Atomenerģija un kodoltehnoloģijas: vēsture un pielietojums

2.1.1. Pirmie eksperimenti kodolfizikā. Vēsturiski pirmie eksperimenti kodolfizikā tika veikti ar urāna izotopu 92U235 1930. gadā Vācijā. Tos veica radioķīmiķis Hāns (Otto Hahn) un ķīmiķis Strasmans (Friedrich Wilhelm Strassmann). Viņi mēģināja radīt transurāna materiālu, bombardējot to ar neitroniem. Šajā eksperimentā atklājās, ka urāna atoms dalās divos jaunos neidentificētos elementos un noslēgumā viens no jaunajiem materiāliem tika atpazīts kā 56Ba141. Paradoksāls ir fakts, ka radioķīmiķis Hānas un ķīmiķis Strasmans nemaz neiedomājās par iespējamo ķēdes reakciju. Šajā sakarā ir jāmin ungāru fiziķis Zīlards (Leó Szilárd), kurš teorētiski analizēja kodolreakcijas iespējamību un vēlāk arī praktiski to mēģināja realizēt ar beriliju un indiju, bet šie elementi nespēja radīt ķēdes reakciju. 1936. gadā Zīlards Britu jūrlietu ministrijā patentēja kodolreakciju, patenta numurs GB patents 630726. Vēlāk Zīlards kopā ar Nobela prēmijas laureātu Fermi (Enrico Fermi) patentēja kodolreaktoru, patenta numurs U.S. Patent 2708656 .

Pēc Hāna un Strasmana nozīmīgo atklājumu publicēšanas 1939. gadā pastiprinātā uzmanībā nonāca austriešu fiziķis Maintners (Lise Meitner), kas, strādājot kopā ar radioķīmiķi Hānu, veica eksperimentus ar transurāna materiāliem. Pēc nacistu iebrukuma Austrijā Maintners un fiziķis Frišs (Otto Frisch) emigrēja uz Zviedriju, kur pabeidza darbu, kas saistīts ar urāna bombardēšanas problēmām. Viņi nodemonstrēja ieguvumu no 92U235 dalīšanās reakcijām, kurās iegūst vēl papildus divus neitronus un līdz šim neredzētu enerģijas daudzumu. Tika formulēts, ka atoma kodols dalās divos vieglākos atomos un izdalās miljoniem reizes lielāka enerģija nekā ikvienā līdz šim zināmajā ķīmiskajā vai fizikālajā procesā.

2.1.2. Manhetenas projekts. 1942. gada 2. decembrī Fermi vadībā Čikāgas pētnieciskajā laboratorijā tika radīta pati pirmā vadāmā kodolreakcija. Reakcija norisinājās milzīgā urāna un grafīta sajaukumā. Pirmās vadāmās kodolreakcijas ilgums tika fiksēts 28 minūtes. Pirmos gadus pēc kodolreakciju atklāšanas, tā tika lietota tikai militāriem mērķiem, jo otrais pasaules karš un politiskā elite piespieda fiziķus veikt pētījumus kodolieroču attīstības tehnoloģijās. Militārām vajadzībām tika meklētas iespējas, lai radītu jaunu ieroci, kurā izmantotu kodolreakcijā iegūto enerģiju. Šajā sakarā ir jāmin slepenais Manhetenas projekts (Manhattan Project), kurā iesaistījās Savienotās Valstis, Apvienotā Karaliste un Kanāda. Formāli tika runāts par „Manhetenas Inženieru Iecirkni”, kas darbojās no 1942. līdz 1946. gadam un bija pakļauts Savienoto Valstu armija inženieru korpusam, ko vadīja administrācijas ģenerālis Groves (Leslie Richard Groves) un zinātniskais izpētes direktors, amerikāņu fiziķis Oppenheimers (Robert Oppenheimer). Šim projektam tika piesaistītas vairākas universitātes un radīta Argonas Nacionālā laboratorija (Argonne National Laboratory), kā arī izcili zinātnieki un Nobela prēmija laureāti. Liela loma šajā projektā bija Fermi un Zīlardam. Projekts veiksmīgi noslēdzās ar trīs atombumbu detonāciju. Pirmā no tām bija plutonija un tika detonēta 1945. gada 16. jūlijā Ņūmeksikas štatā, tā ir pazīstama ar nosaukumu „Trejsavienības tests”.