물리학과 폭탄: 소련의 원자 프로젝트
대부분의 경우 일반적인 기술적 문제의 해결책은 이미 알려진 요소의 가장 효과적인 조합을 찾는 것입니다. 열핵폭탄의 생성은 지금까지 완전히 알려지지 않은 과정에 대한 연구를 기반으로 했습니다.
프로젝트에 직접 참여한 사람 중 한 명은 러시아 과학 아카데미 Vladimir Ivanovich Ritus의 해당 회원 인 Lebedev Physical Institute의 직원이었습니다. 그가 참여해야했던 문제에 대한 그의 검토는 저널 Uspekhi Fizicheskikh Nauk에 게재되었습니다. 이 리뷰에서 발췌한 내용을 제공합니다.
1948 년 I.E.가 이끄는 소련 과학 아카데미 물리 연구소에서. 특별 정부 법령에 따라 중수소-삼중 수소 플라즈마의 열핵 폭발 연구에 참여하도록 지시받은 이론가 그룹 인 Tamm. I.E. 탐은 A.D.에 들어갔다. Sakharov, V.L. 긴즈버그, S.Z. Belenky와 Yu.A. 로마노프. 그리고. Ritus는 1951년 XNUMX월 모스크바 주립 대학의 물리학과를 졸업하고 예기치 않게 대학원에서 "두 번째로 파견"된 후 이 그룹에 등장했습니다. 그리고. Ritus는 그것이 운명의 매우 급격한 전환이라고 썼습니다.
수소 폭탄의 생성은 무엇보다도 수소의 무거운 동위 원소 인 중수소의 핵 에너지 사용을 포함합니다. 중수소가 원자 폭탄 폭발에 의해 10keV(1eV = 1,16 × 104도 Kelvin, 곱하기 Boltzmann 상수 k = 1.38 × 10-16 erg deg-1) 정도의 매우 높은 온도로 가열될 때, 열핵 반응
d + d → p + t + 4MeV (1)
d + d→ n + He3+ 3,3 MeV (2)
반응 생성물의 운동 에너지 형태로 에너지(4 MeV 및 3,3 MeV)를 방출합니다. 결과적으로 1kg의 중수소가 연소하는 동안 방출되는 에너지는 1,3kg의 플루토늄 또는 U235가 연소되는 동안 방출되는 에너지와 같습니다. 이 반응에서 형성된 삼중 수소 핵 - 트리톤 t 및 헬륨 핵 He3은 열핵 반응에 들어갑니다.
t + d → n + He4 +17,6 MeV (3)
He3 +d → p + He4 +18,34 MeV (4)
눈에 띄게 더 큰 에너지 방출과 함께 이동합니다. 이는 헬륨의 주 동위원소인 He2의 핵에서 핵자(2p+4n)가 매우 강하게 결합하기 때문이다. 1차 반응을 고려하면 4kg의 중수소가 연소되는 동안 총 에너지 방출이 XNUMX배 증가한다는 사실로 이어집니다.
이론적으로 반응 (3), (4)는 100 keV 정도의 충돌 입자 에너지에서 첫 번째 반응의 유효 단면이 He5 수준의 여기로 인해 공진 거동을 갖는다는 점에서 매우 흥미 롭습니다. n + He4의 질량을 17,7 MeV 초과하는 에너지를 가진 화합물 핵, 두 번째 반응의 단면은 Li260 화합물 핵 수준의 여기로 인해 5 keV 정도의 충돌 입자 에너지에서 p + He4 질량을 18,6 MeV 초과하는 에너지. He5 및 Li5 핵의 공명 수준의 폭이 넓기 때문에 반응 (3), (4)의 단면적도 충돌 입자의 낮은 에너지(~10keV) 영역에서 크게 증가합니다. 결과적으로 dt 반응의 단면적은 dd 반응의 단면적보다 100배 이상 초과합니다. He3d 반응 단면적은 이중 전하를 띤 He3에서 중수소의 더 강한 쿨롱 반발력 때문에 더 약하게 증가합니다.
열핵 반응 속도를 크게 높이기 위해 A.D. Sakharov는 확장을 늦추고 가장 중요한 것은 중수소 농도를 크게 증가시키는 일반 천연 우라늄 껍질로 위에서 설명한 구조의 중수소 층을 둘러 쌀 것을 제안했습니다. 중수소의 열핵 과정의 힘은 처음부터 중수소의 일부가 삼중수소로 대체된다면 크게 증가할 수 있습니다. 그러나 삼중수소는 매우 비싸고 방사성 물질이기도 합니다. 따라서 V.L. Ginzburg는 중성자의 작용으로 삼중수소를 생성하는 Li6를 대신 사용할 것을 제안했습니다. 실제로, 리튬-6 중수소화물(Li6D)을 사용한 열핵 충전은 열핵 에너지 방출보다 몇 배 더 큰 핵분열로 인해 열핵 과정의 힘과 우라늄 껍질로부터의 에너지 방출을 급격하게 증가시켰습니다.
이들은 소비에트 열핵의 첫 번째 버전에 통합된 "첫 번째" 및 "두 번째" 물리적 아이디어(A.D. Sakharov의 용어로)입니다. оружия.
V.I. Ritus와 그의 동료 Yu.A. Romanov, Li6D 사용 아이디어 인 "두 번째 아이디어"에 대한 자세한 연구가있었습니다. 그들은 dt 반응의 단면이 dd 반응의 단면보다 100배 더 크기 때문에 특정 양의 중수소가 삼중수소로 대체되면 에너지 방출이 어떻게 증가할지 궁금해했습니다. 또는 7,3%의 Li6를 포함하는 천연 Li가 주 6번째 동위원소로부터 완전히 정제되지 않아 Li7D의 농도가 LiXNUMXD의 농도와 비슷해지면 어떻게 됩니까? 그들은 해당하는 에너지 방출 계산에 참여했습니다.
Vladimir Ivanovich는 이 주제에 대한 회의에 참여한 것을 회상합니다.
1951년 말경 Yu.B. 사무실에서 Khariton, I.V. 의 참여로 회의가 열렸습니다. Kurchatov는 Li6D 문제에 전념했습니다. KB-11의 초빙된 연구실장과 부서장 중에서 유라와 내가 막내로 밝혀졌다. I.V.를 처음 본 곳이 바로 여기였습니다. 후계자와 함께 도착한 Kurchatov. 즉시 그의 별명 Beard가 천천히 퍼지기 시작했습니다. 사실, 그의 수염은 나에게 적절한 인상을주지 못했습니다. 매우 가늘었습니다. 하지만 잘생기고 총명한 얼굴과 큰 키, 억양이 부족한 사장님의 모습이 기억에 남았다.
물론 Andrei Dmitrievich는 Romanov와 내가 Li6D 문제에 밀접하게 관여했기 때문에 우리를이 회의에 보냈지 만 우리의 모든 결과는 A.D. 자신이 보고했다. 홀은 꽉 찼고 모두가 반원형으로 앉아 있었지만 중앙과 의자 뒤의 공간은 비어있었습니다. Kurchatov는이 여유 공간에서 혼자 걸었습니다. 먼저 Khariton이 그에게보고 한 다음 Sakharov를보고했습니다. 그리고 특히 그런 장면이 있었다. Kurchatov는 내 의자 뒤에서 멈추고 등을 기대고 무언가에 대해 이야기하기 시작했습니다. 그의 수염은 당시 아직 존재하는 내 머리카락에 닿기 시작했습니다. 모두가 나를 쳐다보는 것 같았고 어디로 가야 할지 몰랐습니다.”
1953년 초 KB-11에서는 RDS-6 테스트 준비가 시작되었습니다. 이론물리학자와 실험가 A.D. Sakharov는 테스트 중에 해결해야 할 주요 작업에 대해 말했습니다.
우선 폭발 에너지의 크기, 열핵 반응의 신뢰성 및 과정을 확립하는 것이 필요했습니다. 이를 위해 다음을 측정해야 했습니다.
- 제품에서 반응이 시작되는 순간부터 시작까지의 시간
- γ-선 및 14-MeV 중성자의 플럭스, 이를 기록하면 XNUMX억분의 XNUMX초 내에 제품의 반응 과정을 판단할 수 있습니다.
충격파의 압력과 속도입니다.
- 방사성 구름으로부터의 γ-quanta 플럭스.
블라디미르 이바노비치(Vladimir Ivanovich)는 총 에너지 방출을 14 MeV의 임계값과 함께 반응 F19 + n → 2n + F18을 사용하여 불소 검출기에 의해 검출된 11-MeV 중성자의 총 플럭스와 연관시키도록 지시받았습니다. 폭발 중심에서 서로 다른 거리에 있는 여러 탐지기는 붕괴 반감기가 18분인 불소-112의 β+-방사능을 등록해야 했습니다.
12년 1953월 6,3일 측정 폭발하는 동안 1024 MeV 이상의 에너지로 형성된 11 × 300 개의 중성자가 나왔다는 것을 보여주었습니다. 이 수치는 400~XNUMX킬로톤의 TNT 용량을 가진 다층 전하의 열핵 반응에서 생성되는 예상 총 고속 중성자 수와 잘 일치하는 것으로 밝혀졌습니다.
12년 1953월 400일에 테스트된 "sloika"의 에너지 방출은 XNUMX킬로톤으로 매우 큰 것으로 밝혀졌습니다. 먼저 계산에서와 마찬가지로 두 번째 라이트 레이어에서도 마찬가지입니다. Tamm 그룹에게는 눈부신 성공이었습니다. 즉. 탐과 A.D. Sakharov는 사회주의 노동의 영웅이되었고 매우 큰 스탈린 상, dachas 및 자동차를 받았습니다.
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