Процесс получения высокочистого урана.
Атомные бомбы

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Военная наука


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНЖЕНЕРНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ТЕХНИЧЕСКОЙ ХИМИИ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

Реферат

по дисциплине история и методология науки о материалах

на тему: «Процесс получения высокочистого урана. Атомные бомбы. «

Выполнила: Сергеева Ю. В.

Проверила: Никитина В. С.

Уфа — 2014

Содержание

Введение

1. Биография Фрэнка Спеддинга

2. Процесс получения высокочистого урана

2.1 Уран. История его открытия. Физические и химические свойства урана

2.2 Применения урана

2.3 Физиологическое действие

2.4 Получение урана

3. Атомные бомбы

3.1 Принцип действия атомных бомб

3.2 Варианты детонации (Пушечная и имплозивная схемы)

4. Первые атомные бомбы. История их создания

4.1 Проект «Манхэттен»

4.2 «Little Boy» («Малыш»)

4.3 «Fat Man» («Толстяк»)

4.4 «Gadget"("Штучка»)

Заключение

Список литературы

Введение

В 1942 году Френк Спеддинг разработал эффективный процесс получения высокочистого урана из его галогенов, что обеспечило успешную разработку атомной бомбы.

1. Биография Фрэнка Спеддинга

Франк Гарольд Спеддинг — американский химик, член Национальной Академии Наук США (с 1952) — родился в Гамильтоне, Онтарио, Канада, 22 октября 1902 года в то время как его мать гостила там. Его родители — Говард Лесли и Мэри Энн Спеддинг.

Окончил Мичиганский университет в Анн-Арборе (1926) и Калифорнийский ун-т в Беркли (докт. философии, 1929), где учился у Г. Н. Льюиса. В 1929-- 1934 работал там же. В 1934--1935 изучал теоретическую химию в Кембриджском университете в Англии под руководством Дж. Э. Леннард-Джонса. В 1935--1937 преподавал в Корнельском университете, с 1937 -- в университет штата Айова в Эймсе (с 1941 проф., в 1945--1968 директор Института атомных исследований). Основные работы посвящены исследованию химии РЗЭ. Разработал (1940-е -- начало 1950-х) совместно с Дааном способ выделения индивидуальных Редкоземельных Элементов с помощью ионообменной хроматографии. Совместно с Г. Льюисом и Р. Макдональдом разработал (1933) метод получения тяжелой воды. Во время второй мировой войны руководил работами по получению урана высокой степени чистоты. Предложил использовать кальций и магний для восстановления тетрафторида урана до металла. Разработал промышленный процесс производства высокочистых тория, церия и иттрия. Использовал ионообменную хроматографию для разделения изотопов азота (получил 200 г азота-15 со степенью чистоты 99,8%).

21 июня 1931 года Спеддинг женится на Этель Энни Макфарлейн, уроженка Канады и учитель, которого Фрэнг Спеддинг встретил во время летней сессии в Беркли. У них была одна дочь, Мэри Энн Элизабет Спеддинг. Спеддинг умер в своем доме в Эймсе на 15 декабря 1984, после перенесенного инсульта ранее. Он и его жена, которая умерла в 1996 году, похоронены на кладбище университета штата Айова.

2. Процесс получения высокочистого урана

Чистый уран представляет собой металл белого цвета, часто имеющий желтоватый оттенок, вследствие присутствия нитридов.

Чистый уран становится снова хрупким уже при загрязнении ЕГО 0 2% алюминия или, 0 5% железа.

Получение чистого урана из урановых руд — первая и очень важная задача, которая решается предприятиями атомной промышленности. Это важно потому, что цепная реакция, например, в атомном реакторе может развиваться интенсивно, или медленно, или вообще, остановиться в зависимости от того, насколько очищен уран от примесей. Опасные примеси, способные захватывать нейтроны, такие, как бор, кадмий, гадолиний, самарий и другие, удаляют из урана и других материалов, используемых в атомных реакторах; опасны даже миллионные доли процента. Все это усложняет процесс производства металлического урана.

Для получения чистого урана концентраты подвергаются перс обработке на специальных заводах. Эта переработка проходит три стадии: перерастворение в кислоте с получением урановой соли (чаще всего нитрата) высокой чистоты, после чего производя химическое преобразование урановой соли в тетрафтористый уран и, наконец, путем термической обработки тетрафтористого урана с металлическим кальцием или магнием получают фторное соединение кальция или магния и конечный продукт — металлический уран.

2.1 Уран. История его открытия. Физические и химические свойства урана

Уран (старое название Ураний) -- химический элемент с атомным номером 92 в периодической системе, атомная масса 238,029; обозначается символом U (Uranium), относится к семейству актиноидов.

История. Ещё в древнейшие времена (I век до нашей эры) природная окись урана использовалась для изготовления жёлтой глазури для керамики. Исследования урана развивались, подобно порождаемой им цепной реакции. Вначале сведения о его свойствах, как и первые импульсы цепной реакции, поступали с большими перерывами, от случая к случаю. Первая важная дата в истории урана -- 1789 год, когда немецкий натурфилософ и химик Мартин Генрих Клапрот восстановил извлечённую из саксонской смоляной руды золотисто-жёлтую «землю» до чёрного металлоподобного вещества. В честь самой далёкой из известных тогда планет (открытой Гершелем восемью годами раньше) Клапрот, считая новое вещество элементом, назвал его ураном. Пятьдесят лет уран Клапрота числился металлом. Только в 1841 г. Эжен Мелькиор Пелиго -- французский химик (1811--1890)] доказал, что, несмотря на характерный металлический блеск, уран Клапрота не элемент, а окисел UO2. В 1840 г. Пелиго удалось получить настоящий уран -- тяжёлый металл серо-стального цвета и определить его атомный вес. Следующий важный шаг в изучении урана сделал в 1874 г. Д. И. Менделеев. Опираясь на разработанную им периодическую систему, он поместил уран в самой дальней клетке своей таблицы. Прежде атомный вес урана считали равным 120. Великий химик удвоил это значение. Через 12 лет предвидение Менделеева было подтверждено опытами немецкого химика Циммермана.

Изучение урана началось с 1896: французский химик Антуан Анри Беккерель случайно открыл Лучи Беккереля, которые позже Мария Кюри переименовала в радиоактивность. В это же время французскому химику Анри Муассану удалось разработать способ получения чистого металлического урана. В 1899 г. Резерфорд обнаружил, что излучение урановых препаратов неоднородно, что есть два вида излучения -- альфа- и бета-лучи. Они несут различный электрический заряд; далеко не одинаковы их пробег в веществе и ионизирующая способность. Чуть позже, в мае 1900 г., Поль Вийар открыл третий вид излучения -- гамма-лучи. Эрнест Резерфорд провёл в 1907 г. первые опыты по определению возраста минералов при изучения радиоактивных урана и тория на основе созданной им совместно с Фредериком Содди теории радиоактивности. В 1913 г. Ф. Содди ввёл понятие об изотопах (от греч. йупт -- «равный», «одинаковый», и фьрпт -- «место»), а в 1920 г. предсказал, что изотопы можно использовать для определения геологического возраста горных пород. В 1928 г. Ниггот реализовал, а в 1939 г. A.O.К. Нир (Nier, Alfred Otto Carl, 1911 -- 1994) создал первые уравнения для расчёта возраста и применил масс-спектрометр для разделения изотопов.

В 1939 Фредерик Жолио-Кюри и немецкие физики Отто Фриш и Лиза Мейтнер открыли неизвестное явление, происходящем с ядром урана при облучении его нейтронами. Происходило взрывное разрушения этого ядра с образованием новых элементов намного более лёгких, чем уран. Это разрушение носило взрывообразный характер, осколки продуктов разлетались в разные стороны с громадными скоростями. Таким образом было открыто явление, названное ядерной реакцией.

В 1939--1940 гг. Ю. Б. Харитон и Я. Б. Зельдович впервые теоретически показали, что при небольшом обогащении природного урана ураном-235 можно создать условия для непрерывного деления атомных ядер, то есть придать процессу цепной характер.

Физические свойства. Уран -- очень тяжёлый, серебристо-белый глянцеватый металл. В чистом виде он немного мягче стали, ковкий, гибкий, обладает небольшими парамагнитными свойствами. Уран имеет три аллотропные формы: альфа (призматическая, стабильна до 667,7 °C), бета (четырёхугольная, стабильна от 667,7 °C до 774,8 °C), гамма (с объёмно центрированной кубической структурой, существующей от 774,8 °C до точки плавления).

Химические свойства. Уран может проявлять степени окисления от +III до +VI. Соединения урана (III) образуют неустойчивые растворы красного цвета и являются сильными восстановителями:

4UCl3 + 2H2O > 3UCl4 + UO2 + H2^

Соединения урана (IV) являются наиболее устойчивыми и образуют водные растворы зелёного цвета.

Соединения урана (V) неустойчивы и легко диспропорционируют в водном растворе:

2UO2Cl > UO2Cl2 + UO2

Химически уран очень активный металл. Быстро окисляясь на воздухе, он покрывается радужной пленкой оксида. Мелкий порошок урана самовоспламеняется на воздухе, он зажигается при температуре 150--175 °C, образуя U3O8. При 1000 °C уран соединяется с азотом, образуя желтый нитрид урана. Вода способна разъедать металл, медленно при низкой температуре, и быстро при высокой, а также при мелком измельчении порошка урана. Уран растворяется в соляной, азотной и других кислотах, образуя четырёхвалентные соли, зато не взаимодействует с щелочами. Уран вытесняет водород из неорганических кислот и солевых растворов таких металлов, как ртуть, серебро, медь, олово, платина и золото. При сильном встряхивании металлические частицы урана начинают светиться. Уран имеет четыре степени окисления -- III--VI. Шестивалентные соединения включают в себя триокись урана (окись уранила) UO3 и уранилхлорид урана UO2Cl2. Тетрахлорид урана UCl4 и диоксид урана UO2 -- примеры четырёхвалентного урана. Вещества, содержащие четырёхвалентный уран, обычно нестабильны и обращаются в шестивалентные при длительном пребывании на воздухе. Ураниловые соли, такие как уранилхлорид, распадаются в присутствии яркого света или органики.

2.2 Применение Урана

Ядерное топливо. Наибольшее применение имеет изотоп урана 235U, в котором возможна самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция. Поэтому этот изотоп используется как топливо в ядерных реакторах, а также в ядерном оружии. Выделение изотопа U235 из природного урана -- сложная технологическая проблема, (см. разделение изотопов).

Изотоп U238 способен делиться под влиянием бомбардировки высокоэнергетическими нейтронами, эту его особенность используют для увеличения мощности термоядерного оружия (используются нейтроны, порождённые термоядерной реакцией).

В результате захвата нейтрона с последующим в-распадом 238U может превращаться в 239Pu, который затем используется как ядерное топливо.

Уран-233, искусственно получаемый в реакторах из тория (торий-232 захватывает нейтрон и превращается в торий-233, который распадается в протактиний-233 и затем в уран-233), может в будущем стать распространённым ядерным топливом для атомных электростанций (уже сейчас существуют реакторы, использующие этот нуклид в качестве топлива, например KAMINI в Индии) и производства атомных бомб (критическая масса около 16 кг).

Уран-233 также является наиболее перспективным топливом для газофазных ядерных ракетных двигателей.

Геология. Основная отрасль использования урана -- определение возраста минералов и горных пород с целью выяснения последовательности протекания геологических процессов. Этим занимаются Геохронология и Теоретическая геохронология. Существенное значение имеет также решение задачи о смешении и источниках вещества.

Другие сферы применения. Небольшая добавка урана придаёт красивую жёлто-зелёную флуоресценцию стеклу (Урановое стекло). Уранат натрия Na2U2O7 использовался как жёлтый пигмент в живописи.

Соединения урана применялись как краски для живописи по фарфору и для керамических глазурей и эмалей (окрашивают в цвета: жёлтый, бурый, зелёный и чёрный, в зависимости от степени окисления).

Некоторые соединения урана светочувствительны.

В начале XX века уранилнитрат широко применялся для усиления негативов и окрашивания (тонирования) позитивов (фотографических отпечатков) в бурый цвет.

Карбид урана-235 в сплаве с карбидом ниобия и карбидом циркония применяется в качестве топлива для ядерных реактивных двигателей (рабочее тело -- водород + гексан).

Сплавы железа и обеднённого урана (уран-238) применяются как мощные магнитострикционные материалы.

Сердечники бронебойных снарядов

http: //www. himsnab-spb. ru/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:30mm_DU_slug. jpg

Самое известное применение обеднённого урана -- в качестве сердечников для бронебойных снарядов.

2.3 Физиологическое действие

В микроколичествах (10?5--10?8 %) обнаруживается в тканях растений, животных и человека. В наибольшей степени накапливается некоторыми грибами и водорослями. Соединения урана всасываются в желудочно-кишечном тракте (около 1%), в легких -- 50%. Основные депо в организме: селезёнка, почки, скелет, печень, лёгкие и бронхо-лёгочные лимфатические узлы. Содержание в органах и тканях человека и животных не превышает 10?7г.

Уран и его соединения токсичны. Особенно опасны аэрозоли урана и его соединений. Для аэрозолей растворимых в воде соединений урана ПДК в воздухе 0,015 мг/мі, для нерастворимых форм урана ПДК 0,075 мг/мі. При попадании в организм уран действует на все органы, являясь общеклеточным ядом. Молекулярный механизм действия урана связан с его способностью подавлять активность ферментов. В первую очередь поражаются почки (появляются белок и сахар в моче, олигурия). При хронической интоксикации возможны нарушения кроветворения и нервной системы.

2.4 Получение урана

Самая первая стадия уранового производства -- концентрирование. Породу дробят и смешивают с водой. Тяжёлые компоненты взвеси осаждаются быстрее. Если порода содержит первичные минералы урана, то они осаждаются быстро: это тяжёлые минералы. Вторичные минералы урана легче, в этом случае раньше оседает тяжёлая пустая порода. (Впрочем, далеко не всегда она действительно пустая; в ней могут быть многие полезные элементы, в том числе и уран). Следующая стадия -- выщелачивание концентратов, перевод урана в раствор. Применяют кислотное и щелочное выщелачивание. Первое -- дешевле, поскольку для извлечения урана используют серную кислоту. Но если в исходном сырье, как, например, в урановой смолке, уран находится в четырёхвалентном состоянии, то этот способ неприменим: четырёхвалентный уран в серной кислоте практически не растворяется. В этом случае нужно либо прибегнуть к щелочному выщелачиванию, либо предварительно окислять уран до шестивалентного состояния. Не применяют кислотное выщелачивание и в тех случаях, если урановый концентрат содержит доломит или магнезит, реагирующие с серной кислотой. В этих случаях пользуются едким натром (гидроксидом натрия). Проблему выщелачивания урана из руд решает кислородная продувка. В нагретую до 150 °C смесь урановой руды с сульфидными минералами подают поток кислорода. При этом из сернистых минералов образуется серная кислота, которая и вымывает уран.

На следующем этапе из полученного раствора нужно избирательно выделить уран. Современные методы -- экстракция и ионный обмен -- позволяют решить эту проблему.

Раствор содержит не только уран, но и другие катионы. Некоторые из них в определённых условиях ведут себя так же, как уран: экстрагируются теми же органическими растворителями, оседают на тех же ионообменных смолах, выпадают в осадок при тех же условиях. Поэтому для селективного выделения урана приходится использовать многие окислительно-восстановительные реакции, чтобы на каждой стадии избавляться от того или иного нежелательного попутчика. На современных ионообменных смолах уран выделяется весьма селективно.

Методы ионного обмена и экстракции хороши ещё и тем, что позволяют достаточно полно извлекать уран из бедных растворов (содержание урана -- десятые доли грамма на литр).

После этих операций уран переводят в твёрдое состояние -- в один из оксидов или в тетрафторид UF4. Но этот уран ещё надо очистить от примесей с большим сечением захвата тепловых нейтронов -- бора, кадмия, гафния. Их содержание в конечном продукте не должно превышать стотысячных и миллионных долей процента. Для удаления этих примесей технически чистое соединение урана растворяют в азотной кислоте. При этом образуется уранилнитрат UO2(NO3)2, который при экстракции трибутил-фосфатом и некоторыми другими веществами дополнительно очищается до нужных кондиций. Затем это вещество кристаллизуют (или осаждают пероксид UO4·2H2O) и начинают осторожно прокаливать. В результате этой операции образуется трёхокись урана UO3, которую восстанавливают водородом до UO2. На диоксид урана UO2 при температуре от 430 до 600 °C воздействуют сухим фтористым водородом для получения тетрафторида UF4. Из этого соединения восстанавливают металлический уран с помощью кальция или магния.

3. Атомные бомбы

Атомная бомба — снаряд для получения взрыва большой силы в результате весьма быстрого выделения ядерной (атомной) энергии.

3.1 Принцип действия атомных бомб

Ядерный заряд разделён на несколько частей до критических размеров, чтобы в каждой из них не могла начаться саморазвивающаяся неуправляемая цепная реакция делений атомов делящегося вещества. Такая реакция возникнет лишь тогда, когда все части заряда будут быстро соединены в одно целое. От скорости сближения отдельных частей в сильной степени зависит полнота протекания реакции и в конечном счёте мощность взрыва. Для сообщения большой скорости частям заряда можно использовать взрыв обычного взрывчатого вещества. Если части ядерного заряда расположить по радиальным направлениям на некотором расстоянии от центра, а с внешней стороны поместить заряды тротила, то можно осуществить взрыв обычных зарядов, направленный к центру ядерного заряда. Все части ядерного заряда не только с огромной скоростью соединяться в единое целое, но и окажутся на некоторое время сжатыми со всех сторон огромным давлением продуктов взрыва и не смогут разделиться сразу, как только начнётся в заряде цепная ядерная реакция. В результате этого произойдёт значительно большее деление, чем без такого сжатия, и, следовательно, повысится мощность взрыва. Увеличению мощности взрыва при том же количестве делящегося вещества способствует также отражатель нейтронов (наиболее эффективными отражателями являются бериллий < Be >, графит, тяжёлая вода < H3O >). Для первого деления, которое положило бы начало цепной реакции, нужен, по меньшей мере, один нейтрон. Рассчитывать на своевременное начало цепной реакции под действием нейтронов, появляющихся при самопроизвольном (спонтанном) делении ядер, нельзя, т.к. оно происходит сравнительно редко: для U-235 — 1 распад в час на 1 гр. вещества. Нейтронов, существующих в свободном виде в атмосфере, также очень мало: через S = 1см/кв. за секунду пролетает в среднем около 6 нейтронов. По этой причине в ядерном заряде применяют искусственный источник нейтронов — своеобразный ядерный капсюль-детонатор. Он обеспечивает также множество начинающихся одновременно делений, поэтому реакция протекает в виде ядерного взрыва.

3.2 Варианты детонации (Пушечная и имплозивная схемы)

Существуют две основные схемы подрыва делящегося заряда: пушечная, иначе называемая баллистической, и имплозивная.

«Пушечная схема» использовалась в некоторых моделях ядерного оружия первого поколения. Суть пушечной схемы заключается в выстреливании зарядом пороха одного блока делящегося материала докритической массы («пуля») в другой -- неподвижный («мишень»). Блоки рассчитаны так, что при соединении их общая масса становится надкритической.

Данный способ детонации возможен только в урановых боеприпасах, так как плутоний имеет на два порядка более высокий нейтронный фон, что резко повышает вероятность преждевременного развития цепной реакции до соединения блоков. Это приводит к неполному выходу энергии (т. н. «шипучка», англ. Для реализации пушечной схемы в плутониевых боеприпасах требуется увеличение скорости соединения частей заряда до технически недостижимого уровня. Кроме того, уран лучше, чем плутоний, выдерживает механические перегрузки.

Имплозивная схема. Эта схема детонации подразумевает получение сверхкритического состояния путём обжатия делящегося материала сфокусированной ударной волной, создаваемой взрывом химической взрывчатки. Для фокусировки ударной волны используются так называемые взрывные линзы, и подрыв производится одновременно во многих точках с прецизионной точностью. Создание подобной системы расположения взрывчатки и подрыва являлось в своё время одной из наиболее трудных задач. Формирование сходящейся ударной волны обеспечивалось использованием взрывных линз из «быстрой» и «медленной» взрывчаток -- ТАТВ (Триаминотринитробензол) и баратола (смесь тринитротолуола с нитратом бария), и некоторыми добавками)

4. Первые атомные бомбы. История их создания

История. В 1905 Альберт Эйнштейн издал свою специальную теорию относительности. Согласно этой теории, соотношение между массой и энергией выражено уравнением E = mc2, которое значит, что данная масса (m) связана с количеством энергии (E) равной этой массе, умноженной на квадрат скорости света ©. Очень малое количество вещества эквивалентно к большому количеству энергии. Например, 1 кг вещества, преобразованного в энергию был бы эквивалентен энергии, выпущенной, при взрыве 22 мегатонн тротила.

1938 г, в результате экспериментов немецких химиков Отто Хана и Фритца Страссманна (1902−80), им удается разбить атом урана на две приблизительно равных части при помощи бомбардировки урана нейтронами. Британский физик Отто Роберт Фриш (1904−79), объяснил как при делении ядра атома выделяется энергия.

В начале 1939 года французский физик Жолио-Кюри сделал вывод, что возможна цепная реакция, которая приведет к взрыву чудовищной разрушительной силы и что уран может стать источником энергии, как обычное взрывное вещество.

Это заключение стало толчком для разработок по созданию ядерного оружия. Европа была накануне Второй мировой войны, и потенциальное обладание таким мощным оружием подталкивало милитаристские круги на быстрейшее его создание, но тормозом стала проблема наличия большого количества урановой руды для широкомасштабных исследований. Над созданием атомного оружия трудились физики Германии, Англии, США, Японии, понимая, что без достаточного количества урановой руды невозможно вести работы. США в сентябре 1940 года закупили большое количество требуемой руды по подставным документам у Бельгии, что и позволило им вести работы над созданием ядерного оружия полным ходом. Перед началом Второй мировой войны Альберт Эйнштейн написал президенту США Франклину Рузвельту. В нем якобы говорится о попытках нацистской Германии очистить Уран-235, что может привести их к созданию ядерной бомбы. Сейчас стало известно, что германские учёные были очень далеки от проведения цепной реакции. В их планы входило изготовление «грязной», сильнорадиоактивной бомбы.

Как бы то ни было, правительством Соединённых Штатов было принято решение — в кратчайшие сроки создать атомную бомбу. Этот проект вошел историю как «Проект Манхэттен».

4.1 «Проект Манхэттен»

уран атомный бомба детонация

Правительство США приняло решение — в кратчайшие сроки создать атомную бомбу. Этот проект вошел историю как «Проект Манхэттен». Возглавил его Лесли Гровс. Следующие шесть лет, с 1939 по 1945, на проект Манхэттен было потрачено более двух биллионов долларов. В Oak Ridge штат Теннеси, был построен огромный завод по очистке урана. Г. К. Юри и Эрнест O. Лоуренс (изобретатель циклотрона) предложили способ очистки, основанный на принципе газовой диффузии с последующим магнитным разделением двух изотопов. Газовая центрифуга отделяла легкий Уран-235 от более тяжелого Урана-238.

На территории Соединенных Штатов, в Лос-Аламосе, в пустынных просторах штата Нью-Мексико, в 1942 году был создан американский ядерный центр. Над проектом работало множество учёных, главным же был Роберт Оппенгеймер. Под его началом были собраны лучшие умы того времени не только США и Англии, но практически всей Западной Европы. Над созданием ядерного оружия трудился огромный коллектив, включая 12 лауреатов Нобелевской премии. Работа в Лос-Аламосе, где находилась лаборатория, не прекращалась ни на минуту. В Европе тем временем шла Вторая мировая война, и Германия проводила массовые бомбардировки городов Англии, что подвергало опасности английский атомный проект «Tub Alloys», и Англия добровольно передала США свои разработки и ведущих ученых проекта, что позволило США занять ведущее положение в развитии ядерной физики (создания ядерного оружия).

16 июля 1945 года, в 5: 29:45 по местному времени, яркая вспышка озарила небо над плато в горах Джемеза на севере от Нью-Мехико. Характерное облако радиоактивной пыли, напоминающее гриб, поднялось на 30 тысяч футов. Все что осталось на месте взрыва — фрагменты зеленого радиоактивного стекла, в которое превратился песок. Так было положено начало атомной эре.

К осени 1944 года, когда работы по созданию атомной бомбы подходили к завершению, в США был создан 509-й авиаполк «летающих крепостей» Б-29, командиром которого был назначен опытный летчик полковник Тиббетс. Полк приступил к регулярным длительным тренировочным полетам над океаном на высотах 10−13 тысяч метров. К лету 1945 года американцам удалось собрать две атомные бомбы, получившие названия «Малыш» и «Толстяк».

4.2 «Little Boy» («Малыш»)

Прозванная «Малыш» («Little Boy») (в честь президента Франклина Рузвельта) бомба имела размеры 3 м в длину на 0.7 м в диаметре, весила 2722 кг и использовала в качестве делящегося материала уран и была обогащенный Уран-235. Внутри укороченного гладкоствольного калибра 76.2 мм (3 дюйма) морского орудия подкритический снаряд из урана-235 поджигался у подкритической мишени из урана-235. В момент столкновения образовывалась масса, превосходившая критическую, что запускало цепную ядерную реакцию, или атомный взрыв. Ствол орудия и мощная оболочка придавали бомбе вес свыше 4-х тонн (8900 фунтов). Подкритическим материалом был сплав, названный ораллоем -- кодовое имя, произошедшее от названия секретной лаборатории в Ок-Ридже, Теннеси, где он был изготовлен, и слова «alloy» -- сплав. С учётом использования орудийного устройства, делящиеся материалы должны были быть выполнены в геометрической форме, позволяющей выдержать силу выстрела в орудийном стволе, а затем резкую остановку в точке цели, и удерживаться вместе достаточно долго для детонации.

На японский город Хиросима 6 августа 1945 года. В 08: 15 местного времени самолёт В-29 «Enola Gay» под командованием полковника Пола Тиббетса, находясь на высоте свыше 9 км, произвёл сброс атомной бомбы «Малыш («Little Boy») на центр Хиросимы. Взрыватель был установлен на высоту 600 метров над поверхностью; взрыв, эквивалентом от 13 до 18 килотонн тротила, произошёл через 45 секунд после сброса.

4.3 «Fat Man» («Толстяк»)

Прозванная «Толстяк» («Fat Man») (в честь английского премьер-министра Уинстона Черчилля), эта бомба имела ядро из плутония-239, была 3.5 м в длину на 1.5 м в диаметре и весила 4.5 тонны, мощностью более 20 кт. Её плутониевое ядро было окружено 64-мя зарядами взрывчатки, расположенными на внутренней и внешней оболочках. Заряды взрывчатки были собраны в геометрическую форму, напоминающую по конфигурации футбольный мяч, -- крайне сложная и требующая внимания процедура. Когда обе оболочки детонировали, взрывная волна схлопывалась внутрь, что приводило к сжатию слегка подкритического ядра из плутония и резкому возрастанию его плотности, делавшему его сверхкритическим, таким образом взрывая его в цепной ядерной реакции.

«Толстяк» был сброшен на японский город Нагасаки 9 августа 1945 года. В 10: 56 самолёт В-29 «Bockscar» под командованием пилота Чарльза Суини прибыл к Нагасаки. Взрыв произошёл в 11: 02 местного времени на высоте около 500 метров. Мощность взрыва составила 21 килотонну.

4.4 «Gadget"("Штучка»)

Испытание первой атомной бомбы США пустыне Аламогордо («Тринити») 1945

Атомные бомбы — одна из урана-235, а другая плутониевая — были спроектированы и изготовлены в Лос-Аламосской лаборатории (штат Нью-Мексико), созданной в первые месяцы 1943 г.

В 5 часов 30 минут утра 16 июля 1945 г. Соединенные Штаты испытали атомную бомбу в пустыне Аламогордо в штате Нью-Мексико. Это была плутониевая бомба, в которой использовался сложный метод имплозии. Бомбу на основе урана-235, представлявшую собой более простую, пушечную систему, было решено перед применением не испытывать. Испытание в Аламогордо прошло с триумфальным успехом. Взрыв оказался сильнее, чем ожидалось, — он был эквивалентен взрыву примерно 20 килотонн тринитротолуола.

Прибыв в Альбукерке воскресным днем 15 июля, Гровс встревожился, что шпионы могут обратить внимание на то, что в вестибюле отеля Хилтон собралось столько всемирно известных ученых, и поэтому приказал им селиться в разных отелях. После обеда с Альваресом, ранним утром понедельника 16 июля, Лоуренс, представитель компании «Монсанто» Чарльз Томас и репортер Нью-Йорк тайме Уильям Лоренс втиснулись в Плимут цвета хаки и отправились в трехчасовую поездку на испытательный полигон Тринити. Благодаря Гровсу Лоренс считался кем-то вроде полуофициального летописца истории создания бомбы. На Тринити Эрнест присоединился к группе ученых, собравшихся на Компани-Хилл — отсюда наблюдали за испытаниями высокопоставленные лица, — расположенном в двадцати милях к северу от башни с установленной бомбой. В состав группы входили Мак-Миллан, Теллер, Сербер и британский физик Джеймс Чедвик. Порывы ветра и проливной дождь, всю ночь хлеставший в пустыне, наконец-то стихли. Стоя рядом с Лоуренсом, Теллер нервозными движениями намазал свое лицо маслом от загара, надел плотные перчатки и очки сварщика — обратный отсчет времени приближался к нулю. («Своим видом он до смерти напугал меня», — признался физик Вилли Хигинботэм .) Эрнест то нервно усаживался на переднее сиденье Плимута, полагая, что ветровое стекло автомобиля задержит ультрафиолетовое излучение от взрыва бомбы, то вылезал из него. Когда бомба взорвалась, Лоуренс как раз наклонился, собираясь выбраться из автомобиля. «Меня окутал теплый, яркий желтовато-белый свет — от темноты до яркого солнечного света в один миг, — и, насколько я помню, меня это просто ошеломило», — написал он позднее в отчете, который Гровс потребовал от очевидцев. Теллер начал было снимать тяжелые очки с глаз, чтобы осмотреться, как внезапно осознал, что все вокруг ярко освещено, словно полуденным солнцем, а от взорвавшейся бомбы шло ощутимое тепло. Вопреки всем советам Сербер, когда бомба взорвалась, смотрел на нее незащищенными глазами и моментально ослеп. У Альвареса был исключительно хороший обзор: стоя на коленях между командиром и вторым пилотом в кабине В-29, летящего примерно в двадцати милях от эпицентра ядерного взрыва, он наблюдал, как яркий свет проходил сквозь толстый слой облаков. Пристроив на коленях блокнот для рисования, Луис сделал набросок пробивающейся сквозь облачность выпуклой верхушки кипящего грибовидного облака. Роберт Оппенгеймер лежал вниз лицом рядом с братом около подземного пункта управления в 10 000 ярдах к югу от башни, ожидая, пока утихнет низкий рокочущий звук от взрыва бомбы, чтобы можно было встать. После чего Оппи с улыбкой, в которой смешались гордость и облегчение, повернулся к Фрэнку и произнес только «Сработало». Чуть погодя Буш и Конант спустились к дороге, ведущей к подземному пункту управления, и остановились в ожидании. Когда в облаке поднятой пыли показалась армейская машина с Гровсом и Оппенгеймером на заднем сиденье, оба нарочито вытянулись по стойке «смирно» и, улыбаясь, приподняли шляпы.

Заключение

В ходе работы над этим рефератом я узнала много интересных фактов: Во-первых, в 1942 году Френк Спеддинг разработал эффективный процесс получения высокочистого урана из его галогенов, что обеспечило успешную разработку атомной бомбы.

Во-вторых, процесс очистки урана происходит в три стадии.

В-третьих, Одной из первых бомб была Gadget («Штучка»); испытания её проводились на полигоне «Тринити» в пустыне Аламогордо в штате Нью-Мексико. Gadget протопит Fat Man’а — обе бомбы имплозивного типа, a Little Boy — первая бомба «пушечного» типа.

И в заключение хотелось бы сказать. То, что в 1942 году Фрэнк Спеддинг создал способ получения металлического урана — это, конечно же, хорошо, но данное открытие привело человечество к созданию самого страшного оружия массового поражения — атомных бомб.

В ходе работы над рефератом, меня поразил тот факт, что, после того как американцы скинули атомные бомбы — Little Boy и Fat Man — на Хиросиму и Нагасаки, человечество, зная о страшных последствиях ядерного взрыва, о действии облучения на организм человека, как бы устроили соревнования: кто создаст бомбу мощнее?.. и так далее…

В наше время на Земле находится столько ядерного оружия, что в случае третьей мировой войны или какой-нибудь другой всемирной катастрофы, человечество просто стерёт нашу планету с лица Солнечной системы.

После проделанной работы у меня в голове возник один вопрос: а надо ли было человечеству создавать столь опасные «игрушки», они же ни к чему доброму не привели и не приведут?..

Список литературы

http: //www. booksshare. net/index. php? author=volkov-va&book=1991&category=history&id1=4&page=203 — биография

http: //data. desmoinesregister. com/famous-iowans/frank-spedding — Биография

http: //www. ngpedia. ru/id542539p1. html — чистый уран

http: //www. famhist. ru/famhist/hal/000cb096. htm — испытание первой ядерной бомбы американцами

http: //www. airwar. ru/weapon/ab/lb. html — атомные бомбы

http: //lemur59. ru/node/41 — принцип устройства атомной бомбы

https: //ru. wikipedia. org/wiki/%CC%E0%ED%F5%FD%F2%F2%E5%ED%F1%EA%E8%E9_%EF%F0%EE%E5%EA%F2 — манхэттенский проект

https: //ru. wikipedia. org/wiki/%DF%E4%E5%F0%ED%EE%E5_%EE%F0%F3%E6%E8%E5 — Ядерное оружие

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой