For 60 år siden - 29. august 1949 - ble den første sovjetiske atombomben RDS -1 med et deklarert utbytte på 20 kt testet på teststedet Semipalatinsk. Takket være denne hendelsen ble det angivelig etablert strategisk militær likhet mellom Sovjetunionen og USA i verden. Og en hypotetisk krig med katastrofale konsekvenser for Sovjetunionen ble realisert i sin kalde tilstand.
I fotsporene til Manhattan -prosjektet
Sovjetunionen (som, faktisk, Tyskland) hadde all grunn til å bli leder i atomløpet. Dette skjedde ikke på grunn av den store rollen som vitenskapen spilte i ideologien til den nye regjeringen. Kommunistpartiets ledelse, etter forskriftene om det udødelige arbeidet "Materialisme og empirio-kritikk", fulgte engstelig blomstringen av "fysisk idealisme". På 1930 -tallet var Stalin tilbøyelig til ikke å stole på de fysikerne som hevdet at ved hjelp av en viss kjedereaksjon i isotoper av tunge elementer var det mulig å frigjøre enorm energi, men de som forsvarte materialistiske prinsipper i vitenskapen.
Riktignok begynte sovjetiske fysikere å snakke om mulighetene for militær bruk av atomkraft først i 1941. Georgy Nikolaevich Flerov (1913-1990), som før krigen i laboratoriet til Igor Vasilyevich Kurchatov (1903-1960) jobbet med problemet med kjedereaksjonen av uranfisjon, og deretter tjente som løytnant i luftvåpenet, to ganger sendt brev til Stalin der han beklaget "en stor feil" og "frivillig overgivelse av førkrigsstillinger innen forskning innen kjernefysikk". Men til ingen nytte.
Bare i september 1942, da etterretning ble klar over utplasseringen av American Manhattan Project, ledet av Robert Oppenheimer (1904-1967), som vokste ut av aktivitetene til den angloamerikanske urankommisjonen, signerte Stalin et dekret "Om organisasjonen arbeid med uran. "… Det beordret USSR Academy of Sciences "å gjenoppta arbeidet med å studere muligheten for å bruke atomkraft ved fisjon av uran og å sende til State Defense Committee innen 1. april 1943 en rapport om muligheten for å lage en uranbombe eller uranbrensel."
I midten av april 1943 i Moskva, i Pokrovsky-Streshnevo, ble laboratorium nr. 2 opprettet, som inkluderte landets største fysikere. Kurchatov ledet laboratoriet, og den generelle ledelsen for "uranarbeidet" ble opprinnelig tildelt Molotov, men deretter erstattet Beria ham i denne funksjonen.
Det er ganske forståelig at ressursene i Sovjetunionen var uforlignelige med de evnene som statene ikke altfor belastet av krigen. Imidlertid er dette neppe den eneste forklaringen på det store gapet i utviklingsomfanget i Los Alamos og Moskva. 12 nobelprisvinnere fra USA og Europa, 15 tusen forskere, ingeniører og teknikere, 45 tusen arbeidere, 4 tusen stenografer, maskinskrivere og sekretærer, tusen sikkerhetspersonell som sørget for ekstrem hemmeligholdsregime deltok i Manhattan -prosjektet. Det er 80 personer i laboratorium nr. 2, hvorav bare tjuefem var forskningsarbeidere.
Ved slutten av krigen kom arbeidet praktisk talt ikke av banen: I laboratorium nr. 2, så vel som i laboratorier nr. 3 og nr. 4 som ble åpnet tidlig i 1945, ble det søkt etter metoder for å skaffe plutonium ved reaktorer av forskjellige driftsprinsipper. Det vil si at de var engasjert i vitenskapelig, ikke eksperimentell og designutvikling.
Atombombingene av Hiroshima og Nagasaki åpnet faktisk USSR -regjeringens øyne for nivået på trusselen som henger over landet. Og så ble det opprettet en spesiell komité, ledet av Beria, som mottok nødmakter og ubegrenset finansiering. Sløvt forskningsarbeid har blitt erstattet av et energisk innovativt sprang fremover. I 1946 begynte uran-grafittreaktoren som ble lansert i Kurchatov-laboratoriet, å produsere plutonium-239 ved å bombardere uran med langsomme nøytroner. I Ural, spesielt i Chelyabinsk-40, ble det opprettet flere virksomheter for produksjon av våpenklassifisert uran og plutonium, samt kjemiske komponenter som er nødvendige for å lage en bombe.
I Sarov, nær Arzamas, begynte det å bli opprettet en gren av laboratorium nr. 2, kalt KB-11, og ble betrodd utviklingen av designet av bomben og testing av den senest våren 1948. Og i begynnelsen var det nødvendig å lage en plutoniumbombe. Dette valget ble forhåndsbestemt av det faktum at Laboratorium nr. 2 hadde et detaljert diagram over den amerikanske plutoniumbomben "Fat Man" falt på Nagasaki, som ble overlevert til sovjetisk etterretning av den tyske fysikeren Claus Foocks (1911-1988) som deltok i dens utvikling, som holdt seg til kommunistiske synspunkter. Den sovjetiske ledelsen hadde det travelt i møte med anspente forhold til USA og ønsket å få et garantert positivt resultat. I den forbindelse hadde den vitenskapelige lederen for prosjektet, Kurchatov, ikke noe valg.
Uran eller Plutonium?
Det klassiske skjemaet for en kjernekjedereaksjon i isotopen til uran 235U er en eksponentiell tidsfunksjon med base 2. Et nøytron som kolliderer med kjernen til et av atomene, deler det i to fragmenter. Dette frigjør to nøytroner. De delte på sin side allerede to urankjerner. På neste trinn forekommer dobbelt så mange fisjoner - 4. Så - 8. Og så videre, trinnvis, til, igjen, relativt sett, all materie ikke vil bestå av fragmenter av to typer, atommassen er omtrent 95/ 140. Som et resultat frigjøres en enorm termisk energi, hvorav 90% kommer fra kinetisk energi til de flygende fragmentene (hvert fragment står for 167 MeV).
Men for at reaksjonen skal fortsette på denne måten, er det nødvendig at ikke et eneste nøytron er bortkastet. I et lite volum "drivstoff" flyr nøytroner som frigjøres i prosessen med fisjon av kjerner, uten å ha tid til å reagere med urankjerner. Sannsynligheten for forekomst av en reaksjon avhenger også av konsentrasjonen av 235U -isotopen i "drivstoffet", som består av 235U og 238U. Siden 238U absorberer raske nøytroner som ikke deltar i fisjonreaksjonen. Naturlig uran inneholder 0,714% 235U, beriket, våpenklassifisert, det må være minst 80%.
Tilsvarende, om enn med sine egne detaljer, fortsetter reaksjonen i plutoniumisotopen 239Pu
Fra et teknisk synspunkt var det lettere å lage en uranbombe enn en plutoniumbombe. Det var sant at det krevde en størrelsesorden mer uran: den kritiske massen av uran-235, der kjedereaksjonen finner sted, er 50 kg, og for plutonium-239 er den 5,6 kg. Samtidig er det ikke mindre arbeidskrevende å skaffe plutonium av våpenklasse ved å bombardere uran-238 i en reaktor enn å skille uran-235-isotopen fra uranmalm i sentrifuger. Begge disse oppgavene krevde minst 200 tonn uranmalm. Og løsningen deres krevde maksimal investering av både økonomiske og produksjonsressurser i forhold til hele kostnaden for det sovjetiske atomprosjektet. Når det gjelder menneskelige ressurser, overgikk Sovjetunionen over tid USA mange ganger: til slutt var 700 tusen mennesker, for det meste fanger, involvert i opprettelsen av bomben.
"Kid" eller "Fat Man"?
Uranbomben som amerikanerne droppet på Hiroshima og kalte "Kid" ble samlet i en tønne lånt fra en 75 millimeter luftpistol som var boret til ønsket diameter. Det ble lagt seks uransylindere koblet i serie med hverandre med en total masse på 25,6 kg. Lengden på prosjektilet var 16 cm, diameteren var 10 cm. På enden av fatet var det et mål - en hul uransylinder med en masse på 38, 46 kg. Ytre diameter og lengde var 16 cm. For å øke bombens kraft ble målet montert i en nøytronreflektor laget av wolframkarbid, noe som gjorde det mulig å oppnå en mer fullstendig "forbrenning" av uran som deltok i kjedereaksjonen.
Bomben hadde en diameter på 60 cm, en lengde på mer enn to meter og veide 2300 kg. Operasjonen ble utført ved å tenne en pulverladning, som drev uransylindrene langs en to meter tønne med en hastighet på 300 m / s. Samtidig ble borbeskyttelsesskallene ødelagt. På "enden av banen" gikk prosjektilet inn i målet, summen av de to halvdelene oversteg den kritiske massen, og det skjedde en eksplosjon.
Tegningen av atombomben, som dukket opp i 1953 ved rettssaken i saken til ektefellene i Rosenberg, anklaget for atomspionasje til fordel for USSR. Interessant nok var tegningen hemmelig og ble ikke vist for verken dommeren eller juryen. Tegningen ble først avklassifisert i 1966. Foto: Justisdepartementet. Kontor i USA Advokat for det sørlige rettsdistriktet i New York
Militæret, som ble betrodd bekjempelsesbruken av "Malysh", fryktet at ethvert slag hvis det håndteres uforsiktig, kan føre til detonering av sikringen. Derfor ble kruttet lastet inn i bomben først etter at flyet tok av.
Enheten til den sovjetiske plutoniumbomben, med unntak av dens dimensjoner, monterte på bombehulen til den tunge bombeflyet Tu-4 og utløsningsutstyret når atmosfæretrykket til en gitt verdi ble nådd, gjentok nøyaktig "fyllingen" av en annen amerikansk bombe - "Fat Man".
Kanonmetoden for å bringe to stykker halvkritisk masse nærmere hverandre er ikke egnet for plutonium, siden dette stoffet har en betydelig høyere nøytronbakgrunn. Og når brikkene bringes sammen med en hastighet som kan oppnås med sprengningsdemperen, bør det oppstå en kjedereaksjon på grunn av sterk oppvarming, smelting og fordampning av plutonium. Og dette burde uunngåelig føre til mekanisk ødeleggelse av strukturen og frigjøring av uomsatt stoff til atmosfæren.
Derfor, i den sovjetiske bomben, som i den amerikanske, ble metoden for dynamisk komprimering av et stykke plutonium brukt av en sfærisk sjokkbølge brukt. Bølgehastigheten når 5 km / s, på grunn av hvilken tettheten til stoffet øker med 2, 5 ganger.
Den vanskeligste delen av en implosjonsbombe er å lage et system med eksplosive linser, som visuelt ligner en fotballs geometri, som leder energi strengt til midten av et stykke plutonium, på størrelse med et kyllingegg, og klemmer det symmetrisk med en feil på mindre enn en prosent. Videre hadde hver slik linse, laget av en legering av TNT og RDX med tillegg av voks, to typer fragmenter - raskt og sakte. Da en av deltakerne i Manhattan -prosjektet i 1946 ble spurt om utsiktene til å lage en sovjetisk bombe, svarte han at den ville dukke opp tidligst 10 år senere. Og bare fordi russerne vil kjempe lenge om problemet med implosjonens ideelle symmetri.
Sovjetisk "feit mann"
Den sovjetiske bomben RDS-1 hadde en lengde på 330 cm, en diameter på 150 cm og veide 4700 kg. Konsentrisk nestede kuler ble plassert inne i den dråpeformede kroppen med en klassisk X-formet stabilisator.
I midten av hele strukturen var en "nøytronsikring", som var en berylliumkule, inne i hvilken det var en polonium-210 nøytronkilde som var skjermet av et berylliumskall. Da sjokkbølgen nådde sikringen, ble beryllium og polonium blandet, og nøytroner som "antente" en kjedereaksjon ble sluppet ut i plutonium.
Deretter kom to 10-centimeter halvkuler av plutonium-239 i en tilstand med redusert tetthet. Dette gjorde plutonium enklere å behandle, og den nødvendige endelige tettheten var et resultat av implosjon. Avstanden på 0,1 mm mellom halvkulene ble fylt med et gulllag, som forhindret for tidlig penetrasjon av sjokkbølgen inn i nøytronsikringen.
Funksjonen til en nøytronreflektor ble utført av et lag naturlig uran 7 cm tykt og veide 120 kg. En fisjonreaksjon fant sted i den med frigjøring av nøytroner, som delvis ble returnert til et stykke plutonium. Uran-238 ga 20% av bombens kraft.
"Pusher" -laget, som er en sfære av aluminium 11,5 cm tykk og veier 120 kg, var ment å dempe Taylor -bølgen, noe som fører til et kraftig trykkfall bak detonasjonsfronten.
Strukturen var omgitt av et eksplosivt skall 47 cm tykt og veide 2500 kg, som besto av et komplekst system med eksplosive linser fokusert mot midten av systemet. 12 linser var femkantede, 20 var sekskantede. Hver linse besto av vekslende deler av hurtig-detonerende og sakte eksplosiver, som hadde en annen kjemisk formel.
Bomben hadde to autonome detonasjonssystemer - fra å treffe bakken og da atmosfæretrykket nådde en forhåndsbestemt verdi (sikring i høy høyde).
Fem RDS-1-bomber ble produsert. Den første av dem ble sprengt på et deponi nær Semipalatinsk i bakken. Eksplosjonskraften ble offisielt registrert ved 20 kt, men over tid viste det seg at dette var et for høyt estimat. Ekte - på halve nivået. På den tiden hadde amerikanerne allerede 20 slike bomber, og alle krav om likhet var grunnløse. Men monopolet ble brutt.
Ytterligere fire av disse bombene har aldri blitt løftet opp i luften. RDS-3, en original sovjetisk utvikling, ble tatt i bruk. Denne bomben, med sine mindre dimensjoner og vekt, hadde et utbytte på 41 kt. Dette ble spesielt mulig på grunn av forbedringen av fisjonreaksjonen til plutonium ved den termonukleære reaksjonen ved fusjon av deuterium og tritium.
