Всего на сайте:
282 тыс. 988 статей

Главная | Физика

Глава 13. 8.16 утра - над Японией.  Просмотрен 169

С. 91 «вытянутому в длину мусорномубаку с плавниками»: То, о чем рассказывается в этой главе, почерпнуто главнымобразом из книг: Rhodes, “The Making of the Atomic Bomb”, pp. 701-15; RobertSerber, “The Los Alamos Primer”[117](Berkeley: University of California Press, 1992), см. в особенности рр. 35-49;а также из стандартных учебников физики. «Мусорным баком» бомбу назвал один изчленов экипажа самолета Джекоб Безер, см.: Rhodes, p. 701.

С. 91 Высота же, немногим меньшая600 м, была идеальной: С ходом войны позиции многих людей сильно ужесточились.В марте 1940 года Фриш и Пайерлс отмечали в своей памятной записке, посвященнойдетальному обсуждению теоретической возможности практического создания атомнойбомбы:

Вследствиетого, что радиоактивные вещества будут разноситься ветром, использование бомбыбез уничтожения большого числа мирных жителей было бы, вероятно, невозможным,что делает ее непригодным для применения нашей страной оружием. (Само собойнапрашивается ее использование в виде глубинной мины, размещаемой вблизи базывоенно-морского флота, однако даже это, скорее всего, привело бы к огромнымпотерям, которые гражданское население понесло бы вследствие наводнений ирадиоактивного излучения.

Дело не в том, что взрыв бомбы небыл необходимым - дело в том, что черезпять лет после составления этой цивилизованной памятной записки выбороптимальной высоты для взрыва бомбы над гражданским, по преимуществу, центром,стал частью самой обычной работы. Полный текст меморандума Фриша и Пайерлса - равно как и документа, который Бриггсдержал запертым в своем сейфе, -приводится в книге Rudolf Peierls, “Atomic Histories”[118](New York: Springer-Verlag, 1997), pp. 187-94. О том, что демократии вособенности подвержены таким леденящим кровь трансформациям, говорилось еще к в1830-х - в знаменитом комментарииТоквиля по поводу причастных к ним карьеристских факторов (“Democracy inAmerica”[119],vol. I, part 3, chapter 24); с еще большей глубиной рассматривает этот вопрос VictorDavis Hanson в его первоклассной книге "The Soul of Battle”[120](New York: The Free Press, 1999).

С. 92 ...в дело вступает обычноеэлектрическое взаимодействие, заставляющее протоны разлетаться...: Мощностьатомного взрыва велика настолько, что многим кажется, будто он порождаетсянекоей новой формой энергии, никогда прежде не существовавшей. Однако это нетак.

Атомные бомбы взрываются благодаря просто-напросто статическомуэлектричеству.

Сила электрического отталкивания вочень значительной степени зависит от расстояния между заряженными телами. Еслив сухой зимний день вы поместите палец в некотором удалении от металлическойповерхности, силы электрического взаимодействия не хватит, чтобы справиться ссопротивлением находящегося между ними воздуха. Однако пододвигайте палецпоближе, сокращая расстояние, и сила эта будет возрастать, пока вы не получите - ШАРАХ! -разряд статического электричества.

Ядро примерно в 1000 раз меньшеатома в целом. Это означает, что каждая из находящихся в ядре заряженных частицотталкивается другими с силой, примерно в 1000 раз большей, чем та, привычнаядля нас сила, которая расталкивает разделенные куда большими расстояниямиповерхностные электроны атома. (На самом деле, все происходит несколько иначе,но с аналогичными результатами.)

В то же самое время, речь здесьидет не просто об одной заряженной частице, отталкивающей другую - как в случае двух электронов, - ядро атома урана содержит 92 заряженных частицы.Обычно их удерживает вместе сила ядерного взаимодействия, но если она вдругпреодолевается, все приобретает такой вид, словно 92 заряженных частицыоказываются слепленными в комок, в котором ничего, кроме силы электрическогоотталкивания, не действует. Так вот, когда один электрон оказывается вблизидругого и отталкивается им, энергия, обусловленная их зарядами, составляет 1 Х1. В случае 92 протонов получается уже 92 Х 92, что больше 8400.

В атомной бомбе одновременносрабатывают оба эффекта. Заряженные частицы, втиснутые в ядро урана,выталкиваются вовне с силой примерно в 1000 раз превышающей ту, чтоприсутствует в обычном искровом разряде или химическом взрыве. И онаувеличивается еще примерно в 8400 раз зарядами плотно упакованных в ядрепротонов. Полная вырывающаяся наружу энергия составляет порядка 1000 Х 8400 - то есть, она более чем в 8 миллионов разпревышает привычные для нас электрические силы, будь то сопротивлениедеревянной биты ударяющему в нее мячу или громовые химические взрывы ракетноготоплива. Полный ее расчет требует множества корректировок, однако общаяуказанная нами здесь пропорция достаточно точна. Утверждение, что взрыв атомнойбомбы в миллионы раз мощнее любых взрывов, какие только были известны до еесоздания, может показаться преувеличением, и тем не менее, так оно и есть.

С. 92 Масса атомов «исчезает»,обращаясь в энергию их разлетающихся с огромной скоростью осколков: (Этотпримечание - и несколько следующих - показывает, как уравнение E=mc2работает в практической атомной инженерии и астрофизике.) Бóльшая частьвзорванного над Хиросимой урана уцелела, рассеявшись в виде пылевых облаков,трансформация затронула только один их процент. Кажется, что к серьезнымрезультатам это привести не могло, поскольку, если взять массу одного атомаурана, умножить ее на c2 (E=m x c2) и разделить на 100(дабы учесть то обстоятельство, что «взорвался» лишь каждый сотый из атомов),получится всего лишь 2,7 х 10-6 эрг -энергия, которой не хватит даже на то, чтобы задуть свечу. Однако американскиетехники старательно упаковали в хиросимскую бомбу 100 000 000 000 000 000000 000 атомов урана. Вот это число микровзрывов и убило такое огромноечисло людей, разрушив при этом так много дорог и зданий.

С.

92 ...[фрагменты ядер урана] обретают скорость, лишь в несколько раз меньшую скорости света: В посвященном Ньютонуразделе главы 7 мы видели, как мощь уравнения позволяет ученому установить действующуюв окрестностях лунной орбиты силу земного притяжения, - для этого ему даже не приходится покидать своего заставленногокнигами, расположенного на Земле кабинета. Точно таким же образом, можнозаглянуть внутрь взрывающейся атомной бомбы и точно подсчитать скоростьразлетающихся фрагментов ядра. И уравнение, которое позволяет это проделать,есть та самая старинная формула определения кинетической энергии, которой мыобязаны Лейбницу и Эмилии дю Шатле.

Благодаря их трудам, мы знаем,что кинетическая энергия разлетающихся фрагментов равна mv2/2, где“m” это масса взрывающегося ядра, а “v” -скорость, с которой они разлетаются. Зная, что E=mv2/2 вы можетеумножить это уравнение на 2, чтобы получить 2E = mv2, затемразделить это на m и получить 2E/m = v2, и наконец, взять кореньквадратный, что даст вам окончательное выражение √(2E/m) = v. Подставьтев него значения “E” и “m” и вы сможете заглянуть внутрь атомной бомбы иподсчитать скорость разлетающихся фрагментов.

Величину “E” для единственноговзрывающегося атом урана мы знаем, это 2,7 х 10-6 эрг. Подставьте еев √(2E/m) и вы получите результат: каждый из фрагментов начинки бомбы летит со скоростью v=1,2 х 108 см/с. (Опять-таки, все выглядитнемного иначе, но общая схема рассуждений сохраняется.) А это больше 4миллионов километров в час - вот почемунаходящийся в бомбе твердый слиток урана очень быстро обращается в шар раскаленногогаза, расширяющийся с такой неимоверно высокой скоростью.

Результат этот является оченьважным, поскольку нейтроны, которые все еще извергаются делящимися ядрами, могутработать и дальше только в том случае, если им удастся нагнать стремительноразлетающиеся фрагменты ядер. По этой причине медленные нейтроны вроде тех,которые первым проанализировал Ферми -и которые играют такую важную роль в постепенном разогреве плутония, - после того, как начинается взрыв,становятся совершенно бесполезными. Для того, чтобы взрыв продолжалразвиваться, необходимо сконструировать бомбу так, чтобы сами фрагменты ядервыделяли нейтроны, летящие со скоростью большей той, с который расширяетсяоблако сначала ставшего жидким, а затем и газообразным урана. Их начальнаяскорость должна составлять не 5 миллионов км/час, но 30 и более миллионов км/час- что и имело место внутри взорваннойнад Хиросимой бомбы.

И по этой же причине коммерческиереакторы не способны взрываться как настоящая атомная бомба: используемые в нихмедленные нейтроны не способны угнаться за начавшимся взрывом, цепная реакцияостанавливается и взрыв попросту выдыхается. В этом смысле такие реакторы посамой их сути являются безопасными. (И опять-таки, «безопасность» понятиеотносительное. Даже незавершенный взрыв способен наделать много шума иразрушить реактор - крышкачернобыльской герметизирующей оболочки весила многие тонны, однако когдаядерное топливо под ней перегрелось, ее снесло, точно картонную.)

Расчет кинетической энергии взятиз книги Serber, “The Los Alamos Primer” pp. 10 и 12; соображения относительнобыстрых нейтронов коротко изложены в книге Bernstein, “Hitler's Uranium Club”pp.21-22.

С. 92 На краткое время создаютсяусловия, схожие с теми, что имели место на ранних этапах рождения вселенной: Можетли это привести к возгоранию атмосферы Земли? Нет, поскольку тепловой энергиивзрыва, пусть и колоссальной, все-таки не хватает для того, чтобы пересечьбарьер, за которым начинается плавление.

Единственным возможным кандидатом навоспламенение был бы преобладающий в атмосфере Земли азот. Однако задолго дотого, как окажется достигнутой температура его плавления, электроны унесут ссобой энергию - и так быстро, чтонеобходимая локальная концентрация тепла не возникнет. Широко распространеннаяуверенность в том, что такое возгорание возможно, имеет, по-видимому,источником недопонимание, возникшее в 1958 году, когда романистка Перл Бак взялаинтервью у одного из главных администраторов проекта. Превосходное и простоизложенное резюме физических соображений на этот счет содержится в книге HansBethe, “The Road From Los Alamos”[121](New York: Simon & Schuster 1991) pp. 30-33.

С. 94 Первая работа, которуюпроделало на Земле уравнение E=mc2, завершается: Существуетизвестная обложка журнала «Тайм», изображающая Эйнштейна на фоне грибовидногооблака и уравнения E=mc2, с библейской властностью начертанного на этомоблаке. Однако «ответственность» Эйнштейна за случившееся это вопрос куда болеетонкий. То, что произошло над Хиросимой, проистекало из уравнения, записанногоЭйнштейном за многие годы до этого, но самого уравнения для детальнойинженерной разработки бомбы было не достаточно, -в определенном смысле, оно даже не было «необходимым», поскольку ядерные физикимогли, в принципе, развить нужные технические знания, и не сознавая, что общаякартина взрыва суммарно выражается этим уравнением.

И тем не менее, Эйнштейнуприходилось оправдываться за то, что он оказался связанным со случившимся.Отвечая в 1952 году одной японской газете, он писал: «Мое участие в созданииатомной бомбы сводится к одному единственному поступку: к тому, что я подписалписьмо, направленное президенту Рузвельту». А в 1955 году, в письме кфранцузскому историку, Эйнштейн развил эту тему:

Вы, похоже,считаете, что я, несчастный человек, открыв и опубликовав соотношение междумассой и энергией, сделал тем самым важный вклад... Вы полагаете, что мнеследовало... в 1905 году предвидеть возможность создания атомной бомбы. Однакоэто было решительно невозможным, поскольку осуществление «цепной реакции»основывалось на опытных данных, предвидеть которые в 1905 году было весьмазатруднительно... Даже если бы такое знание уже существовало, попытка утаитьнекий частный вывод из специальной теории относительности выглядела бысмехотворной. Если теория существует, существуют и выводы из нее.

Распространенная уверенность насчет того, что его работа быласвязана с бомбой, основывается, я полагаю, на порождающей благоговейный трепетмысли о том, что, даже не желая создания бомбы, Эйнштейн, в определенномсмысле, предсказал его. Цитаты взяты из книги “Einstein on Peace”, ред. Otto Nathan и Heinz Norden (New York: Simon & Schuster, 1960), pp. 583 and622-23.

Предыдущая статья:Глава 12. На сцену выходит Америка Следующая статья:Глава 14. Как сгорает Солнце
page speed (0.0127 sec, direct)