Взламывая технологии

«Тринити» — кодовое название первого ядерного взрыва, который состоялся 16 июля 1945 г. неподалеку от Сокорро, штат Нью-Мексико. В ядре «Штучки», как называли бомбу, находилось 6,2 кг плутония, а также обычная взрывчатка. Энергия взрыва составила 20 000 т в тротиловом эквиваленте, при этом выделилось столько тепла, что песок пустыни расплавился и превратился в светло-зеленое стекло. В следующем месяце две подобные бомбы были сброшены на Японию, убив по меньшей мере 150 000 человек и заставив японцев капитулировать. Так закончилась Вторая мировая война. К счастью, с тех пор ядерное оружие больше не использовалось.

Приручение распада

Незадолго до Рождества 1938 г. немецкие химики Отто Ган и Фриц Штрассман совершили огромный прорыв в науке, впервые расщепив атомы урана нейтронами. На другой стороне Атлантики, в Университете Чикаго, в декабре 1942 г. итальянский физик Энрико Ферми продемонстрировал первую цепную ядерную реакцию. В его реактор Chicago Pile-1 (CP-1) было загружено 5,4 т металлического урана и 45 т оксида урана в окружении графитовых блоков. Эти блоки были необходимы для замедления скорости нейтронов до уровня энергии, необходимого для расщепления урана. СР-1 не произвел много энергии — ее хватило лишь на одну лампочку, — но этого было достаточно для доказательства того, что ядерная реакция может быть контролируемой.

^{Chicago Pile 1 был совершенно секретным объектом, построенным в рамках Манхэттенского проекта. Здесь создавалась атомная бомба, поэтому не существует фотографий этого объекта, только несколько рисунков}

Атомное оружие

В начале 1940-х гг., когда бушевала Вторая мировая война, в США осуществлялся Манхэттенский проект, целью которого было создание атомной бомбы, использующей ядерную энергию. Это можно было сделать двумя способами. Во-первых, можно обогатить уран, то есть убрать из него относительно стабильный изотоп уран-238, что ускоряет цепную реакцию. Второй вариант — выделить из урана до той поры неизвестный радиоактивный элемент плутоний, что делает цепную реакцию более мощной. В 1945 г. огромная мощь цепной реакции второго типа была продемонстрирована способом, который ранее невозможно было представить. В июле 1945 г. в пустыне Нью-Мексико произошло испытание бомбы с плутониевым ядром. В следующем месяце урановая бомба была сброшена на Хиросиму, а плутониевая — на Нагасаки. Президент США Гарри Трумэн счел, что разрушения после взрывов должны дать понять японским лидерам, что они не могут выиграть войну, и тем самым спас союзников от японского вторжения.

Энергетика

После войны ученые задумались о том, как использовать ядерные реакции для получения электроэнергии. В декабре 1951 г. исследовательский реактор EBR-1 в Арко, штат Айдахо, произвел количество электроэнергии, достаточное для питания четырех 200-ваттных лампочек. Основной задачей этого реактора было доказать мнение Ферми о том, что ядерная реакция способна создать больше ядерного топлива. Это получилось, и реактор с плутониевым ядром стал известен как реактор-размножитель. Он не производит большого количества энергии, но ее хватает для снабжения энергией здания, в котором размещается реактор. Первая атомная электростанция открылась в 1954 г. в Обнинске, СССР. Ядерное топливо упаковывается в графит, как это делалось в CP-1. В активную зону реактора вводились металлические управляющие стержни, вбирающие излишки нейтронов. Поднятие управляющих стержней приводило к ускорению ядерной реакции и выделению большого количества тепла.

Сегодня примерно десятая часть мирового производства электроэнергии приходится на ядерные реакторы. В США и Франции этим способом получают бо́льшую часть электроэнергии. Самая большая атомная электростанция (АЭС) — Касивадзаки-Карива, Япония, она производит 8000 МВт электроэнергии.

^{Высокоскоростные частицы, вылетающие из ядерного топлива, при попадании в воду, охлаждающую реактор, порождают жуткое голубое свечение}

Транзистор

Транзисторы — структурные элементы интегральных схем. Это важнейшие компоненты почти всех видов современных электронных устройств, от сотового телефона до кардиостимулятора, компьютера, самолета и телевизора.