Ядра урана 238 также способны делиться, но только под влиянием быстрых нейтронов, имеющих скорость движения приблизительно 20 000 км/сек, но и в этом случае вероятность деления невелика. Гораздо чаще быстрые нейтроны, сталкиваясь с ядрами урана 238, передают им значительную часть своей энергии, начинают двигаться медленнее и уже не могут вызвать деление ядер урана 238. Основное отличие урана 238 от урана 235 заключается в том, что ядра первого могут делиться только под влиянием быстрых нейтронов, в то время как ядра урана 235 и других видов ядерного горючего могут делиться при воздействии как быстрых, так и медленных нейтронов.
Нейтроны в природном уране, замедленные в результате столкновений с ядрами атомов, могут попасть либо в ядра урана 235 и вызвать их деление, либо в ядра урана 238 и поглотиться последними. Так как ядер урана 238 в 140 раз больше, чем ядер урана 235, поглощение нейтронов ураном 238 является весьма вероятным процессом, протекающим одновременно с делением ядер урана 235. Этого урана хотя и мало, зато способность его расщепляться под действием медленных нейтронов очень велика.
Советские ученые Ю. Б. Харитон и Я. Б. Зельдович еще в 1940 году доказали, что именно из-за сильного поглощения нейтронов ураном 238 в природном уране цепная реакция не приводит к взрыву.
Читатель уже знает, что ядра урана и плутония могут делиться не только под влиянием нейтронов, но способны также к самопроизвольному делению, которое тоже сопровождается вылетом нескольких нейтронов. Самопроизвольное деление происходит очень редко — в 1 кг урана в секунду самопроизвольно делится примерно 10 ядер урана. В куске урана 235 или плутония 239 цепная реакция деления при некоторых условиях может возникнуть самопроизвольно.
Какие же это условия?
Дело заключается в том, что малый кусочек ядерного горючего взорваться не может, так как большинство нейтронов, пролетая в промежутках между ядрами атомов, достигает поверхности кусочка урана или плутония, не встретив на своем пути ни одного ядра. В результате бóльшая часть нейтронов вылетает из куска ядерного горючего наружу, и процесс размножения нейтронов не происходит. В большом же куске урана или плутония вылетающие из его центра нейтроны не долетают до поверхности куска и принимают участие в развитии цепной реакции, что приводит к взрыву.
Следовательно, обязательным условием возникновения атомного взрыва является определенный размер куска урана 235 или плутония 239. С целью экономии следует брать кусок такой формы, чтобы при минимальной поверхности объем его был наибольшим.
Такой формой является шар.
Минимальное количество делящегося вещества, в котором может протекать цепная реакция деления, называется критической массой. Чтобы реакция шла вполне успешно, кусок урана 235 или плутония должен быть больше критического.
Величина критической массы заряда зависит от его формы, материала оболочки, конструкции атомной бомбы, вида ядерного горючего и некоторых других факторов. Расчеты показывают, что вес критической массы урана 235, имеющей форму шара, близок, по-видимому, к 1 кг. Для других форм заряда он несколько больше. Однако практически вес ядерного заряда в атомных бомбах больше (от нескольких килограммов до десятков килограммов, в зависимости от калибра бомбы). Нужно также учитывать, что во время взрыва в цепной реакции деления участвует не все делящееся вещество.
Хранить атомный заряд в количестве, равном или превышающем критическую массу, нельзя, так как в нем может возникнуть цепная ядерная реакция (произойти атомный взрыв) под воздействием случайных нейтронов. Поэтому атомный заряд до момента взрыва должен быть разделен на несколько таких частей, чтобы масса каждой из них была меньше критической. Взрыв куска ядерного горючего, обладающего критической массой, может происходить самопроизвольно, так как цепная реакция может начаться под действием нейтронов, всегда имеющихся в некотором количестве и в воздухе и в самом ядерном веществе.
Цепная реакция деления урана была открыта в 1939 году. Вскоре воюющие страны засекретили ведущиеся научные исследования по овладению атомной энергией. В период фашизации Германии и Италии и в годы второй мировой войны многие крупные западноевропейские ученые, в том числе атомники, эмигрировали в Америку. Правительство США привлекло их к выполнению работ по созданию совместно с американскими учеными атомной бомбы. Коллективным трудом этих ученых и была создана первая атомная бомба. Видная роль в этих работах принадлежала итальянскому физику Э. Ферми, умершему в США в конце 1954 года, и немецкому ученому Д. Р. Оппенгеймеру.