Итак, лонгрид по атомным программам разных стран под впечатлением Оппенгеймера. Мне кажется, если вы не очень знакомы с историей физики и создания бомб в частности, куча имен, терминов и событий, к которым делаются очень короткие референсы в кино, будут не очень понятны. Кино очень держит в напряжении (причем процентов на 70 благодаря звуку, этот счетчик гейгера фоном…), но контекст там часто очень по касательной, а с ним куда интересней. Спойлеров никаких нет, чисто история)
Поэтому рассматривайте этот пост как памятку перед (или после) просмотре фильма))
Как я уже говорил, основание для всей современной физики и инженерный мир вокруг нас были заложены в первой половине 20 века, начиная от открытия рентгеновских лучей ээммм Рентгеном в 1895 году, и потом все повалилось как из рога изобилия (опуская много очень важных вещей):
- модель атома резерфорда и гипотеза ядра, 1911 год - до этого атом таки был «неделимым» по сути, что и означает его греческое название. У Резерфорда кстати учились Гамов и Капица, которые потом сыграли свою роль в советской атомной программе.
- 1932 год: открытие нейтрона James Chadwick, без нейтрона никаких цепных реакций, а значит и бомб, не бывает
- 1938 год, немецкий физик Отто Ханс открывает fission (реакцию распада ядер),
- в 1939 о ней узнает Оппенгеймер (в фильме этот момент показан)
- в 1939м же году Эйнштейн посылает письмо Рузвельту о возможности создания атомной бомбы, хотя примерно в это же время про это говорит и Лео Сциллард (его довольно много в фильме), и японские физики (!), и немцы, у которых был целый Гейзенберг
Примерно в это же время начинается активная работа по изучению и разделению изотопов урана (для бомбы подходит только U-235, а в природе 99.9% - U-238), а в 1941 году открывают плутоний, который и используется в большинстве современных бомб.
Что такое fission и почему оно приводит к взрыву? См. Картинку - вы посылаете нейтрон в ядро урана, оно распадается в итоге на пару других элементов, но образует еще три нейтрона плюс энергию. Которые в свою очередь врезаются в другие ядра итп - и у вас чудовищно, экспоненциально происходит выделение огромного количества энергии - вот и взрыв.
Однако, чтобы реакция поддерживалась нужна так называемая критическая масса - если у вас мало урана, то далеко не все нейтроны найдут свое ядро, и реакция затухает, либо протекает вяло, просто нагревая окружающую среду без всякого взрыва. Во время Манхэттенского проекта 2 ученых погибло в опытах так называемых «пощекотать хвост дракона» - цель которых была как раз определить критическую массу плутония. Данные об этих опытах считается что были основной помощью от шпионажа для советского атомного проекта, тк они были очень опасными и долгими.
В сентябре 41го Ферми приходит к Теллеру с идеей Fusion (термоядерной реакцией слияния ядер, с которой носился Теллер весь фильм), но Теллер тогда решил, что это невозможно.
Пропускаем много много интереснейших физических и организационных событий, и в итоге, в 1942 году создается Манхэттенский проект. Более 500 ученых и 50 «расчетчиков» (работавших много с фейнманом и с фон ньюманом, которого в кино почемуто совсем нет) для теоретических расчетов (компьютеров то не было!).
Для сравнения, советский проект тоже создается в 1942 году после нескольких писем от ученых Сталину, последней каплей стало прекращение публикаций от американцев, британцев и немцев в 1942 году по теме ядерной физики. Руководитель Курчатов, но там всего 50 ученых и 2 (двое!!) математиков для расчетов. Неудивительно, что за все время войны советские особо никуда не продвинулись (например, в возможность урановой бомбы Курчатов вообще не верил, а плутониевой занимался только благодаря шпионским данным что это возможно), а настоящая работа началась когда Сталин узнал о бомбежке Хиросимы и малость насрал в штаны. Тогда руководителем атомного проекта сделали Берию и дали неограниченные ресурсы.
Для создания бомбы нужно было грубо решить три проблемы:
-
производство урана и плутония, для этого в Штатах построили несколько реакторов (в ссср сначала один, под Челябинском, тот самый «маяк»), этим в основном занимались показанные в фильме Ферми в Чикаго и его группа
-
дизайн собственно бомбы - как получить критическую массу быстро в момент взрыва? Вокруг этого была основная драма, которая подробно показана в сериале «Манхэттен» (к которому у меня очень много претензий, гораздо лучше книги читать) - было два дизайна:
а) thin man, где кусок урана или плутония выстреливали внутрь оболочки урана или плутония и начиналась реакция. Очень неэффективный дизайн, так как много материала не реагирует в нем, но очень простой, вы можете у себя в гараже собрать. Его даже не испытывали в атомном варианте, а сразу сбросили на Хиросиму с выходом в примерно 15 килотонн. При этом Оппенгеймер предлагал переработать уран из этой бомбы в 4 плутониевых, но военные не согласились. В современном мире не используется, а советские даже не пытались его делать.
б) implosion, или fat man, где шарик плутония очень быстро сжимается взрывом окружающего обычного материала, направленного внутрь. Это дизайн всех современных атомных бомб, но физика самого импложина (буквально, взрыв внутрь, противоположное explosion) оказалась очень сложной. Собственно, большую часть Манхэттенского проекта пытались правильно задизайнить implosion. Теоретическими расчетами там руководил Ханс Бете, который в частности нанял и Фейнмана (смешно показанного в фильме с бонгами, чтобы все сразу поняли)). У бете был конфликт с Теллером (показанный в фильме), после которого Теллера полностью перекинули на водородную бомбу.
- средства доставки - неинтересно, чисто инженерная проблема, но ей много занимались тоже.
Клаус Фукс. В фильме показан чуть ли не главным героем для драматического эффекта - в частности, Оппенгеймер назначает его руководителем группы implosion, чего в реальности никогда не было. Но он был главным источником для советских, это правда, хотя занимал довольно второстепенные роли в проекте. Однако, передал результаты «щекотания дракона» и общий дизайн implosion, что, безусловно сильно помогло.
В итоге, американцы испытали implosion бомбу 16 июля 45го, что отлично показано в фильме (и одна из основных причин почему все рекомендуют смотреть в imax). Эпизод с фейнманом взят из его мемуаров, тоже исторический и классная отсылка тем кто в курсе) - он не стал надевать чёрные очки, тк глаза может повредить только ультрафиолет, а он прекрасно тормозится стеклом.
6го августа сбросили давно готовый thin man на Хиросиму (15 килотонн), а 10го - еще один плутониевый implosion на Нагасаки (21 килотонн). Причем Нагасаки «не повезло» - летели бомбить другую цель, военную, но погода была плохая и сбросили на запасную.
Первая советская атомная бомба была испытана аж через 4 года, в 1949.
Что интересно, и чего многие не знают, американцы до атомных бомб сожгли весь Токио обычными, где погибло примерно столько же человек, сколько при атомных. При всем при этом военное и гражданское правительство Японии не хотело сдаваться даже после Нагасаки, но император вмешался и приказал сдаться, нарушив традиции.
В дальнейшем весь конфликт и трагедия оппенгеймера - в его конфликте с Теллером, отцом американской водородной бомбы. Оппенгеймер считал, что если американцы не будут ее делать, то и ссср не сделает, и мир будет лучше. Теллер считал сильно наоборот. В итоге, Оппенгеймер стал американским «диссидентом», его лишили security clearance и вообще попытались дискредитировать.
И вот здесь я очень рекомендую мемуары Сахарова, отца советской термоядерной бомбы. Он там много рассуждает и про Оппенгеймера, и про Теллера, и про варианты развития событий. По сути, термоядерную ссср сделал без опоры на шпионаж - фукс все еще передавал данные, на основе которой работала группа Зельдовича, но первые идеи были тупиковыми, а Сахаров придумал свои дизайны уже независимо, которые в итоге и стали основой всего современного термоядерного оружия, как и Теллер-Улам в США. То есть, Теллер скорее был прав - если бы сша не стали делать водородную бомбу, СССР бы все равно сделал свою и ни на что это особо не повлияло.
При этом Теллера остракировало все научное сообщество за его роль в «деле оппенгеймера». Но Теллер, например, протестовал против применения атомной бомбы в Японии, а предлагал ограничиться демонстрацией, тогда как Оппи поддержал военных, и только потом стал «пацифистом».
Сахаров же стал советским диссидентом, подобно Оппенгеймеру осознав свою роль «отцовства» но уже водородной бомбы. Причем его то в отличие от Оппенгеймера и сослали реально и лишили вообще всего и при жизни так и не восстановили, в отличие от Оппи, которому Кеннеди вернул все регалии и извинился.
В общем, великие люди, но просто люди, великая история. Если вам интересно, про водородный проект могу отдельный пост написать попозже))
А, и бонусом - забавная фишка про «возгорание атмосферы», которой пропитан весь фильм, тоже выдумана - никто этого не опасался в атомной реакции. Опасались как раз в термоядерной, сильно позже, при взрыве чудовищных 50-мегатонных водородных бомб. Но об этом позже)
Отдельная ирония, упомянутая в фильме, в том, что гитлер, со своей ненавистью к евреям, сам себя обрек. Бомба, как и большая часть физики, - еврейская чуть более чем полностью)
Что читать:
Мемуары Сахарова
Мемуары Юлия Харитона
Мемуары Фейнмана
Оппенгеймер: Atom and Void
„The making of the atomic bomb“ by Richard Rhodes
