Цепная реакция.

Ученые уже знали, что попавший в ядро урана-235 или плутония-233 нейтрон может разделить его на две части и при этом высвободиться 200 МэВ энергии. Но еще важнее было то, что при расщеплении ядра выбрасывается 2-3 новых (вторичных) нейтрона, которые разделяют 2-3 следующих ядра с образованием 4-6 нейтронов и т.д., число нейтронов и делящихся атомов растет лавинообразно в геометрической прогрессии – начинается саморазвивающаяся цепная ядерная реакция с выделением огромной величины энергии взрывного характера. Однако это может произойти лишь в том случае, когда масса делящегося вещества больше некоторой определенной величины, называемой критической. Дело в том, что при небольшой массе делящегося вещества нейтроны, образовавшиеся при делении ядер, могут вылететь из него и не вызывать дальнейшего деления ядер, поэтому взрыва не произойдет. При достижении определенных критических размеров или массы ядерного делящегося вещества взрыв произойдет самопроизвольно. Величина критической массы зависит от характера и вида делящегося вещества, от степени его чистоты и плотности, от формы и конструкции заряда, от наличия свойств отражателя нейтронов, от активности дополнительного источника нейтронов (последнее уже относится, к атомной бомбе).

Значение критической массы для урана-233, как определили ученые, составляет 48-49 кг, для плутония-239 – 18-19 кг, для урана-233 – 15-16 кг. Но в природном уране ядер урана, содержащих 235 нейтронов и протонов, в 140 раз меньше, чем ядер урана-238, а плутона-239 и вообще нет. Встала задача получения этих элементов в чистом виде. Для выделения урана-235 из природного урана американские ученые применили диффузионное разделение изотопов, заключающееся в том, что газообразное химическое соединение урана пропускают через пористую перегородку. Молекулы, в состав которых входят атомы урана-235, быстрее проходят через пористую перегородку, т.к. на 3 а.е.м. легче урана-238. Выделяя полученное вещество в чистом виде из газообразного химического соединения, получают делящийся материал для изготовления бомбы.

Другой путь получения ядерной «взрывчатки» заключается в изготовлении нового делящегося вещества – плутония-239, отличающегося по химическим свойствам от урана.

В 1940 г. Г. Сибором из Калифорнийского университета был получен плутоний-239 в результате захвата нейтрона ураном-238. Для получения большого количества плутония-239 требовалось лишь облучить уран нейтронами. Но потоки нейтронов, которые могли дать отсутствовавшие в то время источники, имели слишком незначительную интенсивность, чтобы обеспечить получение сколько-нибудь заметных количеств плутония. (К концу 1942 г. таким путем было получено всего 0,5 кг плутония, что дало возможность изучить его химические свойства и разработать метод промышленного отделения урана от плутония, получаемого в результате цепной реакции в природном уране). Тогда Э.Ферми предложил осуществить управляемую цепную реакцию деления ядер урана-235 в природном уране, использовав избыточные нейтроны реакции для превращения урана -238 в плутоний -239.