Īss ievads atombumbas būvēšanā. Kāpēc Krievija izstājās no kodolieroču līguma

Uz Hirosimu 1945. gada 6. oktobrī uzmestās atombumbas “Mazulis” (“Little Boy”) mehāniskās daļas modelis. Vairums ekspertu gan skeptiski izturas pret šīs shēmas patiesumu. Tomēr ieskatu atombumbas uzbūvē tā dod © Ekrānšāviņš

Uzstājoties ar uzrunu Federācijas sapulcei, Putins paziņoja, ka Krievija aptur dalību stratēģisko uzbrukuma ieroču ierobežošanas līgumā. Turpat no tribīnes Putins arī paskaidroja – kāpēc. Tāpēc, ka pašreizējās pretstāves apstākļos pieļaut, ka ASV inspektori ložņā pa mūsu slepenajiem objektiem, esot pilnīgs absurds. Vai viņi mūs par muļķiem tur, Putins uzspēlētā izbrīnā raustīja plecus.

Tā kā Putina vārdiem īsti ticēt nevar, tad uzreiz pēc viņa paziņojuma par izstāšanos no stratēģisko ieroču ierobežošanas līguma dažādu nozaru eksperti mēģināja izskaidrot šī soļa politisko, militāro un ģeostratēģisko būtību. Militārie apskatnieki norāda, ka šis līgums praktiski jau vairākus gadus nedarbojas, tāpēc Putina skaļajam paziņojumam vairāk ir politisks, nevis militārs raksturs. Tāpat daudzu komentētāju izteikumiem cauri vīd vāji slēpts pieļāvums, ka Krievijas kodolarsenāls patiesībā esot tik bēdīgā stāvoklī, ka kauns to ārvalstu inspektoriem rādīt.

Dīvāna ekspertu līmenī izskan versijas, ka tur viss vērtīgais jau sen kā izzagts vai arī tehniski nolietojies. Neaizmirsīsim, ka kopš pēdējiem kodolieroču reālajiem izmēģinājumiem pagājuši vairāk nekā 30 gadu. Arī lielākā daļa raķešu un to kodollādiņu saglabājušies vēl no tiem aizvēsturiskajiem padomju laikiem. Līdz ar to nebūtu brīnums, ja izrādītos, ka šīs raķetes nemaz nekur tālu aizlidot nevar. Šīs runas pastiprina baumas, ka tieši šajās dienās notikuši Krievijas stratēģiskās raķetes “Sarmat” nesekmīgi izmēģinājumi.

Taču pat ja šīs raķetes kaut kur aizlidotu, nav teikts, ka tās noteikti sprāgs. Iespējams, tieši šī versija var izrādīties tuvākā patiesībai. Kāpēc?

Atombumba - ārkārtīgi sarežģīts mehānisms

Daudzi, kas kaut mazliet interesējušies par atombumbas uzbūvi, zina tās vienkāršoto darbības shēmu. Ja divus vai vairākus urāna (smags metāls, līdzīgs dzelzij) izotopa U-235 gabalus savieno, un tiek pārsniegta kritiskā masa (tā atkarīga no U-235 gabala tīrības un ģeometriskās formas. U-235 sfēriskas lodes kritiskā masa ir 52 kg), tad sākās atomu kodolu dalīšanās ķēdes reakcija.

Šīs reakcijas rezultātā atbrīvojas milzīgs enerģijas daudzums un notiek kodolsprādziens. Principiāli nekas nemainās, ja kā kodoldegviela tiek izmantots plutonijs Pu-239. Vienkāršības dēļ šajā rakstā runāsim tikai par urānu - 235. Tāpat neieslīgsim kodolfizikas detaļās.

Atomsprādziena enerģija sadalās aptuveni šādi: 50% - triecienvilnis, 30% līdz 50% - gaismas (siltuma) starojums; 5% - jonizējošais starojums (radiācija); 5% līdz 15% - radioaktīvais piesārņojums. Tātad galvenais atombumbas postošais efekts ir tāds pats kā konvencionālajiem ieročiem, tikai nesalīdzināmi spēcīgāks. Atgādināšu, ka atombumbas jauda, kura 1945. gadā tika uzspridzināta virs Hirosimas, bija 13 kilotonnas trotila ekvivalenta. Tas ir, sprādziena triecienvilnis bija tik spēcīgs, kāds rastos, uzspridzinot 13 000 tonnu trinitrotoluola.

Un tagad pats svarīgākais: bumbas ar kodēto nosaukumu “Mazulis” (“Little Boy”) kodolsprāgstvielas U-235 kopējā masa bija 64 kilogrami, bet reāli kodolreakcijā piedalījās tikai 700 gramu. Pārējie 63 kilogrami dārgā, tolaik ar milzu tehniskām grūtībām bagātinātā U-235 aizlidoja pa gaisu, reakcijā nepiedalījušies. Kas par lietu?

U-235 kritiskā masa ir atkarīga no tā tīrības jeb bagātinājuma pakāpes. Jo lielāks parastā, urāna rūdā pārsvarā esošā U-238 piemaisījums, jo kritiskā masa lielāka. Ja U-235 īpatsvars urāna gabalā ir mazāks par 80%, tad ķēdes reakcija nesāksies ne pie kādas masas. Līdz ar to svarīgi bagātināt urānu, lai iegūtu pēc iespējas augstāku tīrību (parasti - 85%). Taču tā nav atombumbas sarežģītākā tehniskā problēma.

Svarīgākā ir cita. Iedomāsimies, ka mums ir izdevies iegūt pietiekamu daudzumu U-235, lai varētu izveidot kritisko masu. Šo urāna daudzumu mēs, protams, turēsim sadalītu, lai nesāktos spontāna ķēdes reakcija. Taču kā mēs šos atsevišķos gabalus savienosim, lai notiktu atomsprādziens?

Parasti cilvēki, arī es, kad par to jaunībā interesējos, šajā darbībā nekādu problēmu nesaskata. Kur problēma? Paņemam pa urāna gabalam, saliekam tos kopā, un bladāc - puspilsētas vairs nav.

Realitātē viss izskatās pavisam citādi. Ir izmērīts vienas kodolreakcijas ilgums - 7 nanosekundes jeb 7 sekundes miljardās daļas. Tuvinot divas urāna - 235 puslodes vienu otrai, teiksim, ar ātrumu 10 metri sekundē, 7 nanosekundēs tās pārvarētu 0,0000007 milimetrus lielu attālumu. Citiem vārdiem, ārkārtīgi niecīgu, ar aci pat netveramu attālumu. Tas nozīmē, ka, šīm puslodēm tuvojoties, gandrīz jau saskaroties ar gludajām virsmām, tās dažās sekundes miljardajās daļās strauji uzkarstu līdz tūkstošiem grādu un atgrūstos viena no otras ar tādu spēku, ka paspētu reaģēt vien daži U-235 kodoli ar miligramu vai pat vēl mazāku masu. Abi urāna gabali aizlidotu pa gaisu kā parastas metāla puslodes.

Aprēķini rāda, ka, pat tuvinot šīs sagataves vienu otrai ar lielgabala lādiņa ātrumu - kilometrs sekundē, efekts būtu līdzīgs. Tad kā šos U-235 gabalus vienu ar otru sapludināt, lai izveidotos kritiskā masa un šie gabali neizlidotu viens no otra prom, pirms sākusies ķēdes reakcija?

Parasti visos populārzinātniskajos avotos teikts, ka šo problēmu ASV “Manhetenas projekta” tehniķi atrisinājuši samērā vienkārši - ticis izmantots tā dēvētais “mammas” un “papa” savienojums. Tuvinātas tiek nevis puslodes, bet gan viens U-235 gabals ieiet otrā.

Bumbas “Mazulis” iekšienē tika iemontēts kuģa lielgabala stobrs, kura vienā galā bija iestiprināts urāna - 235 cilindrs (paps), uz kuru no stobra otra gala ar parasto artilērijas lādiņu uzšāva tāda paša izmēra urāna - 235 cilindrisku gredzenu (mammu). Tā kā viens metāla cilindrs tika iedzīts otrā, tiem abiem bija daudz grūtāk vienam no otra aizlidot katram uz savu pusi. Tehniski “mamma” ar ātrumu pusotra kilometra sekundē tika uzmaukta virsū nekustīgajam “papam”.

Atgādinu, ka kodoldegvielas masa šajā bumbā bija 64 kilogrami, bet kopējā bumbas masa - 4,4 tonnas. Pamatā šo milzīgo svaru veidoja minētais lielgabala stobrs un tam apkārt papildu metāla stiprinājums, lai konstrukcija pēc iespējas ilgāk, kaut dažas miljonās (ne miljardās) daļas sekundes noturētos kopā.

Lai arī “Mazuļa” lietderības koeficients bija nožēlojami mazs - sprādziena enerģijā pārvērtās tikai nedaudz vairāk par 1% urāna masas - mūsdienu kodolfiziķi visai skeptiski izturas pret šo “mammas” un “papa” modeļa teoriju. Tiek uzskatīts, ka šis, visticamāk, esot viltus modelis, jo šāda konstrukcija, pat iesprostota vairāktonnu metāla čaulā, uzsprāgtu kodolreakcijas pirmajās pārsimt nanosekundēs, kad reakcijā paspētu iesaistīties tikai pārdesmit ķēdes dalīšanās posmu.

Tā kā “Mazulim” tomēr izdevās nodrošināt visai iespaidīgu 13 kilotonnu jaudas sprādzienu, ir pamats domāt, ka konstrukcija bija cita. Runa varētu būt par principu - lode lodē.

Šajā modelī mazākā U-235 lode, kurai jānodrošina kritiskās masas sasniegšana, atrodas lielākas U-235 lodes iekšienē. Noteiktā brīdī šī mazākā lode izplešas (sprāgst tās iekšienē ievietotais spridzeklis), gabali savienojas un tiek iniciēts kodolsprādziens. Šāda konstrukcija nodrošina teorētiski maksimālo saplūšanas efektu. Tai gan ir sava vājā vieta. Ir ārkārtīgi grūti nodrošināt iekšējās lodes vienmērīgu izplešanos ar nanosekunžu precizitāti.

Sprāgstot jebkurai sprāgstvielai, sprādziena ķīmiskā reakcija un tās radītais triecienvilnis izplešas šķietami vienmērīgi uz visām pusēm. Taču situācijā, kad visu nosaka sekunžu un milimetru miljardās daļas, izrādās, ka sprādzienu veidojošā ķīmiskā reakcija nenoris tik vienmērīgi kā gribētos. Lai šo problēmu novērstu, atombumbas iekšējās U-235 lodes izplešanos nodrošina nevis viens, bet vairāki sinhroni iekšējie sprādzieni. Panākt šo sprādzienu sinhronitāti ir ārkārtīgi sarežģīts tehniskais uzdevums, kurš pieprasa īpašu tehnoloģisko precizitāti.

Ko ar to gribu teikt? To, ka atombumba nav kā parastā aviācijas bumba, kura var nogulēt zemē pusgadsimtu, un pietiek tikai iedarbināt detonatoru, lai tā sprāgtu. Atombumba ir sarežģīts, tehnoloģiski jutīgs mehānisms, kura ilgstoša atrašanās aukstās, mitrās šahtās var izraisīt dažādus defektus. Īpaši tad, ja par šo ieroču tehnoloģisko kvalitāti rūpējas Krievijas armijas kareivji un virsnieki, kuri pasaulslaveni ar savu augsto atbildības izjūtu un godprātīgo attieksmi pret sev uzticētajiem pienākumiem.

Būsim reālisti. Skaidrs, ka paļauties uz to, ka Krievijas kodolarsenāls ir nekam nederīgs un zaudējis kvalitāti, nevar. Pat ja tikai katra otrā, katra piektā vai pat tikai katra desmitā atombumba, kas ir Krievijas rīcībā, sprāgtu, tas būtu pietiekami, lai pasaulei tiktu nodarīts pamatīgs posts un ciestu miljoni.

Tomēr, no otras puses, Krievijas bailes no ārvalstu inspektoriem (agrāk taču šīs inspekcijas līguma ietvaros notika) neliecina par lielu pārliecību. Neizskatās, ka Putins ir 100% pārliecināts, ka brīdī, kad viņš nospiedīs nosacīto “sarkano” pogu, notiks tieši tas, uz ko viņš cer un paļaujas. Līdz ar to dalības apturēšana minētajā līgumā netieši norāda uz kodolieroču lietošanas riska samazināšanos, nevis palielināšanos. Kā visa Putina runa Federācijas sapulcē.

Komentāri

“Man jau trīs dienas ir slikta dūša. Vemšana, galvassāpes, bezmiegs. Katru dienu, atverot e-pastu, pirmā doma – vai būs atkal jauns paziņojums no CSDD par 350 eiro sodu vai nebūs? Kopā sods jau sakrājies pāri tūkstotim, tuvojas diviem,” asaras valdīdama, man sūdzas kāda satraukta paziņa. Viņa ir izmisumā.

Svarīgākais