Як створити ядерну бомбу: (цілком серйозний) посібник для тих, кому сподобався "Оппенгеймер"

21 липня 2023 року у світовий прокат вийшов "Оппенгеймер" Крістофера Нолана – історична драма, яка розповідає історію Роберта Оппенгеймера – "батька" найстрашнішої зброї, яку будь-коли створювало людство – атомної бомби. Одразу після прем'єри в мережі почали з'являтися жартівливі тексти про те, як зробити ядерну бомбу.

Жарти-жартами, але OBOZREVATEL розповість про те, як працює атомна бомба та що потрібно для того, аби її створити. Лише не втрачайте голову і не забувайте про головне правило небезпечних експериментів – не намагайтеся повторити це вдома.

Трохи фізики

Попри те, що процес "роботи" ядерної зброї досить простий, без знання термінології він може видатися какофонією. Тож, ось що потрібно знати:

атом – будівельний блок матерії; складається з маленького щільного ядра, оточеного хмарою негативно заряджених частинок – електронів;
ядро – центр атома, який складається з низки позитивно заряджених протонів і нейтральних нейтронів, що не містять заряду.
протони та нейтрони – атоми класифікуються за кількістю протонів і нейтронів у ядрі. Кількість протонів визначає, яким хімічним елементом є атом (наприклад, уран), а кількість нейтронів – яким ізотопом цього елемента є атом (наприклад, уран-235);

ізотоп – ізотопи елемента мають однакову кількість протонів у своїх ядрах, але різну кількість нейтронів;
поділ – процес, під час якого ядро атома розщеплюється на менші частинки, вивільняючи нейтрони та велику кількість енергії.

І, так – атомна і ядерна бомба – це одне й те саме.

Як зробити ядерну зброю

Звісно, намагатися шукати такі речі в інтернеті – не найкраща ідея. Принаймні, якщо ви не хочете познайомитися із представниками ФБР, СБУ чи спецслужбою тієї країни, де ви живете. Але, якщо бути відвертим, наукова складова ядерної бомби не настільки складна, як могло б здаватися. Уся справа в компонентах, які ніколи не опиняться в руках звичайних людей. Змиріться.

Головне у виготовленні ядерної бомби – знайти необхідну масу радіоактивного матеріалу. Усе інше відбудеться саме по собі. Це називається ядерна реакція. На щастя, отримати радіоактивний матеріал – не так вже й просто. Інакше ядерну бомбу мав би кожен навіжений, а не тільки головний із них, що сидить за кривавими стінами Кремля.

Для ядерного пристрою потрібен матеріал, що розщеплюється. В ідеалі це плутоній або уран. У 1945 році Оппенгеймер та інші учасники "Мангеттенського проєкту" створили окремі бомби на основі урану 235 (U-235) і плутонію 239. Їхня дія однакова, то ж ми пояснимо усе на прикладі урану.

Уран – важкий слаборадіоактивний метал, що трапляється в природі. Найпоширенішими ізотопами цього металу є уран 238 (U-238) (99,27% у природному урані) або U-235 (0,72%).

Обидва цих ізотопи є радіоактивним і здатні з часом розпадатися на інші елементи. Але саме U-235 може бути примусово розщеплений під дією нейтронів. Саме це змушує ядерну бомбу "працювати".

Збагачення урану

Але отримати U-235 дуже складно. З кожних 25 000 тонн уранової руди можна отримати лише 50 тонн металу. При цьому менше 1% з них – U-235. Але ви не можете свідомо видобувати лише потрібний вам ізотоп.

Тож доводиться вдаватися до процесу відокремлення U-235 від U-238, який називається збагаченням.

Один із найпоширеніших методів передбачає нагрівання урану до газоподібної форми завдяки взаємодії із фтором. Згодом ця газоподібна форма розкручується у центрифузі на високій швидкості. В процесі розкручування він проходить умовну "фільтрацію" через кілька тисяч дрібнопористих бар'єрів. Це дозволяє розділити уран на два типи.

Внаслідок цього отримується збагачений U-235, а також так званий збіднений уран U-238, який використовується для виробництва звичайної зброї.

Розщеплення урану

Коли атом U-235 поглинає нейтрон і ділиться на два нових атоми, він випускає три нових нейтрони і деяку енергію зв'язку. Два нейтрони поглинаються атомом U-238 та не продовжують реакцію. Однак один нейтрон стикається з атомом U-235, який ділиться, випускаючи два нейтрони та деяку енергію зв'язку. Цього разу уже обидва нейтрони стикаються з атомами U-235, кожен з яких ділиться і випускає від одного до трьох нейтронів, які знову починають свою роботу. Коли розщеплено достатню кількість атомів – виникає ланцюгова ядерна реакція.

Ядерна бомба

Уран, як відомо, використовують не лише для зброї, але й в енергетиці. Для створення ядерного реактора уран має бути збагачений так, щоб 20% його складу становив U-235. Для ядерних бомб ця цифра має бути ближче до 80-90%.

Критична маса збагаченого урану, яка потрібна для створення ядерної бомби, – за різними даними від 40 до 50 кг. Якщо у вас буде замало урану – ланцюгова реакція не призведе до вибуху.

Обережно, це ж бомба!

Звісно, якщо ви не хочете, аби бомба вибухнула у вас у руках, вам потрібно розділити збагачений уран від каталізатора, який запустить ланцюгову реакцію та спровокує ядерний вибух. Тому ядерну бомбу розділяють на кілька окремих частин, які згодом взаємодіють між собою завдяки звичайній вибухівці.

За матеріалами The Guardian та The Atomic Heritage Foundation.

Раніше OBOZREVATEL також розповідав маловідому історію українця, який допоміг Оппенгеймеру створити атомну бомбу.

Підписуйтесь на канали OBOZREVATEL у Telegram, Viber і Threads, щоб бути в курсі останніх подій.