Тема 3.1. Світова наука і техніка у 1920–1940-х рр

Електроенергетика, металургія, хімічна промисловість та гірнича справа як основа технічних і технологічних проривів першої половини ХХ ст. Одним з головних напрямків розвитку електроенергетики у першій половині ХХ ст. було підвищення економічності теплових електростанцій, чому сприяло їх районування. Перехід від конденсаційних електростанцій до теплоелектроцентралей (ТЕЦ) сприяв підвищенню економічності всієї паротурбінної установки. ТЕЦ виробляє разом з електроенергією тепло для виробничих і комунально-побутових потреб. Ще однією особливістю розвитку електроенергетики того періоду було підвищення значення гідроелектростанцій, які були більш економічними, ніж теплові. Собівартість електроенергії, виробленої на них, у 4 рази нижча, ніж на теплових.

З 1920-х рр. відбувається створення ліній розподільчих мереж районних станцій. Так, вже 1927 р. їх загальна протяжність у США становила близько 80 тис. км. Зміни в електроенергетиці вплинули на розвиток виробництва електроапаратури. Були створені численні апарати різних систем (реле, вимикачі, запобіжники, конденсатори).

У 40-х рр. ХХ ст. використання заліза та його сплавів складало близько 93% загальних витрат усіх застосовуваних матеріалів. Важливе значення набуло виробництво багатьох марок високоякісної сталі, які мали не тільки високі механічні, але й спеціальні фізичні властивості. У сталь починають додавати легуючі елементи: марганець, вольфрам, нікель, молібден, ванадій, кобальт, титан. Особливого значення набули електротехнічні кремнієві сталі, які почали використовувати для виробництва генераторів і трансформаторів. Для отримання жаростійких сплавів, здатних витримувати температуру до 1200°С, а також нержавіючої сталі почали застосовувати хром. Використання кисневого дуття започаткувало у металургії нову епоху: об’єднання її з хімічною промисловістю та промисловістю будівельних матеріалів. Гази та шлаки, які утворюються під час металургійного виробництва, є сировиною для виробництва цементу, синтезу аміаку, штучного рідкого пального тощо.

У першій половині ХХ ст. зростає виробництво рідких металів: германію, цирконію, ніобію, танталу. Збільшується випуск металів високої чистоти для забезпечення розвитку електроніки і радіотехніки. У кольоровій металургії налагоджується виробництво алюмінію та магнію, а згодом і титану, що було викликано розвитком авіаційної промисловості. Крім того, алюмінієві сплави починають використовуватися в автомобілебудуванні, суднобудуванні, на залізничному транспорті і в електротехніці.

У металознавстві почалося застосування рентгенівських променів. для дослідження атомно-кристалічної будови металів і сплавів. Було доведено, що властивості металів залежать від будови кристалічної решітки, тобто від чітко визначеного порядку, в якому розташовуються атоми твердого тіла. Починаючи з 1921 р., шведські вчені Арне Вестгрен та В. Фрагмен вивчали атомно-кристалічну будову різних сортів заліза. Їхні роботи започаткували розвиток рентгеноструктурного аналізу. Внаслідок цих досліджень була вивчена не лише атомна структура більшості металів та сплавів, але й визначені зміни атомної будови кристалічної решітки під час загартовування та пластичної деформації, а також сформульовані нові положення, що суттєво змінили уявлення про природу сплавів.

Розвиток авіації та автомобілебудування призвів до зростання попиту на продукцію хімічної промисловості (пальне, мастила, нові матеріали). На заводах німецького концерну IG «Farbenindustrie» було налагоджено виробництво синтетичного бензину. Для Німеччини це було вкрай важливо, оскільки власної нафти практично не було, а імпортована задовольняла лише мінімум потреб. Крім того, за кілька місяців до нападу на Польщу у Німеччині розпочалося виробництво синтетичного каучуку.

Особливість гірничої справи у першій половині ХХ ст. полягала у тому, що швидкими темпами зростала електрифікація та механізація шахт, здійснювався перехід до використання відкритих робіт, відбувалося впровадження нових методів розробки родовищ. На розвиток вугільної, нафтової та газової промисловості помітний вплив мали зміни світового паливно-енергетичного балансу. Так, якщо у 1900 р. питома вага кам’яного вугілля в енергетичному балансі становила 90%, бурого вугілля – 4% і нафти – 3,5%, то у 1932 р. частка вугілля скоротилася до 76%, а нафти і природного газу зросла до 22%. Видобуток нафти у 1938–1950 рр. зріс у два рази.

Підвищення попиту на нафту призвело до принципових змін у геофізичних методах пошуку корисних копалин. Так, у магнітометрії починається застосовування магнітної зйомку з літака. Вона полягала у вимірюванні кількості вертикальної складової земного магнітного поля за допомогою аеромагнітометра. Впроваджується також сейсмографія, яка використовує метод відбитих хвиль, які реєструються сейсмографами після вибуху.

У нафтовій промисловості поширилось розвідувальне буріння. 1922 р. радянський учений Матвій Капелюшников створив забійний двигун – турбобур. Принцип його роботи полягав у перетворенні гідравлічної енергії води, яка нагнічувалась до свердловини, у механічну енергію валу турбобура. Турбіна (двигун) розташовується безпосередньо у забої свердловини, завдяки чому не потрібно витрачати потужності на обертання колони бурильних труб. Згодом було створено багатоступеневий турбобур. Крім того, інтенсифікація використання нафтових родовищ відбувалася за допомогою хімічної (кислотної) обробки свердловин. Під землю закачується соляна кислота, яка зменшує спротив просуванню нафти і збільшує її видобуток.

За першу половину ХХ ст. значення природного газу у світовому паливному балансі зросло з 1% до 11%. Для вирішення проблеми зберігання його великих об’ємів у місцях споживання почали використовувати природні печери або старі гірничі виробітки. Газ закачували туди під тиском у 70 атм. і він витісняв ґрунтові води. У Франції у такий спосіб було збудовано сховище на 290 млн³ газу.

Для подальшого розвитку гірничої справи велике значення мало збільшення обсягу відкритих робіт. У вугільній промисловості, наприклад, у такий спосіб видобуток зріс за період з 1919 по 1950 рр. – з 6% до 25% (у Китаї, Польщі, США, Великій Британії, Болгарії, Франції).

Особливості розвитку машинобудування у міжвоєнний період та у роки Другої світової війни. У першій половині ХХ ст. розвиток машинобудування призвів до використання нових технологічних процесів і обладнання. Велике значення почала відігравати електроніка, без якої була неможлива автоматизація галузі, що дозволило перейти до спеціалізованого виробництва типової стандартної продукції.

Відбувався розвиток конвеєрного виробництва, пов’язаний з технічним вдосконаленням парку верстатів. У великосерійному виробництві значного поширення набули токарні напівавтомати. У таких верстатах неавтоматизованими залишалися лише його запуск, операції встановлення й закріплення заготовок та зняття виробу. Так, у 1930-х рр. напівавтомати використовувалися у військовій промисловості Німеччини.

Агрегатні верстати отримали особливе значення у зв’язку з появою й розвитком автоматичних верстатних ліній. Вперше така лінія була застосована англійською компанією Morris Motors у 1924 р. для механічної обробки блоків циліндрів двигунів та інших великих деталей. Вона виконувала 53 операції й обробляла 15 блоків за годину, а обслуговував її лише 21 оператор.

У розвитку технологій машинобудування значного поширення набуло ливарне виробництво, де виявилися дві тенденції. По-перше, з метою підвищення рівня механізації та автоматизації виробництва у цехах почали встановлювати формувальні й піскодувні машини, вибивні прилади, конвеєри та ін. По-друге, значного поширення набули методи досягнення точності відливок. З цією метою використовувалося відцентрове ливарне виробництво, а також застосовувався високий тиск у технологічному процесі.

Виробництво авіаційних і танкових двигунів, потужність яких перевищувала 1000 к.с., висунуло нові вимоги до застосування ливарних технологій. Це призвело до використання методу рафінування й дегазації розплаву (хлорування), продування азотом, заморожування, підвищення щільності ливарних деталей. Одночасно були застосовані й нові сплави, в яких кремній був основним легуючим компонентом. Впровадження методу кристалізації під тиском розв’язало проблему подолання пористості у великих відливках.

Важливим досягненням у галузі металообробки був розвиток електрозварювальних технологій. Вони поширилися у суднобудуванні, авіабудуванні, на залізничному транспорті. 1930 р. в Україні з ініціативи професора Євгена Патона було створено Науково-дослідний інститут електрозварювання Академії наук. В інституті були розроблені методи автоматичного одно- і багатодугового зварювання, засоби підвищення міцності швів. У роки війни Є.Патон керував роботами зі створення технологій зварювання спеціальних сталей. За його участі були запроваджені перші поточні лінії у зварювальному виробництві. Їх застосування значно збільшило виробництво танків та самохідних артилерійських установок, що дало можливість випередити Німеччину та її союзників. У повоєнний час за його проектом було побудовано цільнозварний міст через р. Дніпро у Києві.

Розвиток автомобільної техніки у міжвоєнний період відбувався у двох напрямах: з одного боку, через підвищення ступеня стискання робочої суміші перед її запалюванням конструктори досягали збільшення потужності двигуна; з другого, відбувалося вдосконалення конструкції самих автомобілів. Так, у 1930-х рр. концерни Ford (США), Daimler-Benz (Німеччина), FIAT (Італія) почали встановлювати на своїх автомобілях 6- та 8-циліндрові двигуни потужністю понад 200 к.с.

У виробництві й використанні тракторів промислового і сільськогосподарського призначення новий етап розпочався у 1937 р., коли був створений гідравлічний підйомник, що започаткувало масове використання навісних пристроїв.

У період між світовими війнами танк пройшов складний шлях розвитку й у роки Другої світової війни став важливим елементом військової техніки. Були створені танки, у яких значно зросла надійність роботи агрегатів і механізмів у порівнянні з бойовими машинами часів Першої світової війни. З’явилися спеціальні конструкції дизельних і карбюраторних двигунів, які відповідали особливостям їхнього застосування. У арміях багатьох країн були створені моторизовані та бронетанкові війська.

Під час війни основними типами бойових машин стали середні й важкі однобаштові танки. Крім того, використовувалися саперні, радіотехнічні, вогнеметні танки, самохідні артилерійські установки (САУ) великих калібрів, а також бронетранспортери різних типів і призначення.

У роки війни якість танкової броні покращувалась значно швидше, ніж за два попередні десятиліття. Якщо на 1939 р. вона в середньому становила 15–40 мм, то під час війни застосовувалася броня 100 мм і більше: на німецькому важкому танку Т-VІ «Тигр» (Pzkpfw VI Ausf E «Tiger I») фірми Henschel конструкції Ервіна Адерса випуску 1942 р. та самохідній протитанковій гарматі «Elefant» («Фердинанд») Фердинанда Порше, радянських ИС-2 конструкції Жозефа Котіна та Т–34-85 Михайла Кошкіна та Олександра Морозова.

У 1920–1940-х рр. авіація розвивалася прискореними темпами. Зростали швидкість, висота і дальність польоту. Ці якості забезпечувалися надійністю двигунів, інших конструкційних елементів та обладнання. Відбувся перехід від біпланів до монопланів, що дало змогу застосувати низько розташоване крило великого поперечного розрізу і конструкцію прибирання шасі у польоті. Це підвищило швидкість літаків на 20% без збільшення потужності двигуна. Під час створення монопланів починають застосовувати легкі міцні алюмінієві сплави.

Збільшення швидкості літаків відбувалося в основному за рахунок підвищення потужності двигунів як повітряного, так і водяного охолодження. З початку 1920-х рр. у конструкцію авіадвигунів постійно вносилися вдосконалення: почали застосовувати редуктори для зміни числа обертів гвинтомоторної групи, використовуються спеціальні сталі й алюмінієві сплави, здійснюється форсування шляхом наддуву.

У міжвоєнний період були створені науково-дослідні установи, які успішно розв’язували принципові проблеми авіації. Так, засновником теорії флаттера (некерованих коливань крила і стабілізатора) був радянський учений Мстислав Кєлдиш. На підставі наукових досліджень і експериментів під його керівництвом були розроблені тимчасові норми міцності літаків, що дало змогу подолати флаттер.

Під час війни швидкість американського винищувача P-51 B Mustang, радянських Ла-7 конструкції Семена Лавочкіна та Як-3 Олександра Яковлєва, британського Spitfire Mk.XIV, німецького «Messerschmitt» Bf-109К перевищила 700 км/код. Для досягнення більших швидкостей потрібно було значно підвищувати потужність двигуна, а це призводило до зростання його розмірів і ваги, що, у свою чергу, знижувало потужність гвинтомоторної групи. Можливості поршневих двигунів були вичерпані. Їм на зміну прийшли реактивні, які, за однакових розмірів і ваги, мали набагато більшу потужність.

Розвиток цивільної авіації у міжвоєнний період мав на меті передусім підвищення надійності і комфортабельності авіаперевезень. У Європі, Північній Америці та Японії з’явилися зручні для пасажирів аеровокзали, бетоновані злітно-посадкові смуги і літаки, які обслуговували регулярні авіалінії. Так, у 1930-ті рр. у США компанія Douglas створила пасажирський двомоторний літак D С-3. Він мав швидкість 346 км/год, дальність – 2400 км і брав на борт 25 пасажирів. Це був надійний і досить поширений літак свого часу. Його військово-транспортний варіант Douglas С-47 випускався великими партіями й постачався у роки війни всім союзникам США.

У 1930–1940-х рр. у Сполучених Штатах над створенням гвинтокрилів працювали конструктори Ігор Сікорський і Франк Пясецький, а у Великій Британії – фірма Bristol. Першим найбільших успіхів досягнув І. Сікорський, який створив декілька вертольотів з одним ротором. Деякі з них були прийняті на озброєння американської армії й взяли учать у війні.

У міжвоєнний період бурхливий розвиток авіації дещо змінив пріоритети у галузі військового суднобудування і висунув на перший план побудову авіаносців. Авіаносці – це військові кораблі, у яких верхня палуба має мінімум надбудов і є злітно-посадковою смугою для літаків. Винищувачі, легкі бомбардувальники, торпедоносці знаходились на нижніх палубах і ліфтами подавались на верхню, з якої злітали за допомогою парових катапульт і йшли на виконання бойових завдань. Під час посадки літака застосовувалися спеціальні амортизатори, які значно скорочували його пробіг. Американські «Ентерпрайз» та «Ченанго», британський «Індомітебл», японські «Хійо» та «Дзуньо» були типовими представниками цього класу кораблів.

Створення реактивної авіації та ракетної техніки. Ідея створення прямоточних реактивних двигунів не раз висувалась у різних країнах світу, але найбільш оригінальними були роботи французького вченого Рене Лорена. У Німеччині розробкою аналогічних двигунів займався Ейген Зенгер. Ці експерименти показали, що двигуни такого типу ефективно використовувати лише за умов досягнення великих швидкостей, оскільки повітря у камеру згоряння потрапляє безпосередньо з атмосфери.

У ході Другої світової війни німецька армія застосовувала реактивні літаки-снаряди (крилаті ракети) Фау-1 (V-1, Fi-103). Проект крилатої ракети був розроблений конструкторами Робертом Луссером (фірма «Fieseler») і Фрітцем Госслау («Argus Motoren»). Обидві фірми запропонували спільно проект Fi-103 Технічному управлінню Міністерства авіації у липні 1941 р. Швидкість 656 км/год Фау-1 забезпечував пульсуючий (бензин А-80 подавався у камеру згоряння періодично) повітряно-реактивний двигун «Argus» As 014 конструкції Пауля Шмідта.

У 1930-ті рр. у багатьох країнах провадилися роботи зі створення турбореактивних двигунів (ТРД). Їх особливістю є те, що газова турбіна приводить у дію компресор, який нагнічує повітря у камеру згоряння. Гази, які в ній утворюються, використовуються для створення реактивної тяги.

1931 р. англійський конструктор Френк Уіттл запатентував досить потужний, а головне – надійний ТРД. У травні 1941 р. піднявся у повітря літак фірми Gloster, на якому стояв цей двигун. У жовтні декілька британських спеціалістів переїхали до США для продовження роботи з ТРД у концерні General Electric. Восени 1942 р. здійснив перший політ реактивний американський літак Airacomet, споряджений двома двигунами Уіттла. Фірма Gloster, використавши накопичений досвід, у березні 1943 р. створила двомоторний літак Gloster Meteor. Британці використовували його для боротьби з Фау-1.

З 1943 р. у Німеччині пішов у серію винищувач Ме-262 конструкції Вільгельма Мессершмітта з двома ТРД Juмо-004В з тягою 1050 кг кожний. Моторесурс цього двигуна не перевищував 25 год. Швидкість літака становила 868 км/год. Ме-262 застосовувалися для боротьби зі стратегічною авіацією союзників і нанесення ударів по наземним військам.

Напередодні й у роки війни проводились інтенсивні роботи з третім типом реактивних двигунів – рідинно-реактивним (РРД). Його особливістю є те, що він разом з паливом несе весь запас окислювача, а не забирає необхідне повітря з атмосфери. У США над створенням РРД працював професор Р. Годдард; у Німеччині – конструктори Вінклер і Рідель; у СРСР – В. Глушко, Ф. Цандер.

З 1942 р. В.Мессершмітт і Олександр Ліппіш розпочали роботи зі створення німецького винищувача з РРД – Ме-163 «Komet». Було побудовано 300 машин (9 перемог над літаками союзників).

Після війни новим етапом у розвитку реактивної авіації було подолання звукового бар’єру. Під час наближення швидкості літака до швидкості звуку повітря перед ним настільки ущільнюється, що різко зростає його опір і одночасно падає підіймальна сила крила. Для розв’язання цієї проблеми були використані теоретичні напрацювання в аеродинаміці великих швидкостей вченого Сергія Чаплигіна. Для подолання звукового бар’єру були застосовані тонкі, з гострим профілем стріловидні крила. У 1947 р. експериментальний американський літак Bell Х-1 перевищив швидкість звуку.

Але найкращі свої якості РРД виявили під час запусків балістичних ракет. Так, вже у березні 1942 р. відбувся перший старт німецької ракети А-4 конструкції Вернера фон Брауна. До кінця літа 1944 р. проходило доведення цієї моделі на полігоні у Пенемюнде (на Балтиці). 18 вересня відбувся перший запуск на Лондон. Балістична ракета отримала назву V-2 (від «зброя помсти» – Фау-2), хоча технічна А-4 також залишилась. Двигун одноступеневої Фау-2 конструкції Вальтера Тіля працював на 75% етиловому спирті (3 т) та зрідженому кисні (5,5 т), розвивав тягу 25,4 т (270 кН) і мав потужність 500 тис. к.с., що забезпечувало ракеті швидкість до 1700 м/с (6120 км/год), дальність у 320 км і висоту траєкторії до 90 км. Двигун, паливні баки та ємності з окислювачем розташовувались у 14-метровому корпусі діаметром 1,65 м. Стартова маса ракети становила 12900 кг.

У міжвоєнний період продовжувалися роботи над вдосконаленням ракетних систем на твердому паливі. У 1938–1941 рр. в СРСР у Реактивному науково-дослідному інституті (РНДІ) І. Гвай, В. Галковський, А. Павленко, А. Попов створили багатозарядну пускову установку, змонтовану на вантажному автомобілі ЗИС-6. У березні 1941 р. були проведені успішні полігонні випробування БМ-13 (бойова машина 132-мм снарядів). 21 червня, за кілька годин до нападу Німеччини на СРСР, було підписано урядову постанову про початок їх серійного виробництва.

Під час війни були створені різні варіанти реактивного снаряда і пускових установок: БМ-13-СН (зі спіральними направляючими, що значно збільшувало точність стрільби); БМ-8-48 (армійський варіант авіаційної РС); М-31 (калібр 310 мм).

Німецькі конструктори займалися розробкою реактивної артилерії на твердому паливі з початку 1930-х рр. З літа 1941 р. частини Вермахту, які діяли на Східному фронті, почали застосовувати 6-ствольний 150-мм реактивний міномет «Nebelwerfer» («Димовий гранатомет»).

США та Велика Британія під час війни також створили реактивні системи залпового вогню. Американські інженери на башті танка М4 Sherman змонтовали пакет з 60 трубчатих направляючих калібру 4,5 дюйма (114 мм). На озброєнні британської армії знаходилася 32-ствольна реактивна установка великої потужності Land Matress.

Електроніка – крок у майбутнє. Початок атомної ери. Розвиток радіотехніки у міжвоєнний період характеризувався переходом до коротких хвиль (10–80 м), а згодом і до метрових. Відбувалось вдосконалення радіоприймачів на основі нової схеми регенеративного прийому за методом Едвіна Армстронга. Всі ці винаходи і вдосконалення призвели до створення регулярного радіомовлення (1920).

Важливою галуззю застосування радіо у 1930-ті рр. була радіолокація – визначення за допомогою радіохвиль місцезнаходження невидимої цілі. У 1934–1935 рр. британський дослідник іоносфери Роберт Уотсон-Уатт розпочав роботи з визначення рухомих цілей і відстані до них. Ці дослідження призвели до створення перших у Великій Британії зразків радіолокаційної апаратури.

З 1936 р. на східному узбережжі Англії почали споруджуватися радіолокаційні станції, які використовували хвилі довжиною 4 м. Вони засікали об’єкти на відстані до 75 миль, що допомагало королівським ВПС досить успішно вести боротьбу з німецькою авіацією та крилатими ракетами Фау-1.

У 1920-х рр. починаються роботи з передачі зображення без дротів і з’являється термін «телебачення». У наступному десятилітті електронно-променеві трубки повністю витіснили у телевізійних приймачах механічні системи. Розпочався період електронного телебачення. 1929 р. американський винахідник Володимир Зворикін створив променеву трубку з електростатичним фокусуванням, яку він назвав кінескопом. Поворотним пунктом у розвитку цієї галузі було створення телевізійної трубки з накопиченням електричних зарядів – іконоскопу, який дав можливість отримати телевізійне зображення значної чіткості.

У 1930-х рр. наукова та інженерна думка наблизилася до винайдення електронних обчислювальних машин. У 1936 р. німецький інженер Конрад Цузе отримав два патенти на зберігання машинних команд у тій самій пам’яті, де зберігались інші дані, випередивши появу ідеї, яка згодом отримала назву «архітектура фон Неймана». У 1941 р. він створив обчислювальну машину Z3, яка працювала досить надійно, оскільки використовувала двійкову систему, була побудована на телефонних реле, керувалася програмою, що зберігалася на перфорованій стрічці, мала арифметику з плаваючою комою, а умовні переходи були відсутні.

У роки Другої світової війни управління німецьким флотом і, зокрема, підводними човнами здійснювалося за допомогою кодувального приладу Enigma. Для розшифрування закодованих радіограм потрібно було зробити велику кількість обчислень, проведених зразу ж після перехоплення. З цією метою уряд Великої Британії фінансував створення електронного лампового комп’ютера Colossus Mk І. Специфікацію для машини робила група фахівців під керівництвом професора Макса Ньюмена. Його практичне використання почалося з 1943 р. Але Colossus не став базою для подальшого розвитку комп’ютерної техніки, оскільки розпорядженням прем’єр-міністра В. Черчилля був засекречений на наступні 30 років.

1937 р. американський учений Клод Шеннон довів, що існує взаємна однозначна відповідність між концепціями булевої логіки і деякими електронними схемами, що отримали назву «логічні вентилі», які й сьогодні використовуються у цифрових комп’ютерах. Шеннон довів, що електронні зв’язки і перемикачі можуть бути аналогами виразів булевої алгебри.

1939 р. Джон Атанасов і Кліффорд Беррі з Університету штату Айова розробили Atanasoff-Berry Computer (ABC) – електронний цифровий комп’ютер, конструкція якого нараховувала 300 електровакуумних ламп, а в якості пам’яті було використано спеціальний барабан. Наступного року співробітник Bell Labs Джордж Стібітс створив хоча й простішу, але надійнішу машину, яка знайшла практичне застосування.

1943 р. Джон Мочлі і його помічник Дж. Преспер Екерт за фінансової підтримки уряду розпочали конструювання для потреб американської армії комп’ютера ENIAC. Роботи над машиною тривали до закінчення війни. Вона важила 30 т, споживала 140 кВт електроенергії і складалася з 18000 електровакуумних ламп та 20 регістрів, кожний з яких міг вміщувати 10-ти розрядне десятичне число. Перевага ENIAC полягала у тому, що він був набагато швидший за будь-який комп’ютер свого часу.

Джон фон Нейман, проаналізувавши праці своїх попередників, створив проект комп’ютера EDVAC, в якому і програма, і дані зберігаються в єдиній універсальній пам’яті. Принципи побудови цієї машини отримали назву «архітектура фон Неймана». Вони склали основу для розробки гнучких універсальних комп’ютерів, першими з яких були створений у Манчестерському університеті у 1948 р. Baby та EDSAC Моріса Уілкса з Кембриджського університету, що запрацював наступного року.

Якісні зміни у 1920–1940-х рр. відбулись у ядерній фізиці, що призвело до створення атомної галузі. Відносно завершивши вивчення оболонки, увага вчених зосередилась на дослідженні ядра атома. 1932 р. англійський фізик Джеймс Чедвік відкрив, що при бомбардуванні берилію альфа-частинками з’являються нові елементарні частинки (нейтрони), які разом з протонами (ядрами атомів водню) складають атомне ядро (до цього передбачали, що атом складався лише з протонів та електронів). Цей процес був першим джерелом нейтронів, які у подальшому мали важливе значення для розвитку атомної техніки.

Того ж року англійські вчені Джон Кокрофт і Ернст Уолтон здійснили першу ядерну реакцію за допомогою штучно прискорених протонів. На початку 1934 р. подружжя Фредерік та Ірен Жоліо-Кюрі відкрили штучну радіоактивність при бомбардуванні пластини алюмінію альфа-частинками. Атоми алюмінію при цьому перетворювались в атоми фосфору, але не звичайні, а радіоактивні, які, у свою чергу, перетворювалися у стійкий ізотоп кремнію. Одночасно з подружжям Жоліо-Кюрі італійський учений Енріко Фермі спостерігав штучну радіоактивність, викликану бомбардуванням нейтронами деяких елементів. Після перших дослідів штучні радіоактивні ізотопи були відкриті у значної кількості хімічних елементів. У 1930-х рр. їх було відомо вже понад 200.

1939 р. німецькими ученими Отто Ганом і Фріцем Штрассманом було повідомлено про відкриття нового явища – поділу атомних ядер урану під дією повільних нейтронів. Невдовзі було встановлено, що це явище відбувається за законом ланцюгової реакції. Нейтрони, які потрапляють в ядра урану з атомною вагою 235, не тільки руйнують їх, але й за певних обставин викликають появу нових нейтронів, які, у свою чергу, руйнують наступні ядра урану, і таким чином забезпечують проведення ланцюгової реакції з виділенням енергії.

У 1940–1941 рр., з огляду на загрозу нападу Німеччини на Англію, британські вчені активно працювали над створенням атомної бомби. Внаслідок цілої низки експериментів вони розробили конкретні пропозиції з отримання урану-235 методом газової дифузії. Імперський комітет начальників штабів рекомендував уряду надати пріоритет саме атомному проекту. Але у той час британська економіка, використовуючи всі можливі матеріальні й людські ресурси, напружено працювала на зміцнення обороноздатності країни. Це спонукало уряд Великої Британії шукати тісної співпраці з США у створенні атомної зброї.

Для керівництва американською атомною програмою восени 1941 р. була створена Вища політична група. 6 грудня, за день до нападу японського флоту на Перл-Харбор, президент Ф. Рузвельт ухвалив рішення про прискорення робіт з атомної програми і створення атомної бомби раніше за інші країни. У 1942/43 фінансовому році уряд виділив 54 млн. доларів на виробництво речовин, що розщеплюються, й затвердив проект будівництва дослідних промислових установок. 18 червня 1942 р. у складі інженерних військ армії США для координації зусиль з виробництва атомної зброї була створена організація «Манхеттенський проект», яку очолив бригадний генерал Л. Гровс.

2 грудня 1942 р. у металургійній лабораторії Чикагського університету, яка була філією «Манхеттенського проекту», група вчених під керівництвом лауреата Нобелівської премії Енріко Фермі вперше здійснила контрольовану ланцюгову реакцію й довела можливість отримання плутонію в уранграфітових котлах. Після цього успіху «Манхеттенському проекту» були надані привілеї у питаннях постачання. Він отримав 1250 т уранової руди, яка ще 1940 р. була таємно вивезена з Конго до Нью-Йорку.

Вже з травня 1945 р. керівництво США здійснювало тиск на генерала Гровса та керівника Лос-Аламоської лабораторії, де виготовлялися атомні бомби, Роберта Оппенгеймера, з метою максимального прискорення завершальних робіт.

16 липня 1945 р. в пустельному районі штату Нью-Мексико, неподалік авіабази Аламогордо був здійснений перший експериментальний атомний вибух. Його сила була еквівалентна 15-20 тис. тонн тринітротолуолу. Генерал Гровс виконав головне завдання президента на даному етапі: вибух було здійснено за день до початку конференції керівників держав Антигітлерівської коаліції у Потсдамі під Берліном. Президент США Г. Трумен 25 липня 1945 р. віддав наказ генералу Спаатсу, командуючому стратегічною авіацією США, про атомне бомбардування Японії.

У ніч на 6 серпня екіпаж переобладнаного бомбардувальника B-29 з 509 авіагрупи під командуванням полковника П. Тіббетса вилетів з бази на о. Тініан у Тихому океані на японське місто Хіросіму. О 8 год. 15 хв. за місцевим часом бомба «Малюк» була скинута на парашуті й через кілька хвилин над містом здійнявся атомний гриб. 9 серпня друга бомба – «Товстун», – еквівалентна 20 тис. тонн тринітротолуолу, була скинута на м. Нагасакі. Загальна кількість загиблих після двох атомних бомбувань становила понад 300 тис. осіб.

Загалом, у 1920–1940-ті рр. розвиток техніки відбувався на основі зростаючої ролі фізико-математичних і природознавчих наук, передусім математики. Водночас успіхи фізики визначалися розвитком техніки, а цей взаємозв’язок прискорював науково-технічний прогрес.