Инновационные разработки в области оружия массового поражения

В 1898 году французский учёный Пьер Кюри и его  польская жена Мария Склодовская-Кюри обнаружили в настуране, минерале урана, некое вещество, выделяющее большое  количество радиации. Это открытие дало основание предположить наличие  огромного потенциала невиданной ранее  энергии, заключённой в атомах радиоактивных  элементов. В 1911 Эрнест Резерфорд сделал важные открытия в области изучения атомов, а в 1932 Эрнест Уолтон и Джон Кокрофт смогли впервые расщепить ядро атома. В 1934 Лео Силард запатентовал атомную бомбу.

Существовало  три основных программы по разработке этого вида вооружения: Американская ядерная программа, Немецкая ядерная программа и Советская ядерная программа. По каждой из программ погорим подробнее ниже.

Немецкая  ядерная программа.

В декабре 1938 года немецкие физики Отто Ган и Фриц Штрассман впервые в мире осуществили искусственное расщепление ядра атома урана.

24 апреля 1939 года в высшие военные инстанции  Германии поступило письмо за  подписью профессора Гамбургского  университета Пауля Хартека и его сотрудника доктора В. Грота, в котором указывалось на принципиальную возможность создания нового вида высокоэффективного взрывчатого вещества. В нём говорилось, что «та страна, которая первой сумеет практически овладеть достижениями ядерной физики, приобретёт абсолютное превосходство над другими». 29 апреля 1939 года имперское министерство науки, воспитания и народного образования по поручению руководителя специального отдела физики имперского исследовательского совета — государственного советника профессора Абрахама Эзау провело обсуждение вопроса «о самостоятельно распространяющейся ядерной реакции» на которое, среди прочих, был приглашён профессор Э. Шуман, руководитель исследовательского отдела Управления вооружений сухопутных сил III Рейха.

Письмо  Хартека и Грота было передано физику Курту Дибнеру из научного отдела Управления вооружений. По настойчивым просьбам Дибнера Управление вооружений, не дожидаясь принятия официального решения высших военных властей, освободило Дибнера от выполнения всех побочных работ и поручило ему заниматься только вопросами ядерной физики, создав для этого специальное отделение. В июне 1939 года Дибнер организовал сооружение первой в Германии реакторной сборки на полигоне Куммерсдорф под Берлином.

В 1939 году рабочая группа профессора А. Эзау по проблеме ядерной энергии при рейхсминистерстве образования инициировала принятие закона о запрете вывоза урана из Германии. У бельгийской фирмы Union Miniere в Бельгийском Конго было срочно закуплено большое количество урановой руды.

26 сентября 1939 года Управление армейских  вооружений для рассмотрения  вопроса о способах создания  ядерного оружия собрало специалистов в области ядерной физики, на которое были приглашены Пауль Хартек, Ганс Вильгельм Гейгер, Вальтер Боте, Курт Дибнер, а также Карл-Фридрих фон Вайцзеккер и Вернер Гейзенберг. На нём было принято решение засекретить все работы, имеющие прямое или косвенное отношение к урановой проблеме. Осуществление программы, получившей название «Урановый проект» — (нем. Uranprojekt Kernwaffenprojekt) Участники совещания считали возможным создание ядерного оружия за 9-12 месяцев.

Разработками  ведал имперский министр вооружений Альберт Шпеер, административным руководителем группы Гейзенберга, Отто Гана, Вайцзеккера и др., стал физик Эрих Шуман.

Концерн «ИГ Фарбениндустри» начал изготовление шестифтористого урана, пригодного для получения урана-235, а также сооружение полупромышленной установки по разделению изотопов. Она представляла собой две концентрические трубы, одна из которых (внутренняя) нагревалась, а вторая (наружная) охлаждалась. Между ними должен был подаваться газообразный шестифтористый уран и при этом более легкие изотопы (уран-235) должны были бы подниматься вверх быстрее, а более тяжелые (уран-238) медленнее, что позволило бы отделять их друг от друга (метод Клузиуса — Диккеля).

Тогда же Вернер Гейзенберг начал теоретические  работы по конструированию ядерного реактора. В своём отчёте «Возможность технического получения энергии  при расщеплении урана», законченном  в декабре 1939 г., Гейзенберг пришёл к  следующему выводу: «В целом можно  считать, что при смеси уран —  тяжелая вода в шаре радиусом около 60 см, окружённом водой (около 1000 кг тяжелой  воды и 1200 кг урана), начнется спонтанное выделение энергии». Одновременно Гейзенберг рассчитал параметры другого  реактора, в котором уран и тяжёлая  вода не смешивались, а располагались  слоями. По его мнению, «процесс расщепления  поддерживался бы долгое время», если бы установка состояла из слоёв урана  толщиной 4 см и площадью около 1 м2, перемежаемых слоями тяжелой воды толщиной около 5 см, причем после трехкратного повторения слоев урана и тяжелой воды необходим слой чистого углерода (10-20 см), а весь реактор снаружи также должен быть окружен слоем чистого углерода.

На основании  этих расчетов фирма «Ауэрге» получила заказ на изготовление небольших количеств урана, а норвежская фирма Norsk Hydro должна была поставить тяжёлую воду. Во дворе Физического института в Берлине для подтверждения расчётов Гейзенберга началось сооружение реакторной сборки.

5 января 1940 г. доктором Телыповым от имени Общества кайзера Вильгельма и 17 января 1940 г. генералом Беккером от Управления вооружений был подписан договор о передаче Физического института в ведение армии на время войны.

Первой  неудачей германского ядерного проекта  стало то, что установка для  разделения изотопов по методу Клузиуса — Диккеля, смонтированная в Леверкузене, оказалась неработающей, и в начале 1941 г. учёные вынуждены были признать, что разделение изотопов урана этим методом невозможно. В результате немецкие учёные потратили на бесплодные эксперименты около года.

Немецкие  физики разработали не менее пяти способов обогащения урана. Закономерно  то, что среди них наиболее перспективным  считался «инерционный способ» —  то есть разделение изотопов с помощью  специальной центрифуги. Считается, что проект центрифугирования не был реализован, потому что у доктора  Грота, занимавшегося строительством центрифуги, не хватило терпения и  денег, чтобы довести работу до конца. Также есть мнения, что близок к  успеху был и барон М. фон Арденне, в лаборатории которого был построен «электромагнитный сепаратор», по своим характеристикам не уступавший аналогичному американскому устройству.

В конце 1940 г. Гейзенберг проводил эксперимент  по созданию реакторной сборки на основе выполненных им ранее расчётов, но цепную реакцию вызвать не удалось, и Гейзенбергу и его сотрудникам  стало ясно, что теоретические  расчёты, положенные в основу эксперимента, неверны.

Существует  мнение, что немецкие учёные не смогли осуществить самоподдерживающуюся ядерную реакцию в связи с  тем, что в Германии не было достаточного количества тяжёлой воды как материала  замедлителя нейтронов, тогда как  более доступный графит в качестве замедлителя нейтронов немцы  не использовали из-за знаменитой «ошибки  Боте» (профессора Вальтера Боте). Но это  не совсем так. Боте не сделал никакой ошибки, просто исследуемый им графит не был достаточно чистым, а руководители проекта не занялись вопросом исследования возможности получения более чистого графита.

В серии  опытов, проведённых в августе  — сентябре 1941 г. в Лейпциге, В. Гейзенберг, К. Ф. фон Вайцзеккер и Р. Дёпель добились положительного результата размножения нейтронов, что служило доказательством протекавшей в массе урана цепной реакции, однако эта реакция ещё не была самоподдерживавшейся.

В записке  от 27 ноября 1941 г. Гейзенберг предложил  все работы по урановому проекту  разделить на необходимые, важные и неважные. Необходимыми он считал только такие, которые делают возможным строительство в кратчайший срок по меньшей мере одного действующего реактора, важными те, которые могут повысить качество работы реактора, прочие работы Гейзенберг причислил к неважным.

К февралю 1942 года был построен первый немецкий реактор[источник не указан 1457 дней]. Это был опытный реактор Лейпцигского института, разработанный профессором Гейзенбергом и профессором Р. Дёпелем.

«Урановая машина» (так называли реактор) состояла из двух алюминиевых полусфер, с  помещенными внутри 572 килограммами урана в виде порошка и 140 килограммами тяжёлой воды. Вес реактора, размещённого внутри резервуара с водой, приближался  к тонне. Внутри сферы с урановой начинкой был помещен своеобразный импульсный нейтронный инициатор в  виде радий-бериллиевого первичного источника нейтронов. Измерения потока нейтронов из загруженного реактора показали, что поверхности реактора достигало гораздо больше нейтронов, чем излучал их первичный радий-бериллиевый источник и Р. Дёпель послал сообщение в отдел вооружений вермахта, что реактор работает.

Несколько позже «урановая машина» взорвалась. Считается, что «тепловой взрыв» произошёл в результате обычной  химической реакции урана в виде тонкоизмельчённого порошка с проникшей  через оболочку тяжёлой водой. Но такая версия не выдерживает критики, так как странно было бы предполагать, что немецким учёным были неизвестны химические свойства давно открытого и изученного элемента. Невозможно предположить и то, что немцы, выпускавшие в то время уже практически предсерийные турбореактивные двигатели с крайне малыми механическими допусками, не смогли устранить утечку воды под атмосферным давлением внутрь оболочки реактора. Существуют предположения, что реактор всё же вышел на критическую точку, и его взрыв последовал именно из-за начавшей расти температуры внутри реактора и последующего разрушения оболочки активной зоны, приведшей к химической реакции урана с тяжёлой водой, пожару и остановке реактора.

4 июня 1942 г. имперским министром вооружения  и боеприпасов А. Шпеером было созвано совещание военного руководства и учёных по ядерной проблеме. На нём Гейзенберг сказал, что решение производственно-технических проблем должно занять не менее двух лет, и то при условии, если каждое требование учёных будет выполняться. В результате для проекта были выделены денежные средства, фонды на дефицитные материалы, были утверждены минимальные сроки строительства бункера для атомного реактора в Берлине, изготовления металлического урана и поставки оборудования для разделения изотопов.

В феврале 1943 г. норвежским диверсантам, засланным  из Великобритании, удалось уничтожить завод по производству тяжелой воды в Норвегии.

В марте 1943 г. в связи с настроениями руководства  страны Управление вооружений отказалось от работ по Урановому проекту и они были переданы в ведение имперского исследовательского совета.

Группа  доктора Дибнера также разрабатывала схему ядерного взрывного устройства в виде шара из взрывчатого вещества, внутри которого находился шар из делящегося материала.

Доктор  Тринкс разрабатывал даже не ядерную, а водородную бомбу. Эта работа сохранилась в шестистраничном документальном отчёте «Опыты возбуждения ядерных реакций с помощью взрывов». Доктор Тринкс пытался резко нагреть тяжёлый водород при помощи обжатия серебряного шара обычным взрывчатым веществом. Тринкс рассчитывал, что сможет создать ядерную бомбу на таком принципе. Тринкс несколько раз повторял попытки инициирования термоядерных реакций в тяжёлом водороде, но не обнаружил выхода радиоактивного излучения.

В январе 1944 г. Гейзенберг получил литые урановые пластины для большой реакторной сборки в Берлине, для которой  сооружался специальный бункер.

Последний эксперимент по получению цепной реакции был намечен на январь 1945 г., но 31 января все оборудование спешно демонтировали и отправили  на юг Германии.

В конце  февраля 1945 г. реактор B VIII прибыл из Берлина  в деревню Хайгерлох недалеко от швейцарской границы. Реактор состоял из активной зоны, состоящей из 664 кубиков урана общим весом 1525 кг, окружённой графитовым замедлителем-отражателем нейтронов весом 10 тонн. В марте 1945 г. в активную зону дополнительно влили ещё 1,5 тонны тяжёлой воды. 23 марта 1945 г. профессор Герлах позвонил в Берлин и доложил, что реактор работает. Но радость была преждевременна — реактор не сумел достичь критической точки. После перерасчётов оказалось, что количество урана необходимо увеличить ещё на 750 кг, а кроме того увеличить количество тяжёлой воды, запасов которой уже не оставалось. Конец Третьего рейха неумолимо приближался, и 23 апреля в Хайгерлох вошли американские войска. Реактор был вывезен в США.

  Манхэттонский проект.

«Проект Манхеттен» — кодовое название программы  США по разработке ядерного оружия, осуществление которой началось 17 сентября 1943 года. Перед этим исследования велись в «Урановом комитете». В  проекте принимали участие учёные из Соединённых Штатов Америки, Великобритании, Германии и Канады.

В августе 1939 года физики Лео Силард и Юджин Вигнер составили так называемое письмо Эйнштейна Рузвельту, которое содержало предупреждение о возможной разработке Германией чрезвычайно мощной бомбы нового типа. В связи с этим авторы письма призывали США обеспечить накопление запасов урановой руды и финансирование исследований Энрико Ферми и других учёных в области цепных ядерных реакций. Письмо было подписано Альбертом Эйнштейном и доставлено президенту Франклину Рузвельту. Рузвельт назначил Лаймана Бриггса из Национального бюро стандартов главой Уранового комитета для исследования проблем, поднятых в письме. 21 октября 1939 года Бриггс созвал собрание, на котором присутствовали Силард, Вигнер и Эдвард Теллер. В ноябре комитет доложил Рузвельту, что использование урана позволит создать оружие, обладающее разрушительной силой, значительно превосходящей что-либо известное.