавалась как нечто отвратительное) – не что иное, как плагиат (и пимпф Квэкс и Павлик Морозов донесли на своих отцов). Переглянувшись с матерью, отец спросил: «Надеюсь, ты не поделился этими соображениями со своими дружками?». Он тогда уже не работал в ГРУ но был начальником управления в вычислительном центре Генерального штаба. Конечно, не поделился. Урок был усвоен.
В 13-летнем возрасте начались занятия метанием молота в Центральном спортивном клубе армии, которые продолжались более восьми лет. Были отдельные успехи, не трансформировавшиеся в заметные достижения, что, конечно, задевало самолюбие. Тем не менее – спасибо спорту! И не только за физическую подготовку. Воспоминания о том, как «не получалось» на стадионах помогали понять, что чувствуют люди остро желающие достичь успеха в избранной ими области, но объективно не обладающие необходимыми для этого качествами…
…Дед Жорж подарил мне прекрасную книгу Р. Сибрука «Роберт Вуд». Эта книга была прочитана много раз с величайшим вниманием. Чрезвычайно цепным оказалось упоминание о йодистом азоте – взрывчатом веществе, которое можно было синтезировать простейшим путем: залив кристаллы йода нашатырным спиртом. Книга послужила также мощным средством лоббирования – там упоминалось об опытах юного Вуда с динамитом (смеси нитроглицерина с пористым наполнителем). Динамит промышленно в СССР не производился, да и в любом случае его нельзя было бы легально получить мальчишке, а вот азотную и серную кислоты (что позволяло синтезировать практически все взрывчатые вещества) – можно. Результатом переговоров был категорический запрет со стороны родителей экспериментов с сильными кислотами, тем более, что один из друзей уже имел неудачный опыт, получив сильные ожоги и едва не лишившись глаз. Но, с другой стороны, не последовало прямого запрета на взрывы.
Даже любимые книги не давали достаточного представления о разнообразии явлений, объединенных понятием «взрыв». Много позже пришлось изучать взрывы, при которых выделение энергии происходит в узком фронте химической реакции, распространяющейся в веществе с большой скоростью (детонацию), гомогенные (ядерные) взрывы, при которых цепная реакция мгновенно охватывает весь объем делящегося вещества. Приходилось читать и о взрывах, вызванных замерзанием многих кубометров воды: емкости лопались с образованием волны сжатия в окружающем воздухе.
Но все это было потом, а тогда исследовался иодистый азот. Будучи высушенным, он взрывался от малейшего прикосновения: тончайшие кристаллы переламывались и возникали приводящие к взрыву напряжения. Но иодистый азот можно было использовать для «бомб медленного действия»: такая бомба из пластилина снаряжалась еще не высушенным веществом и имела отверстия для испарения аммиака. Когда этот процесс заканчивался (через 10-15 минут), следовал
практически самопроизвольный взрыв, причем корпус не растягивался, как можно было ожидать от вязкого пластилина, а дробился па мельчайшие осколки. Чтобы повысить выход продукта, кристаллический йод не заливался нашатырным спиртом, а выдерживался несколько дней над его поверхностью в атмосфере аммиака. Побороть чрезмерную чувствительность удалось, когда был прочитан «Справочник мастера – взрывника», где упоминалось о флегматизации (снижении чувствительности) взрывчатых веществ при перемешивании их с ваксами. Конечно, нечего было и думать, чтобы перемешивать с чем- то иодистый азот, но машинное масло на него можно было осторожно капнуть! «Умасленный» иодистый азот стал детонировать только после довольно ощутимого удара карандашом: масло окружало тонкой пленкой нежнейшие кристаллы! При этом чувствительность к огню сохранилась.
Новое достижение немедленно нашло применение. Был воспроизведен кумулятивный заряд, который описал Лей. Слой иодистого азота наносился на конус из пластилина, но «бронебойный» эффект не был заметен, потому, что в первых опытах подрыв производился поднесением спички к основанию конуса. Углубленное изучение литературы привело к обнаружению информации, что инициирование должно проводиться с вершины конуса и желательна линза (рис. 1.26). Эффект стал заметнее, а когда угол раствора конуса был у величен, танк просто разнесло (рис. 1.27), несмотря на то, что пластилин затвердел на морозе (через много лет стало ясно, что из пластилина формировалась не кумулятивная струя, а что-то похожее на ударное ядро).
Любой желающий может наблюдать кумуляцию, даже если ему не разрешают проводить взрывные работы. Начать можно с наблюдений та падением в воду шарика (он должен быть несмачиваемым, например – из пластилина). При падении и погружении в воду, шарик создаст в ней полость, «схлопывание» которой приведет к формированию струи, бьющей вверх. Но струя эта будет «толстой» и невысокой.
Улучшить «кумулятивный заряд» можно, применив наполненную водой пробирку: отпущенная в строго вертикальный полет с высоты 5-6 см, она, при ударе о твердую поверхность, «выдаст» мощную, тонкую струю, бьющую выше чем на метр. Кумулятивная воронка образуется в фазе полета – мениск смачивающей стекло воды в невесомости стремится принять форму, близкую к полусфере. Потом – удар и стенки полусферы устремятся вниз, «схлопывая» полость и формируя струю. Освоив «низковысотные» опыты, можно, пожертвовав пробиркой, отпустить ее на пол от уровня груди. Удач- ноо стечение обстоятельств приведет к тому, что капли – элементы кумулятивной струи – достигнут потолка.
Если потолок побелен, на нем появятся круги, которые могут не исчезнуть и после высыхания воды. В ответ на упреки домашних советую глубокомысленно ответить: «Это – хроматография». Неожиданно сказанное «научное» слово обычно вводит упрекающего в ступор. К взрывам хроматография не имеет отношения, по на ее примере легко будет понять, как отделяют «оружейный» изотоп от природного урана, пропуская через бесчисленные пористые мембраны газообразное соединение этого металла – гексафторид (об этом пойдет речь далее).
…Иодистый азот не возбуждал детонацию в более мощной взрывчатке – это было проверено на тротиле. В Крыму был найден обломок 122-мм гаубичного снаряда, разбившегося при ударе о камни, лишившегося при этом взрывателя, но не взорвавшегося. Тротил был оттуда. К тому же, йодистый азот не мог долго храниться, он разлагался, окрашивая все вокруг парами йода. Разложение многократно ускорялось в присутствии алюминия (поднимались бурые пары), а алюминиевая фольга была основным конструкционным материалом в ракетах. Так что иодистый азот не подходил для «боевого» применения.
Да и «битвы» прекратились, участники игры уже не штамповали массово десятки танков, а сделали выбор в пользу качества, производя единичные, но все более технически сложные устройства, в том числе – многоступенчатые ракеты.
Первой ступенью служил «нулевой» двигатель на черном порохе. Он придавал ракете начальную скорость, но и перегрузки при пуске были большими, иногда ломавшими всю конструкцию. Такие случаи прекратились, когда нос первой ступени был сделан упиравшимся в сопло второй, прочный стальной корпус которой воспринимал нагрузку. Ступени соединялись все той же довольно прочной смесью дымного и бездымного порохов. Выгорание топлива в предыдущей ступени приводило к воспламенению этой связки, отработанная ступень освобождалась и отлетала, а горение связки поджигало топливо следующей ступени, сгоравшее медленнее. Ракеты летали красиво, быстро и довольно устойчиво, потому что имели развитые аэродинамические поверхности (рис. 1.28).
Под влиянием книги Бриджмэна «Один в бескрайнем небе» был также построен ракетоплан (рис. 1.29), стартовавший из грубы. Сам ракетоплан был полностью сделан из затвердевшей смеси порохов и, когда отделялся от ракеты-носителя, летел, оставляя хорошо видный форс пламени и дыма.
В те годы в СССР поднялся большой шум по поводу американской ракеты «Поларис» 14* , ее старты из-под воды часто показывали по телевидению. Накопленный опыт позволял воспроизвести подводный старт. Несколько попыток запустить ракету с помощью тока от батарейки были неудачными, провода мешали, а их небольшая длина делала предприятие небезопасным. Тогда был сооружен стенд для запуска, автоматика которого работала на хорошо освоенной пороховой смеси. В грунт втыкался стальной штырь. За его надводную часть цеплялась петля из нитки, удерживавшая пусковую трубу и закрепленная в пороховой смеси. Когда смесь поджигалась, нить перегорала и пусковая труба уходила под воду. Поверхность воды бурлила несколько секунд от газов горящей пороховой колбаски (за это время можно было отбежать), но, наконец, горение доходило до запального отверстия в трубе, вода с урчанием исторгала большой пузырь дымных газов, а из него вылетала ракета с уже работающим двигателем и очень быстро вращающаяся (иначе она кувыркалась бы при взлете). Недоставало главного – «ядерного взрыва», которым завершаются полеты ракет.
Уже было прочитано достаточно, чтобы понять, что взрывчатое вещество (ВВ) для такого применения должно быть инициирующим (то есть – детонирующим от огневого импульса), потому что ракеты могли нести боеголовки весом в граммы и использовать в них тротил не имело смысла – чтобы возбудить его детонацию уже нужны были граммы инициирующего ВВ. В советских изданиях упоминались только гремучая ртуть и азид свинца, но для их синтеза требовались либо сильная кислота, либо токсичное вещество. Знание немецкого языка позволило прочитать книгу Кройтсра, попавшуюся на глаза в магазине иностранной литературы. Там нашлись упоминания о ДНДАФ и ГМТОД. Все исходные вещества открыто продавались в аптеках или магазинах химреактивов. Правда, ГМТОД подванивал мочой, но это было несущественно. Смешение взрывчатки с порошком алюминия приводило к тому, что взрыв происходил с яркой вспышкой, но если алюминия было слишком много, детонация затухала. Но ведь можно было не смешивать их, а просто подорвать заряд, отделенный от алюминиевого порошка… После нескольких опытов была создана и испытана «атомная» боеголовка. Подрыв ВВ в ее донной части приводил к распылению алюминиевой пудры, ее смешению с воздухом и воспламенению от газов взрыва. Короткая вспышка слепила, а образовавшееся из окислов белое облако очень напоминало «атомный гриб»…
…Отец, учась в военной академии, славился образцовым выполнением чертежей. Мне этот талант не передался: пространственное воображение позволяло читать чертежи, но выполнять их аккуратно не хватало терпения. Отец старался как-то компенсировать недостаток и назначил премию: по хорошо сделанным тушью, на ватмане, чертежам, пообещал изготовить в мастерской ракетные двигатели из металла.
Мучения окупились: двигатели были изготовлены (рис. 1.30). С ними был связан последний (и самый сложный) проект увлекательной эпохи – построен бомбардировщик (рис. 1.31). Он значительно превосходил по размерам предшественников, имел складывающиеся крылья. Долгими были раздумья, чем снарядить двигатели. Галсит был отвергнут – он просто прожег бы их. Выбор был сделан в пользу трубчатого бездымного пороха.
Но не двигательная установка была «изюминой» проекта, а автоматика на колбасках пороховой смеси, внутри которых для прочности была пропущена медная проволока. Загораясь одновременно с пуском двигателя, колбаски последовательно пережигали ряд нитей, освобождавших створки бомболюков и те открывались пружинками. Затем пережигались крепления авиабомб.
…Как только заработал двигатель, сразу выяснилась слабость конструкции: хвостовая часть оторвалась и, закувыркалась в воздухе. Сам же бомбардировщик упал неподалеку и мощно горел. Я подбежал и сквозь пороховой дым увидел, как раскрылись створки бомболюка и газы вытолкнули из него бомбу. Едва успел отпрыгнуть – она взорвалась, раскрыв веер порохового дыма…
…Наступило время, когда хобби пришлось оставить – мне уже исполнилось 16 лет и, вняв уговорам родителей, я стал, дополнительно к освоенному в школе немецкому, изучать английский язык. Преподавательница в свое время учила и отца на курсах ГРУ. Отец сохранил о ней впечатления, как о крайне придирчивой особе и был удивлен, когда, справившись об успеваемости сына, получил положительный отзыв. Не исключено, что таким образом природой были компенсированы плохие способности к черчению.
Предстоял первый важный экзамен – поступление в институт. Эксперименты неугомонного советского премьера Хрущева в сфере образования привели к тому, что 1966 год стал выпускным для окончивших десяти- и одиннадцатилетнее обучение в школах, а значит – годом двойного конкурса во все институты. Был выбран Московский инженерно-физический институт – учебное заведение советского атомного ведомства (Министерства среднего машиностроения, Средмаша). В отличие от авиационного института или училища им. Баумана, там не так мучили студентов чертежными работами (для меня это было важно), да и экзамены принимали раньше, поэтому, в случае неблагоприятного исхода, возможность поступить в другой институт оставалась. Несмотря па хорошую успеваемость в школе, родители наняли репетиторов, которые дополнительно подготовили к экзаменам по физике и математике, но все равно сессия была адом – конкурс в МИФИ в тот год составлял 20 человек на место. В конце сессии пришлось почувствовать, что такое сильные головные боли, но это показалось такой ерундой по сравнению со счастьем – увидеть свою фамилию в заветных списках, вывешенных у входа в МИФИ!
2. ВЕТЕР В СТАЛИ
2.1. «Изо всех сил старайтесь стать образованными, воспитанными людьми и берегите себя»
Тикубасё. 9 февраля 1383 года. Третий год Эйтоку
Учиться в МИФИ было трудно. Неудовлетворительные оценки на первых курсах не миновали многих, а треть поступивших была отчислена. Однажды на экзамене обратил на себя внимание студент, монотонно бубнящий ответ. Лицо экзаменатора вытянулось от удивления, он заглянул в учебник, потом начал шептаться с сидевшими рядом коллегами. Удивляться было чему: студент заучил наизусть пару сотен страниц с многочисленными формулами! Этот подвиг, воистину достойный Геракла, пропал втуне: парию не зачли экзамен, потому что решить качественные задачи и ответить на дополнительные вопросы он не смог. Острое желание «стать ученым», не смотря ни на что, приводило некоторых и в психиатрические клиники. Но успешная учеба еще не является гарантией успеха в дальнейшем: можно разбираться в ходе рассуждений тех, кто заложил основы дисциплины, но не быть способным к синтезу – творческому объединению их идей со своими собственными.
Счастливчики, сочетавшие уникальную память и интеллект тоже встречались: один из приятелей на спор просто пролистал несколько десятков страниц заведомо незнакомой ему книги и потом свободно воспроизводил любой из абзацев. Я же, не обладая выдающейся памятью, на экзаменах пользовался шпаргалками. Обнаружение шпаргалки преподавателем влекло запрет на повторную сдачу экзамена во время сессии, но за все годы пришлось быть пойманным лишь раз. Избежать последствий огромных нагрузок помогали занятия спортом, выступления за сборную команду МИФИ. Не обходилось и без «спорта сильных и смелых», как на условном языке именовался преферанс. Игра в карты строго преследовалась ректоратом, да и правители страны – по давней традиции, людишки недалекие – подражали вкусам Ленина, считавшего игру в карты предосудительной, но обожавшего шахматы.
Напряженность учебы несколько спала только через три года: в расписании появилось много специальных предметов, для студентов организовывали экскурсии по институтам Средмаша, которых было немало в Москве.
2.2. Уран, нейтроны мгновенные и запаздывающие, быстрые и тепловые
…Ядро урана содержит 92 положительно заряженных протона. Это – белый на свежем изломе металл, который на воздухе сначала покрывается налетом цвета спелой сливы, а затем и вовсе чернеет. Как и все тяжелые металлы, он вреден для человека. К тому же, уран распадается (правда очень медленно), испуская альфа – частицы (ядра гелия), но, если залить сто кусок прозрачным компаундом, получается вполне безопасный сувенир (рис. 2.1). Кроме протонов, ядро урана включает и нейтроны, число которых может быть различным: в природном уране большинство ядер содержат по 146 нейтронов и лишь 0,7% – по 143 (ядра с другим числом нейтронов в естественных условиях чрезвычайно редки). Ядра с равными количествами протонов, но различными – нейтронов, называют изотопами. Химические свойства изотопов абсолютно идентичны, потому и разделить их химическими методами нельзя, но различие в массах (для «уранов» весьма незначительное: 235 и 238 единиц) – позволяет сделать это физическими методами. Чтобы объяснить, как это происходит, вспомним о запачканных штанах (или юбке). Попытка отмыть бензином или другим растворителем жирное пятно часто приводит к тому, что после высыхания растворителя на светлой материи остается отчетливо различимый круг (а то – и несколько, концентрических).
Все наверняка слышали о броуновском, хаотическом движении молекул, а многие – о том, что, при данной температуре, скорость Движения молекулы тем выше, чем меньше ее масса. Представим, что две емкости разделены перегородкой. В одной части находится чистый растворитель, а в другой – с примесями двух различных по молекулярным весам «загрязнений». Пока в «грязной» половине Движение ограничено со всех сторон, обе компоненты равномерно перемешаны, поскольку их молекулы долго совершали хаотические броски, хотя и с разными скоростями. Если перегородку убрать, то Загрязнения» начнут переходить на «чистую половину». За достаточное время легкая компонента сделает больше «шажков» в «чистом» направлении, потому что скорость ее между столкновениями больше, за то же время она поучаствует в большем числе соударений и среди них – тех, что сообщат ей скорость в «чистую» сторону. Таким образом, «чистая» половина вначале окажется обогащенной легкой компонентой – до тех пор, пока молекулы легкой компоненты не «упрутся» в границы сосуда, бывшего ранее «чистым», а тяжелые молекулы не догонят легкие у его стенки. Если растворитель испаряется достаточно интенсивно, есть возможность соорудить нечто вроде фотофиниша: зафиксировать результат гонок молекул до того момента, когда обе компоненты достигнут границы «чистого» сосуда. Возьмите лупу и рассмотрите на ваших изгаженных штанах (хорошо, если они – белые, возможно, привезенные из Рио-де- Жанейро) результат этого драматического забега. В них произошло вот что: растворитель, благодаря капиллярным явлениям просачивался по тонким зазорам между ворсинками материи. Растворенные загрязнения вынуждены были проити довольно большие расстояния по таким узкостям и легкие компоненты при этом опередили тяжелые. Потом испарение растворителя привело к консервации распределения. Это явление называют хроматографией. Его можно наблюдать и на фильтровальной бумаге, сначала капнув растворитель с загрязнениями, а потом – капая, в центр пятна чистый растворитель (рис. 2.2). Когда растворитель высохнет, можно, по концентрическим окружностям, определяющим границы разделенных зон, разрезать фильтровальную бумагу, став обладателем «обогащенных» различными компонентами кусочков.
В процессе разделения «уранов» есть много общего с хроматографией. Сначала их природную смесь переводят в газообразное состояние, соединяя с фтором, потом – прокачивают через бесчисленные пористые перегородки, так что молекулы гексафторида более легкого изотопа постепенно отделяются от тяжелых. Потом обогащенный легким изотопом газ собирают и вновь обращают в металл. Разделение идет весьма медленно, потому что массы, а значит, и скорости изотопов различаются незначительно.
Заводы, где из природного урана извлекают легкий изотоп стоят многие миллиарды долларов и занимают площади в десятки квадратных километров. На расходы идут потому, что, хотя «ураны» неотличимы ни по внешнему виду, ни химически, их разделяет пропасть в свойствах ядерных «характеров».
Процесс деления U 238 – «платный»: чтобы он начался, прилетающий извне нейтрон должен «принести» с собой энергию – МэВ 1* или более. A U 235 «бескорыстен»: для возбуждения и последующего распада от пришедшего нейтрона ничего не требуется, вполне достаточно его энергии связи в ядре. При попадании нейтрона в способное к делению ядро, образуется неустойчивый «компаунд», но очень быстро (через 10~ 23 -10" 22 секунды) такое ядро разваливается на два осколка, неравных по массе и испускающих новые нейтроны (по 2-3 в каждом акте деления, процесс этот вероятностный), так что со временем может «размножаться» и число делящихся ядер (такая реакция называется цепной). Возможно такое только в U 35 , потому что «жадноватый» U 238 не «желает» делиться от своих собственных нейтронов, энергия которых на порядок меньше МэВа. Кинетическая энергия частиц-продуктов деления на много порядков превышает выделение энергии при любом акте химической реакции, в которой состав ядер не меняется.
Продукты деления нестабильны и еще долго «приходят в себя», испуская излучения самых различных видов, в том числе – те же нейтроны. Короткоживущими осколками нейтроны испускаются спустя 10~
Свободные нейтроны активно взаимодействуют с любыми ядрами, причем весьма разнообразно. Вероятность взаимодействия описывают «сечениями», измеряемыми «барнами» (барн равен см
Образованные делением частицы при многочисленных столкновениях с окружающими атомами «отдают» им свою энергию, повышая, таким образом, температуру окружающего вещества. После того, как в сборке с делящимся веществом появились нейтроны, мощность тепловыделения может возрастать или убывать, а может быть и постоянной. Параметры сборки, в которой число делений в единицу времени не растет, но и не уменьшается, называют критическими. Но критичность сборки может поддерживаться и при большом, и при малом числе нейтронов, находящихся в ней в данный момент времени. В зависимости оттого, больше или меньше это число, большей или меньшей может быть и мощность тепловыделения. Тепловую мощность увеличивают, либо «подкачивая» в критическую сборку дополнительные нейтроны извне, либо делая сборку сверхкритичной (тогда дополнительные нейтроны «поставляют» все более многочисленные «поколения» делящихся ядер). Например, если надо повысить число нейтронов (а значит, и тепловую мощность) в реакторе, то его выводят на такой режим, что мгновенных нейтронов для достижения критичности недостаточно, а вот с учетом запаздывающих – критическое состояние едва заметно переходят. Тогда реактор не «идет в разгон» а набирает мощность достаточно медленно – гак, что прирост ее можно в нужный момент остановить. Это делают, вводя в сборку поглотители нейтронов (например – стержни, содержащие кадмий или бор), что уменьшает плотность нейтронов в сборке, а значит – и выделяющуюся в ней тепловую мощность.
Образующиеся при делении нейтроны часто пролегают мимо окружающих ядер, не вызывая повторного деления. Ясно, что чем ближе к поверхности «рожден» нейтрон, гем больше у него шансов вылететь из делящегося материала и никогда не возвратиться обратно (подумайте, кто из суетящейся у обрыва толпы скорее других свалится в пропасть!) Поэтому формой сборки, сберегающей нейтроны в наибольшей мере, является шар: для данной массы вещества он имеет минимальную поверхность. Ничем не окруженный (уединенный) шар без полостей внутри сделанный из 94%-ного U
Поверхность уменьшается и при возрастании плотности (критичность обратно пропорциональна се квадрату). Поэтому-то взрывное сжатие, не меняя количества делящегося материала, гем не менее, может приводить сборку в критическое состояние.
И, наконец, о роли энергии нейтронов. В неделящемся веществе, «отскакивая» от ядер, нейтроны передают им часть своей энергии, гем большую, чем «легче» (ближе им по массе) ядра. Чем в большем числе столкновений поучаствовали нейтроны, тем более они «замедляются», и, наконец, приходят в тепловое равновесие с окружающим веществом («термализуются»). Скорость «тепловых» нейтронов 2200 м\с, что соответствует энергии 0,025 эВ. Время, за которое нейтроны термализуются ощутимо человеком: это миллисекунды (но будем помнить, что это – время снижения быстрыми нейтронами своей энергии на много порядков, до «тепловых» значений; в разы же они могут снизить свою энергию за небольшое число столкновений, что займет доли пикосекунды). При замедлении нейтроны могут ускользнуть из замедлителя, захватываются его ядрами, но с замедлением их способность вступать в реакции возрастает очень существенно, поэтому нейтроны, которые «не потерялись», с лихвой компенсируют убыль численности.
Так, если шар делящегося вещества окружить замедлителем, многие нейтроны покинут замедлитель или будут поглощены в нем, но будут и такие, которые вернутся в шар («отразятся») и, потеряв свою энергию, с гораздо большей вероятностью вызовут акты деления (рис. 2.3). В процессе обмена нейтронами между замедлителем и делящимся веществом установится усредненная, пониженная в сравнении с той, с которой они рождаются, энергия нейтронов, вызывающих деление. Если шар окружить слоем бериллия толщиной 25 мм, то, можно сэкономить 20 кг U 235 и все равно достичь критического состояния сборки. Но за такую экономию придется заплатить временем: каждое последующее поколение нейтронов, прежде чем вызвать деление, должно сначала замедлиться. Эта задержка для взрыва неблагоприятна: в единицу времени уменьшается число поколений нейтронов, вызывающих деление, а значит, энерговыделение «затягивается». Чем меньше делящегося вещества в сборке, тем больше требуется замедлителя для развития в ней цепной реакции, а деление идет на все более низкоэнергетичных нейтронах. В предельном случае, когда критичность достигается только на совсем уж тепловых, например – в растворе солей урана в воде 2* , масса сборок – сотни граммов, но раствор просто периодически вскипает. Выделяющиеся в объеме пузырьки пара уменьшают среднюю плотность делящегося вещества и ценная реакция прекращается. Затем пузырьки покидают жидкость и повторяется вспышка делений. Можно, конечно, закупорить сосуд и тогда пар высокого давления разорвет его. Это будет типичный тепловой взрыв, лишенный всех «ядерных» признаков, о которых речь пойдет далее, но, тем не менее – опасный.
Рис. 2.3. Вероятность того, что медленный нейтрон вызовет деление, на порядки превышает ту же вероятность для «быстрого» нейтрона (сечения реакции деления U
Вот как описывается в книге Р. Юнга «Ярче тысячи солнц» закончившийся трагично эксперимент доктора Слотина.
«Задача его состояла в том, чтобы достигнуть, но не превзойти критической точки самого начала цепной реакции, которую он должен был немедленно прерывать, раздвигая полушария. Если бы он «проскочил» критическую точку или недостаточно быстро прервал начавшуюся реакцию в самом ее начале, то масса превзошла бы критическую величину и последовал бы ядерный взрыв…
…Неожиданно его отвертка соскользнула. Полушария сошлись слишком близко, и масса стала критичной. Мгновенно все помещение наполнилось ослепительным блеском. Слотин вместо того, чтобы укрыться и, возможно, спасти себя, рванул голыми руками оба полушария в разные стороны и прервал тем самым цепную реакцию.».
Надеюсь, от читателя не укрылись явные «ляпы»: оказывается, человек в состоянии движениями рук предотвратить ядерный взрыв, а уж, если таковой неминуем – может «укрыться» (уж не спрятавшись ли под письменный стол?).
В издании для профессионалов – книге «Критические параметры систем с делящимися веществами и ядерная безопасность» та же авария описана без безграмотного пафоса.
«Лос-Аламос, 1946 г. Случай неконтролируемой вспышки цепной реакции произошел на сборке, состоящей из плутониевой сферы 3* , облицованной никелем толщиной 0,13 мм (плотность плутония равнялась 15,7 г/см 3 , общий вес – 6,2 кг), окружаемой бериллиевыми полуоболочками. Экспериментатор, регулируя зазор между полуоболочками с помощью отвертки, неожиданно выронил ее. Бериллиевые полуоболочки сомкнулись, что явилось причиной внезапной вспышки цепной реакции, в результате которой в сборке произошло 3-1015 делений. Физик, проводивший эксперимент, умер через девять дней в результате переоблучения дозой 900 рентген».
Оружейник-ядерщик, мельком взглянув на характеристики «сферы» скажет, не раздумывая: сборка изготовлена для заряда, где одно поколение быстрых нейтронов сменяется другим, более многочисленным, за неимоверно короткое, неуловимое живыми существами время. Не будучи окружена замедлителем, «сфера» была подкритичной, безопасной. То, что авария носила «невзрывной» характер, объясняется только тем, что процесс, начавшись либо с нейтрона, рожденного спонтанным делением плутония, либо со случайно попавшего в сборку «фонового 4* » нейтрона, далее происходил на частицах, каждое поколение которых долго замедлялось до тепловых скоростей. Деление прекратилось, когда сборка раскалилась, а значит – расширилась. Если физик затем действительно начал действовать руками, то это предотвратило два неприятных последствия: другую вспышку делений после остывания сборки и загрязнение всего окружающего плутонием, который, раскалившись, мог и сбросить с себя защитную оболочку из никеля 5* .
Вероятно, целью опыта являлось выяснение, безопасно ли монтировать сборку в заряд, окружая притом замедляющим нейтроны бериллием. Пошли на жутковатый эксперимент потому, что и в те времена, и сейчас очень многое, из того, что необходимо для реализации новых идей, не поддается расчету: значения многих важных величин неизвестны. Упоминание «ослепительного блеска» следует отнести на счет эмоциональной реакции свидетелей аварии. На самом деле, это было неяркое фиолетовое свечение ионизованного гамма квантами воздуха (обычно в такой ситуации ощущается и сильный запах озона).
Поделиться книгой: