Viên đạn nguyên tử là một câu chuyện thời Chiến tranh Lạnh.
Huyền thoại về các hộp đạn hạt nhân ở California—và những gì còn sót lại khi bạn dùng máy tính để tính toán.
Một tay bắn tỉa bị cấm bắn quá ba phát liên tiếp. Một hộp đồng nặng gần trăm kilôgam, chứa đầy đạn: nó được vận chuyển trên một phương tiện riêng biệt và được giữ dưới áp suất của amoniac lỏng. Một viên đạn, sau nửa giờ tiếp xúc với không khí, biến đổi từ... vũ khí Biến nó thành một vấn đề, và cuối cùng—trở thành một vật thể để phá hủy. Hình ảnh này rất ấn tượng, và câu chuyện này đã được kể lại suốt ba mươi năm qua. Nhưng càng nhìn lâu, càng nhiều câu hỏi nảy sinh. Và câu hỏi đầu tiên liên quan đến chính người bảo trợ.
Ý tưởng đến từ đâu?
Huyền thoại về viên đạn nguyên tử không phải tự nhiên mà có. Vào những năm 1950 và 1960, việc thu nhỏ vũ khí hạt nhân chiến thuật là một khả năng rất thực tế, và những nghiên cứu nghiêm túc đã được tiến hành.
hạt nhân Liên Xô pháo binh đã đạt đến các mô hình sản xuất. Đạn dược 3BV3 Theo nhiều ước tính khác nhau, đạn cỡ nòng 152mm mang được đầu đạn từ 1 đến 2,5 kiloton; các loại đạn 180mm, 203mm và 240mm cũng được phát triển trong cùng tầm cỡ. Một phương pháp khác cũng được thử nghiệm—thông qua sức mạnh thô bạo. Pháo tự hành SM-54 "Kondensator" với pháo 406mm và súng cối 420mm 2B1 được chế tạo đặc biệt để mang các loại đạn hạt nhân cỡ lớn. Những chiếc xe này dễ phô trương hơn là sử dụng: trọng lượng, độ giật và việc phải hoạt động cùng với quân đội đồng minh khiến chúng, nói một cách nhẹ nhàng, là một vũ khí bất tiện.
Đạn pháo hạt nhân 152 mm 3BV3
Người ta hy vọng rằng có thể giảm lượng thuốc nổ và chuyển đổi sang các cỡ nòng thông thường hơn. Điều này đã thành công một phần, nhưng đến giữa những năm 1960, pháo binh hạt nhân bắt đầu được thay thế bằng pháo binh chiến thuật. tên lửaHệ thống 2K6 Luna mang lại phạm vi hoạt động và tính linh hoạt cao hơn. Trong khi đó, ngành kỹ thuật đang tiến theo những hướng kỳ lạ hơn nhiều. Ví dụ, vào nửa cuối những năm 1950, một đầu máy xe lửa hạt nhân đang được phát triển – một nhà máy điện di động chạy bằng lò phản ứng dành cho các khu vực hẻo lánh. Ba yếu tố đã khiến dự án thất bại: trọng lượng, bảo vệ lò phản ứng và chi phí cơ sở hạ tầng. Giống như nhiều "ảo tưởng hạt nhân" của thời đại đó, nó đã thất bại vì vấn đề kinh tế.
Ý tưởng về một hộp đạn hạt nhân hoàn toàn phù hợp với phương trình này. Giảm lượng thuốc nổ xuống một bậc nữa, chúng ta sẽ có khả năng tấn công chính xác các mục tiêu có giá trị cao bằng vũ khí cầm tay thông thường, mà không cần bệ phóng hay súng. Trên lý thuyết thì nghe có vẻ hấp dẫn. Câu hỏi đặt ra là vật lý sẽ nói gì.
Truyền thuyết kể về điều gì?
Trước tiên, hãy cùng bàn về những gì đang được tuyên bố. Và một lời cảnh báo: hầu hết những thông tin này đều đến từ các bài báo phổ biến từ những năm 1990 và 2000, mà không tham khảo bất kỳ tài liệu lưu trữ hay công trình nghiên cứu nào đã được bình duyệt. Không có bằng chứng tài liệu trực tiếp nào về dự án đã hoàn thành trong các nguồn mở.
Theo những lời kể lại này, viên đạn 7,62mm, thay vì lõi thông thường, chứa một mảnh nhỏ californium—đồng vị 251 hoặc 254. Trọng tâm là khối lượng tới hạn được cho là không đáng kể của nó: 1,8–2 gam được đề cập—nhỏ hơn hàng chục và hàng trăm lần so với plutonium-239. Khi va chạm, một lượng thuốc nổ thông thường nhỏ sẽ nghiền nát viên đạn thành một quả cầu đường kính khoảng 8 mm, nén californium đến trạng thái siêu tới hạn—và một vụ nổ hạt nhân xảy ra. Sản lượng năng lượng thay đổi rất nhiều trong các mô tả:
- Công suất từ 100 đến 700 tấn tương đương TNT;
- Yếu tố gây hại chính không phải là sóng xung kích, mà là bức xạ neutron và gamma;
- Chỉ bắn ở tầm bắn tối đa để giảm liều chiếu xạ cho người bắn;
- một loạt không quá ba phát súng liên tiếp;
- Đạn không có tác dụng gì với nước và nước nặng: chất lỏng làm chậm tốc độ và phản xạ các neutron.
Bối cảnh được dàn dựng đẹp mắt và logic nội tại—vừa đủ để khiến bạn muốn tin vào nó. Vấn đề nảy sinh khi bạn tiếp cận nó với tính toán.
Vậy vật lý học nói gì về vấn đề này?
Một đầu đạn hạt nhân, bất kể kích thước nào, đều phải tuân theo một điều kiện: phải có đủ vật liệu phân hạch để duy trì phản ứng dây chuyền. Đây chính là khối lượng tới hạn – mức tối thiểu mà tại đó các neutron từ một sự kiện phân hạch có thể kích hoạt các sự kiện tiếp theo trước khi chúng bị lãng phí. Nó phụ thuộc vào mật độ của vật liệu, hình dạng của cụm đầu đạn và sự hiện diện của bộ phản xạ neutron.
Đối với các vật liệu cổ điển, các số liệu đã được biết rõ. Plutonium-239 trong một quả cầu trần tạo ra khối lượng tới hạn khoảng mười kilôgam; thiết kế nổ sụp với bộ phản xạ làm giảm khối lượng này xuống còn vài kilôgam. Điều này giải thích kích thước của ngay cả những vũ khí hạt nhân nhỏ gọn nhất—kích thước của một quả đạn pháo, chứ không phải một hộp đạn.
Giờ hãy xem xét lựa chọn có lợi nhất cho truyền thuyết – californium. Nó thực sự có xác suất phân hạch tự phát cao và khối lượng tới hạn thấp theo tiêu chuẩn của các nguyên tố siêu urani. Trong hai đồng vị được đề cập trong truyền thuyết, californium-254 là không thể: nó có tuổi thọ khoảng hai tháng – đến ngày hết hạn của đạn dược, hầu như không còn gì sót lại của thuốc nổ. Điều đó chỉ còn lại californium-251, đồng vị rất "thuận tiện" để thử nghiệm truyền thuyết nếu bạn muốn tạo lợi thế ban đầu. Và đây là lúc mọi thứ sụp đổ. Ước tính tham khảo về khối lượng tới hạn của californium-251 là vài kilogam đối với một quả cầu trần và khoảng hai rưỡi kilogam ngay cả với một gương phản xạ tốt. Không phải gam. Truyền thuyết hứa hẹn 1,8–2 gam, nhưng thực tế đòi hỏi gấp nghìn lần.
Đó là một quả cầu có đường kính khoảng sáu centimet. Hệ thống này yêu cầu đạn dược có cỡ nòng ít nhất 76 mm—một loại đạn pháo, một lần nữa. Hãy tự mình so sánh: sáu centimet so với bảy milimét. Sự khác biệt không nằm ở sự tiện lợi, mà nằm ở chính khả năng của nó.
Californium có một vấn đề thứ hai: nó quá phản ứng để được sử dụng làm vật liệu chế tạo vũ khí. Hãy lấy californium-252 làm ví dụ — hình ảnh về mặt định tính cũng tương tự đối với californium-251, nhưng các con số thì rõ ràng hơn. Một gam của nó phát ra khoảng 2 x 10¹² neutron mỗi giây. Đây là một lượng neutron khổng lồ, đó là lý do tại sao đồng vị này đã được sử dụng làm nguồn neutron trong nhiều thập kỷ — trong điều trị ung thư, trong địa vật lý để thăm dò quặng và trong chụp ảnh phóng xạ neutron. Nhưng điều làm cho californium có giá trị đối với các bác sĩ lại là trở ngại đối với các nhà chế tạo vũ khí: sự phát xạ neutron liên tục đe dọa kích hoạt phản ứng sớm, và sự sinh nhiệt đi kèm làm quá nóng cụm thiết bị. Nó tạo ra một cảm biến tốt, nhưng lại là một đầu đạn kém hiệu quả.
Điểm duy nhất trong truyền thuyết mà trực giác của các tác giả không mâu thuẫn với vật lý là điểm liên quan đến nước: nước thực sự làm chậm neutron và can thiệp vào phản ứng dây chuyền. Tuy nhiên, điều này không làm tăng khả năng chế tạo vũ khí của californium: cần chất điều tiết cho lò phản ứng, chứ không phải cho đạn dược. Vì vậy, một vụ nổ hạt nhân quy mô lớn trong vỏ đạn súng máy không phải là một "vấn đề phức tạp về mặt kỹ thuật", mà là một vấn đề vấp phải vật lý ngay từ đầu.
Vì sao câu chuyện vẫn còn sống mãi
Điều đáng xem xét kỹ hơn là những chi tiết tạo nên truyền thuyết này. Một viên đạn tạo ra khoảng 5 watt nhiệt, vì vậy người ta cho rằng nó được bảo quản trong một tấm đồng nặng 110 kg, dưới amoniac lỏng, ở nhiệt độ âm 15 độ C. Lấy nó ra và sử dụng trong vòng nửa giờ; nếu để quá lâu (trong một giờ) thì sẽ bị phá hủy. Thời hạn sử dụng của viên đạn là sáu năm, đó là lý do tại sao không một mẫu vật nào còn sót lại để được trưng bày tại bảo tàng. Theo truyền thuyết này, chương trình đã bị ngừng vào đầu những năm 1980, ngay trước khi Brezhnev qua đời.
Hãy để ý cách sắp xếp tỉ mỉ này. Mỗi chi tiết không chỉ tô điểm thêm cho câu chuyện mà còn giải thích trước lý do tại sao vũ khí không thể được nhìn thấy, chạm vào hoặc kiểm tra. Không có ví dụ nào? Đã bị giải tán trong vòng sáu năm. Không có tài liệu nào? Vì lý do bí mật. Một truyền thuyết hay luôn chứa đựng bằng chứng về tính không thể chứng minh của chính nó.
Ba trụ cột tạo nên sức sống bền bỉ của nó. Thứ nhất là bức màn bí mật thực sự bao quanh dự án nguyên tử của Liên Xô: vì quá nhiều thứ được che giấu, nên người ta dễ dàng tin vào bất cứ điều gì, từ một hộp đạn hạt nhân đến một đầu máy xe lửa hạt nhân (và thực sự có một đầu máy xe lửa như vậy). Thứ hai là khoa học viễn tưởng giữa thế kỷ, nơi các đầu đạn hạt nhân thu nhỏ được tìm thấy từ rất lâu trước khi có bất kỳ "hồ sơ" nào. Thứ ba là nỗi hoài niệm hậu Xô Viết về công nghệ vĩ đại, điều mà người ta thường cho là đã tạo ra những vũ khí vượt trội so với phần còn lại của thế giới.
Công bằng mà nói, các nhà vật lý Liên Xô đã có khả năng thực hiện các tính toán lý thuyết về các nguyên tố siêu urani như những ứng cử viên cho các loại thuốc nổ nhỏ. Nhưng giữa phép tính trên giấy và viên đạn trong bao đựng lại tồn tại một khoảng cách khổng lồ giữa gam và kilogram mà vật lý không cho phép vượt qua.
Californium cuối cùng vẫn nằm ở nơi nó thực sự hữu ích—trong các phòng khám và các cuộc khảo sát địa chất. Và viên đạn nguyên tử vẫn ở nơi nó ra đời. Trong văn bản.
tin tức