атомный век

Открытия и изобретения эпохи атома в фотографиях.  

Jumbo - трейлер, доставлявший плутоний к месту первых испытаний ядерного оружия - «Тринити»

Век, в котором мы живем, называют «атомным». С какой исторической точки ведет он свой отсчет? С момента создания рентгеновской трубки? Или открытия радиоактивности? Или, может быть, с ядерного взрыва в Хиросиме, продемонстрировавшего страшную разрушительную силу атома? Единого мнения по этому вопросу не существует. «Атомный (ядерный) век» - скорее хронологическое обобщение, чем определенный исторический период. Но бесспорно, освоение энергии атома – одно из величайших достижений человечества. Мы предлагаем вам совершить краткий экскурс в прошлое, остановившись на важнейших вехах этого пути открытий и изобретений.

Ирен Жолио-Кюри и Фредерик Жолио в лаборатории		Искусственные радиоизотопы Первая «рукотворная» ядерная реакция была проведена в 1919 году английским физиком Эрнестом Резерфордом, который облучил ядра азота-14 альфа-частицами и получил изотопы кислорода-17. Однако эти элементы существуют в природе. А вот Ирен Жолио-Кюри и Фредерик Жолио стали первыми учеными, которые получили новый, доселе не существовавший на Земле изотоп (фосфор-30), облучая альфа-частицами алюминий. Впоследствии было получено множество искусственных радиоизотопов, многие из которых нашли свое применение в медицине, геологии, археологии, космической технике и других областях.  Синтезируя все новые и новые элементы (на данный момент их известно 118, хотя официально признаны не все), ученые, возможно, уже вплотную подобрались к «острову стабильности», и скоро откроют устойчивые сверхтяжелые элементы, которые не будут распадаться, едва появившись на свет.

Эта фотография - единственная, которая была сделана во время строительства первой «поленницы».		Ядерный реактор Первый ядерный реактор, получивший название «Чикагская поленница-1» (CP-1) был построен и запущен в 1942 году под руководством Энрико Ферми.  Основная цель его разработки – получение плутония-239 для использования при создании ядерного оружия. Первая научная статья о реакторе была опубликована лишь спустя 10 лет, после снятия секретности. CP-1 продемонстрировал возможность проведения управляемой самоподдерживающейся ядерной реакции и стал первым в ряду ядерных реакторов, которые используются на атомных электростанциях, подводных и надводных судах, в научных целях и для получения радиоактивных изотопов.

Дирижабль, разрушенный ударной волной от взрыва в ходе ядерных испытаний в Неваде, США. 1957 г. Дирижабль (без людей на борту) находился в пределах 8 км от эпицентра в целях изучения влияния таких поражающих факторов, как ударная волна и тепловое излучение от взрыва.		Атомная бомба В 1945 году мир убедился, что атомная энергия таит в себе чудовищную разрушительную силу: вскоре за испытаниями ядерного оружия последовало его применение. Японские города Хиросима и Нагасаки были сметены с лица Земли. Лишь 4 года спустя ядерная монополия США была нарушена: СССР испытал атомную бомбу РДС-1. В ходе «ядерной гонки» были накоплены десятки тысяч ядерных боеголовок. Видеоролик, посвященный хронологии ядерных испытаний, наглядно демонстрирует нарастание темпов этой гонки, в ходе которой судьба нашей цивилизации висела на волоске.

		Атомная электроэнергия Колоссальную энергию, выделяющуюся в ходе цепной реакции деления ядер урана в реакторах, предназначенных для получения оружейного плутония, отводили с помощью системы водяного охлаждения. Но вместо того, чтобы сбрасывать нагретую воду в водоемы, её можно превращать в пар, вращающий турбину электрогенератора… Впервые идею атомной электростанции воплотили в городе Обнинске. Обнинская АЭС заработала в 1954 году и прослужила 48 лет, не только вырабатывая электроэнергию, но и являясь базой для научных исследований и экспериментов.  В настоящее время на долю атомных электростанций приходится около 11% вырабатываемой в мире энергии, по всему земному шару работает более четырех сотен реакторов. Другая технология утилизации ядерной энергии - радиоизотопные генераторы - была освоена еще в 1913 году, когда британский физик Генри Мозли догадался использовать электроны, излучающиеся при бета-распаде заключенного в посереберенную сферу радия, для создания разности потенциалов между серебряным слоем и электродом, содержащим радиевую соль.  Радиоизотопные источники используются для питания космических аппаратов и других установок, которые должны долгое время сохранять автономность и энергонезависимость - от маяков до кардиостимуляторов.

«Нет недуга, который бы устоял перед могучей излечивающей силой Радия» (Рекламное объявление, 1914 г.) Счетчик Гейгера помогает отследить эффект от принятого пациенткой «атомного коктейля» с радиоактивным йодом, который был получен с помощью Брукхейвенского реактора (США)		Радионуклиды в медицине Первым радиоактивным фармацевтическим препаратом стал радий. Его способность разрушать раковые клетки, оказывая положительное воздействие при онкологических заболеваниях кожи, была замечена вскоре после открытия этого элемента в 1898 г. Следует отметить, что увлечение «радиоактивным целительством» в какой-то момент вышло за рамки здравого смысла (с точки зрения современного человека): радиоактивные элементы, считавшиеся безусловно полезными, использовались в составе многих косметических средств и продуктов питания, красок и медикаментов. Однако в малых дозах и при соблюдении должной осторожности некоторые радиоактивные изотопы (например, фосфор-32, кобальт-60) и сегодня используются в терапии онкологических заболеваний. А радиоактивные изотопы элементов, участвующих в метаболизме человека, искусственно введенные в организм, позволяют отслеживать ход различных биологических процессов и диагностировать их нарушения.

		Атомоход В середине прошлого века появилось множество проектов по использованию ядерной энергии в транспортных целях. Так, в 1958 году появился атомный концепт-кар Ford Nucleon, разрабатывались атомные локомотивы, атомные танки, атомные самолеты и ядерные ракетные двигатели. В 1954 году в США было завершено строительство первой в мире атомной подводной лодки (USS Nautilus), которая в 1958 году стала первым кораблем, своим ходом достигшим Северного полюса. Первым надводным судном с ядерной силовой установкой стал советский ледокол «Ленин», первые ходовые испытания которого состоялись в 1959 г.

Термоядерные испытания «Licorne» на французском полигоне Муруроа, 1970 г.		Водородная бомба Термоядерное оружие, использующее колоссальную энергию, выделяющуюся при реакции ядерного синтеза лёгких элементов в более тяжёлые, позволяет добиться гораздо более высокой мощности взрыва, чем ядерное оружие. Первый термоядерный заряд («Ivy Mike»), взорванный в 1952 г. на одном из полигонов в США, произвел взрыв мощностью 10-12 мегатонн в тротилловом эквиваленте, но это устройство трудно было назвать бомбой: конструкция массой около 74 тонн, включавшая в себя «холодильник» для жидкого дейтерия, не могла быть использована в качестве оружия. Первое термоядерное устройство, способное поместиться в бомбардировщик, было испытано в СССР в 1953 году. Бомба РДС-6с из-за своей конструкции, в которой чередовались слои термоядерного (в котором идут реакции синтеза) и ядерного (расщепляющегося) материала, получила название «слойка». Мощность взрыва составила 400 килотонн (в 20 раз больше, чем при взрыве первой атомной бомбы). Самая мощная (58 мегатонн) за всю историю человечества бомба была взорвана Советским союзом в 1961 году.

Генератор (умножитель) конструкции Кокрофта-Уолтона, который использовался для придания начального ускорения протонам, которые затем разгонялись с помощью ускорителя AGS (Брукхейвенская национальная лаборатория, США) Кольцевой ускоритель-коллайдер Tevatron Компактный мюонный соленоид (детектор элементарных частиц) Большого адронного коллайдера		Ускорители частиц Первые «ядерные» эксперименты по изучению строения атома обходились без ускорителей частиц: источником альфа-частиц служили нестабильные изотопы, при распаде которых ядра гелия-4 приобретали необходимую энергию в электрическом поле родительского ядра.  Первые ускорители заряженных частиц появились в начале 1930-х годов. В 1931 г. Эрнест Лоуренс сконструировал первый циклотрон. Его диаметр был чуть больше 10 см, а энергия разогнанных им протонов едва достигала 80 кэВ. В 1932 г. Джон Кокрофт и Эрнест Уолтон использовали каскадный генератор постоянного напряжения, чтобы разогнать протоны до энергии около 1 МэВ и направить их на мишень из лития-7, запустив ядерную реакцию с образованием альфа-частиц. Это были первые представители двух конструктивных групп, на которые можно и сейчас разделить все ускорители заряженных частиц (линейные и циклические ускорители). Среди них – множество установок, различных как по мощности, так и по назначению. Ускорители, помимо научного значения, играют роль в терапии различных заболеваний, используются при промышленном получении специфических материалов методом инжекции примесей, для стерилизации продуктов питания, в дефектоскопии и других областях. Самый крупный из них – Большой адронный коллайдер – представляет собой кольцо длиной почти 27 км и способен разогнать протоны до энергии 4 ТэВ.

Токамак Т-3 - тороидальная установка с внешним радиусом 1 м и внутренним радиусом 0,2 м. Крупнейший в мире действующий экспериментальный термоядерный реактор JET с внешним радиусом 2.96 м и внутренним радиусом 1.25 - 2.10 м (комбинированное изображение плазмы и «холодной» камеры)		Термоядерный реактор Управляемый термоядерный синтез рассматривается как потенциальный источник практически неисчерпаемого количества электроэнергии. Однако запустить стабильную самоподдерживающуюся термоядерную реакцию – непростая задача, на решение которой могут уйти долгие годы. Первые шаги к заветной цели были сделаны еще в середине прошлого века, когда советскими физиками были заложены теоретические основы строительства термоядерных реакторов. Строительство первого прообраза токамака (ТМП – тор с магнитным полем) завершилось в 1954 году, однако устойчивое термоядерное излучение плазменного шнура и значительная температура плазмы были зарегистрированы лишь в 1968 году на реакторе Т-3. Сегодня конструкция, разработанная советскими учеными, легла в основу международного проекта экспериментального термоядерного реактора ITER. Возможно, он позволит ученым сделать решающий шаг к решению проблем термоядерной энергетики, о которых ПМ писала в статье «Звезды на земле», знаменуя очередную веху на пути прогресса в «атомном веке».