Докладная записка Я.И. Френкеля И.В. Курчатову о содержании беседы с Ф. Жолио-Кюри
Докладная записка Я.И. Френкеля И.В. Курчатову о содержании беседы с Ф. Жолио-Кюри1' 2 В беседе со мной проф. Жолио сообщил мне следующие данные о методе приготовления атомных бомб, использованном американцами. 330 Вместо того чтобы выделять легкий изотоп урана, оказалось проще и прак- тичней изготовлять U239 путем облучения обычного урана нейтронами. Суще- ственную роль при изготовлении этого изотопа играют тяжелая вода и графит (особого сорта). Начало взрыва осуществляется благодаря спонтанному распаду урана. В про- цессе изготовления бомбы утилизируется, в качестве отхода, энергия, выделя- емая ураном, используемая для машин мощностью в 15 тысяч л. с. Я счел неудобным выспрашивать у Жолио подробности, так как полагал, что он сам подробно изложит все, что ему известно, в порядке осуществления помощи, которую он предлагал оказать советским физикам, занимающимся проблемой урана, — в виде консультаций или совместной работы. Так как разрешение вопроса о привлечении Жолио задержалось, то я счи- таю своевременным изложить вкратце те представления и соображения, кото- рые возникли у меня в связи с краткими сведениями, полученными от Жолио, а также отчасти и сообщениями иностранной прессы и радио.3 1. В результате бомбардировки урана (U238) нейтронами возникает сначала изотоп U239, который затем путем двукратной эмиссии электронов превраща- ется в трансурановые элементы нептуний № 93 и плутоний № 94. Последний является, по-видимому, устойчивым по отношению к р-превращению, но не- устойчивым по отношению к делению в гораздо большей степени, чем легкий изотоп урана, распадаясь как спонтанно с не очень большим полупериодом, так и под влиянием нейтронов. Таким образом, плутоний может с успехом заменить легкий изотоп урана (если его деление сопровождается эмиссией вторичных нейтронов). Если при этом эффективное сечение плутония для нейтронов значительно больше, чем у U235, то реакция цепного взрыва может4 развиваться в нем при относительно небольших размерах, начинаясь спонтанным образом. 2. Для того чтобы при изготовлении плутония последний не взрывался, он должен облучаться нейтронами в достаточно диспергированном состоянии. В качестве дисперсной среды, по-видимому, применяется графит (особого сорта, определяемого, вероятно, благоприятными условиями диффузии урана или плутония и тепловыми свойствами). 3. Теплота, выделяющаяся при захвате5 нейтронов диспергированными ато- мами урана (или, вернее, при последующем испускании ими бета- и гамма-лу- чей), нагревает графит до не слишком высоких температур (вероятно, ниже 1 000°) и6 используется, по-видимому7, в «урановых двигателях» для частичной рекуперации энергии, затрачиваемой8, при получении нейтронов, в генерато- ре, питающем циклотрон. 4. Часть нейтронов должна захватываться атомами углерода. Представляет- ся, однако, вероятным, что эффективное сечение для этого процесса несрав- ненно меньше, чем для процесса захвата нейтронов атомами урана; поэтому, несмотря на относительно небольшое количество их в графите, поглощение нейтронов может происходить преимущественно в атомах урана. 5. Источником нейтронов служит, несомненно, тяжелый водород — как это явствует из громадной роли, играемой в процессе изготовления атомных бомб тяжелой водой. Нейтроны возникают при бомбардировке быстрыми дейто- 331 нами (из циклотрона) тяжелого водорода, быть может, растворенного в том же графите, что и уран. 6. Полученный в диспергированном состоянии плутоний концентрируется путем коагуляции, причем эта концентрация должна приводить к его взрыву. Таким образом, эта концентрация должна осуществляться в самой бомбе не- посредственно перед ее взрывом. 7. Я думаю, что концентрированный плутоний играет в атомной бомбе роль детонатора, тогда как основным взрывчатым веществом является обыкновен- ный уран (б[ыть] м[ожет], даже в виде окиси урана). При этом механизм взры- ва совершенно сходен со взрывом обыкновенного устойчивого взрывчатого вещества (как, напр., тол или динамит) под влиянием взрыва какого-нибудь инициирующего ВВ (напр., гремучей ртути или азида свинца). Разница между ними сводится, как известно, к малости энергии активации в последнем случае по сравнению с первым. По той же причине концентрированный плутоний играет роль инициирующего вещества по отношению к обыкновенному урану. 8. Эта аналогия предполагает, что взрыв урана в атомной бомбе, иниции- рованной спонтанно начинающимся5 цепным взрывом относительно неболь- шого количества плутония, имеет не цепной, а чисто тепловой характер. Так как при этом энергии — как активации, так и реакции — примерно в миллион раз выше, чем у обыкновенных ВВ, то и температура, развивающаяся при взрыве урана, должна быть примерно во столько раз больше, т.е. дости- гать5 нескольких миллиардов градусов. Этот вывод подкрепляется расчетом температуры, соответствующей кинетической энергии, с которой разлетаются продукты деления урана, с учетом полного срыва их электронных оболочек и равномерного распределения энергии между этими электронами и ядрами. Таким образом, дальнейшее деление ядер урана обуславливается уже не только и не столько5 резонансными нейтронами, освобождающимися при9 предыдущих процессах деления, сколько столкновениями с основными про- дуктами этого деления и электронами в возникающем электронном газе с тем- пературой порядка миллиардов градусов. 9. Если10 изложенная схема правильна, то представляется вполне возмож- ной замена урана, в качестве основного взрывчатого вещества11, более распро- страненными элементами, напр., висмутом или свинцом, для которых реакция деления (на приблизительно одинаковые дочерние ядра) является экзотермич- ной, отличаясь лишь более высокой энергией активации. Существует указание (Phys. Rev., 1944 г.), что в случае свинца последняя равна 16 миллионам вольт12. Наиболее выгодным детонатором должен оставаться во всех случаях плутоний (хотя его и можно было бы, в принципе, заменить легким изотопом урана). 10. Представляется интересным использовать высокие — миллиардные — температуры, развивающиеся при взрыве атомной бомбы, для проведения син- тетических реакций13 (напр., образование гелия из водорода), которые являют- ся источником энергии звезд и которые могли бы еще более повысить энер- гию, освобождаемую при взрыве основного вещества (уран, висмут, свинец). Чл.-кор. АН Я. Френкель 22.1X45 г. Архив РНЦ «Курчатовский институт», Ф. 1, оп. 1/с, д. 19, л. 8(с об)-9(с об). Автограф. 332 1 Опубликовано // ВИЕТ. 1994. № 2. С. 121-122. 2 Эта докладная записка была направлена И.В.Курчатовым В.А. Махневу 31 октября 1945г. Письмо И.В. Курчатова, с которым была послана записка Я.И. Френкеля, и сама записка Я.И. Френ- келя были 4 ноября 1945 г. направлены В.А. Махневым на рассмотрение Б.Л. Ванникову (АП РФ. Ф. 93, д. 5/45, л. 9). 3 Далее следует очерк, разделяющий текст документа на две части. 4 Далее автором зачеркнуто: иметь место и вписано над строкой: развиваться в нем при. 5 Далее одно слово вписано над строкой. 6 Далее зачеркнуто: минуя. 7 Далее зачеркнуто: в качестве и еще одно слово (неразборчиво). 8 Далее зачеркнуто: для образования и вписано над строкой: при. 9 Далее зачеркнуто: делении и одно недописанное слово (неразборчиво). 10 Далее зачеркнуто: предыд... 11 Далее четыре слова вписаны над строкой. 12 Далее два слова вписаны над строкой. 13 Далее например] вписано над строкой.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Докладная записка Я.И. Френкеля И.В. Курчатову о содержании беседы с Ф. Жолио-Кюри» з дисципліни «Атомна бомба (1945-1954)»
