Преди 60 години - на 29 август 1949 г. - първата съветска атомна бомба RDS -1 с деклариран добив 20 kt беше успешно тествана на полигона в Семипалатинск. Благодарение на това събитие в света се твърди, че е установен стратегически военен паритет между СССР и САЩ. И хипотетична война с катастрофални последици за Съветския съюз се осъществи в студеното му агрегирано състояние.
По стъпките на проекта в Манхатън
Съветският съюз (както и Германия) имаше всички основания да стане лидер в ядрената надпревара. Това не се случи поради голямата роля, която науката изигра в идеологията на новото правителство. Ръководството на комунистическата партия, следвайки предписанията на безсмъртния труд „Материализъм и емпириокритика”, с тревога наблюдава разцвета на „физическия идеализъм”. През 30 -те години Сталин е склонен да се доверява не на онези физици, които твърдят, че с помощта на определена верижна реакция в изотопи на тежки елементи е възможно да се освободи огромна енергия, а на тези, които защитават материалистичните принципи в науката.
Вярно е, че съветските физици започнаха да говорят за възможностите за военно използване на ядрената енергия едва през 1941 г. Георги Николаевич Флеров (1913-1990), който преди войната в лабораторията на Игор Василиевич Курчатов (1903-1960) работи по проблема с верижната реакция на делене на уран, а след това служи като лейтенант във ВВС, изпратен два пъти писма до Сталин, в които съжалява за „голяма грешка“и „доброволно отстъпване на предвоенни позиции в изследванията на ядрената физика“. Но напразно.
Едва през септември 1942 г., когато разузнаването стана известно за разгръщането на Американския проект в Манхатън, ръководен от Робърт Опенхаймер (1904-1967), който произтича от дейността на Англо-американската комисия за уран, Сталин подписва указ „За организацията работа по уран. "… Той нареди на Академията на науките на СССР „да възобнови работата по проучване на възможността за използване на атомна енергия чрез делене на уран и да представи до Държавния комитет по отбраната до 1 април 1943 г. доклад за възможността за създаване на уранова бомба или ураново гориво.."
В средата на април 1943 г. в Москва, в Покровски-Стрешнево, е създадена лаборатория No 2, която включва най-големите физици в страната. Курчатов оглавява лабораторията, а общото ръководство на „урановата работа“първоначално е възложено на Молотов, но след това Берия го замества на тази функция.
Напълно разбираемо е, че ресурсите на Съветския съюз бяха несравними с възможностите, които държавите, които не бяха твърде обременени от войната, притежаваха. Това обаче едва ли е единственото обяснение за огромната разлика в мащаба на развитие, извършена в Лос Аламос и Москва. 12 нобелови лауреати от САЩ и Европа, 15 хиляди учени, инженери и техници, 45 хиляди работници, 4 хиляди стенографи, машинописци и секретари, хиляда служители по сигурността, които осигуряват режима на изключителна секретност, взеха участие в проекта в Манхатън. В Лаборатория No2 има 80 души, от които само двадесет и пет бяха научни работници.
Към края на войната работата практически не излезе от земята: в Лаборатория No 2, както и в Лаборатории No 3 и No 4, открити в началото на 1945 г., се търсеха методи за получаване на плутоний в различни реактори принципите на работа. Тоест те са се занимавали с научни, а не експериментални и дизайнерски разработки.
Атомните бомбардировки на Хирошима и Нагасаки всъщност отвориха очите на правителството на СССР за нивото на заплахата, надвиснала над страната. И тогава беше създаден специален комитет, ръководен от Берия, който получи извънредни правомощия и неограничено финансиране. Бавната изследователска работа е заменена от енергичен новаторски скок напред. През 1946 г. урано-графитовият реактор, стартиран в лабораторията в Курчатов, започва да произвежда плутоний-239 чрез бомбардиране на уран с бавни неутрони. В Урал, по-специално в Челябинск-40, бяха създадени няколко предприятия за производство на оръжеен уран и плутоний, както и химически компоненти, необходими за създаването на бомба.
В Саров, близо до Арзамас, започва да се създава клон на Лаборатория No 2, наречен KB-11, на него е поверено разработването на дизайна на бомбата и нейното изпитване не по-късно от пролетта на 1948 г. И в началото беше необходимо да се направи плутониева бомба. Този избор е предопределен от факта, че в лаборатория No 2 има подробна диаграма на американската плутониева бомба „Дебел човек“, хвърлена върху Нагасаки, която е предадена на съветското разузнаване от германския физик Клаус Фукс (1911-1988), който участва в неговото развитие, който се придържа към комунистическите възгледи. Съветското ръководство бързаше пред напрегнатите отношения със САЩ и искаше да получи гарантиран положителен резултат. В тази връзка научният ръководител на проекта Курчатов нямаше избор.
Уран или плутоний?
Класическата схема на ядрена верижна реакция в изотопа на уран 235U е експоненциална функция на времето с основа 2. Неутрон, сблъсквайки се с ядрото на един от атомите, го разделя на два фрагмента. Това освобождава два неутрона. Те от своя страна вече разделят две уранови ядра. На следващия етап се получават два пъти повече деления - 4. След това - 8. И така, постепенно, докато отново, относително казано, цялата материя няма да се състои от фрагменти от два типа, чиито атомни маси са приблизително 95/ 140. В резултат на това се отделя огромна топлинна енергия, 90% от която се осигурява от кинетичната енергия на летящите фрагменти (всеки фрагмент представлява 167 MeV).
Но за да протече реакцията по този начин, е необходимо нито един неутрон да се губи. В малък обем "гориво" неутроните, освободени в процеса на делене на ядра, излитат от него, без да имат време да реагират с уранови ядра. Вероятността за възникване на реакция също зависи от концентрацията на изотопа 235U в "горивото", което се състои от 235U и 238U. Тъй като 238U абсорбира бързи неутрони, които не участват в реакцията на делене. Естественият уран съдържа 0,714% 235U, обогатен, оръжеен клас, той трябва да бъде поне 80%.
По същия начин, макар и със свои специфики, реакцията протича в плутониевия изотоп 239Pu
От техническа гледна точка беше по -лесно да се създаде уранова бомба, отколкото плутониева. Вярно е, че той изискваше порядък повече уран: критичната маса на уран-235, в който протича верижната реакция, е 50 кг, а за плутоний-239 е 5,6 кг. В същото време получаването на оръжеен плутоний чрез бомбардиране на уран-238 в реактор е не по-малко трудоемко от отделянето на изотопа на уран-235 от урановата руда в центрофуги. И за двете задачи бяха необходими поне 200 тона уранова руда. И тяхното решение изискваше максимални инвестиции както на финансови, така и на производствени ресурси във връзка с цялата цена на съветския ядрен проект. Що се отнася до човешките ресурси, СССР с течение на времето многократно надмина Съединените щати: в крайна сметка в създаването на бомбата участваха 700 хиляди души, предимно затворници.
„Хлапе“или „Дебел човек“?
Урановата бомба, хвърлена от американците в Хирошима и наречена „Хлапе“, е събрана в цев, заимствана от 75-милиметрово зенитно оръдие, пробито до необходимия диаметър. Положени са шест уранови бутилки, свързани последователно един с друг с обща маса 25,6 кг. Дължината на снаряда беше 16 см, диаметърът беше 10 см. В края на цевта имаше мишена - куха уранова бутилка с маса 38, 46 кг. Външният му диаметър и дължина бяха 16 см. За да се увеличи мощността на бомбата, мишената беше монтирана в неутронен рефлектор, изработен от волфрамов карбид, което направи възможно постигането на по -пълно „изгаряне“на уран, участващ във верижната реакция.
Бомбата имаше диаметър 60 см, дължина повече от два метра и тегло 2300 кг. Неговата работа се осъществява чрез запалване на прахов заряд, който задвижва урановите цилиндри по двуметрово барел със скорост 300 m / s. В същото време защитните черупки на бора бяха унищожени. В „края на пътя“снарядът навлезе в целта, сумата от двете половини надхвърли критичната маса и настъпи експлозия.
Чертежът на атомната бомба, който се появи през 1953 г. на процеса по делото на съпрузите Розенберг, обвинени в атомен шпионаж в полза на СССР. Интересното е, че рисунката е тайна и не е показана нито на съдията, нито на журито. Чертежът е разсекретен едва през 1966 г. Снимка: Министерство на правосъдието. Офис на САЩ Адвокат на Южния съдебен окръг на Ню Йорк
Военните, на които беше поверено бойното използване на "Малиш", се опасяваха, че при небрежно отношение всеки удар може да доведе до взривяване на предпазителя. Следователно барутът беше зареден в бомбата едва след излитането на самолета.
Устройството на съветската плутониева бомба, с изключение на нейните размери, монтирано в отсека за бомби на тежкия бомбардировач Ту-4, и спусковото оборудване при достигане на атмосферното налягане на дадена стойност, точно повтаряше „пълненето“на друга американска бомба - "Дебел човек".
Методът на оръдието за приближаване на две парчета полукритична маса един към друг не е подходящ за плутоний, тъй като това вещество има значително по-висок неутронен фон. И когато парчетата се съберат със скорост, достижима с взривния тласкач, преди началото на верижна реакция поради силно нагряване, трябва да настъпи топене и изпаряване на плутоний. А това неизбежно трябва да доведе до механично разрушаване на структурата и освобождаване на нереагирало вещество в атмосферата.
Следователно в съветската бомба, както и в американската, беше използван методът за динамично компресиране на парче плутоний чрез сферична ударна вълна. Скоростта на вълната достига 5 км / сек, поради което плътността на веществото се увеличава с 2, 5 пъти.
Най -трудната част от имплозионната бомба е създаването на система от експлозивни лещи, визуално наподобяващи геометрията на футболна топка, които насочват енергията строго към центъра на парче плутоний, с размерите на пилешко яйце и го стискат симетрично с грешка по -малка от един процент. Освен това всяка такава леща, изработена от сплав от тротил и RDX с добавяне на восък, имаше два вида фрагменти - бързи и бавни. Когато през 1946 г. един от участниците в проекта в Манхатън беше попитан за перспективите за създаване на съветска бомба, той отговори, че тя ще се появи не по -рано от 10 години по -късно. И само защото руснаците ще се борят дълго време по проблема за идеалната симетрия на имплозията.
Съветски "Дебел човек"
Съветската бомба RDS-1 имаше дължина 330 см, диаметър 150 см и тегло 4700 кг. Концентрично вложените сфери бяха поставени вътре в тялото с форма на капка с класически стабилизатор във формата на Х.
В центъра на цялата конструкция имаше „неутронен предпазител“, който представляваше берилиева топка, вътре в която имаше източник на неутрон от полоний-210, защитен от берилиева обвивка. Когато ударната вълна достигне предпазителя, берилий и полоний се смесват и неутроните, „запалващи“верижна реакция, се освобождават в плутоний.
След това дойдоха две 10-сантиметрови полукълба от плутоний-239 в състояние с намалена плътност. Това направи плутония по -лесен за обработка и необходимата крайна плътност беше резултат от имплозия. Разстоянието от 0,1 мм между полукълбите беше изпълнено със слой злато, което предотврати преждевременното проникване на ударната вълна в предпазителя на неутрон.
Функцията на неутронен рефлектор се изпълнява от слой естествен уран с дебелина 7 см и тегло 120 кг. В него се осъществява реакция на делене с отделяне на неутрони, които частично се връщат в парче плутоний. Уран-238 даде 20% от мощността на бомбата.
Слоят "тласкач", който представлява сфера от алуминий с дебелина 11,5 см и тегло 120 кг, е предназначен да намали вълната на Тейлър, което води до рязък спад на налягането зад фронта на детонацията.
Структурата е заобиколена от експлозивна черупка с дебелина 47 см и тегло 2500 кг, която се състои от сложна система от взривни лещи, фокусирани към центъра на системата. 12 лещи бяха петоъгълни, 20 бяха шестоъгълни. Всяка леща се състоеше от редуващи се секции от бързо взривяващи се и бавни експлозиви, които имаха различна химична формула.
Бомбата имаше две автономни системи за детонация - от удара към земята и когато атмосферното налягане достигна предварително определена стойност (предпазител на височина).
Произведени са пет бомби RDS-1. Първият от тях е взривен на депо за отпадъци близо до Семипалатинск в наземно положение. Силата на експлозията беше официално регистрирана на 20 kt, но с течение на времето се оказа, че това е твърде висока оценка. Истински - на половината ниво. По това време американците вече са имали 20 такива бомби и всякакви претенции за паритет са безпочвени. Но монополът беше нарушен.
Още четири от тези бомби никога не са били вдигани във въздуха. RDS-3, оригинална съветска разработка, е пусната в експлоатация. Тази бомба, с по -малките си размери и тегло, имаше добив от 41 kt. Това стана възможно по -специално поради засилването на реакцията на делене на плутоний чрез термоядрената реакция на сливане на деутерий и тритий.
