För 60 år sedan - den 29 augusti 1949 - testades framgångsrikt den första sovjetiska atombomben RDS -1 med ett deklarerat utbyte på 20 kt på testplatsen Semipalatinsk. Tack vare denna händelse påstås strategisk militär paritet mellan Sovjetunionen och USA ha etablerats i världen. Och ett hypotetiskt krig med katastrofala konsekvenser för Sovjetunionen förverkligades i dess kalla aggregat.
I fotspåren på Manhattan -projektet
Sovjetunionen (liksom Tyskland) hade all anledning att bli ledare i kärnvapenloppet. Detta hände inte på grund av den stora roll som vetenskapen spelade i den nya regeringens ideologi. Kommunistpartiets ledning, efter föreskrifterna om det odödliga arbetet "Materialism och empirio-kritik", såg oroligt på blomningen av "fysisk idealism". På 1930 -talet var Stalin benägen att inte lita på de fysiker som hävdade att det med hjälp av en viss kedjereaktion i isotoper av tunga element var möjligt att frigöra enorm energi, utan de som försvarade materialistiska principer inom vetenskapen.
Det var sant att sovjetiska fysiker började tala om möjligheterna för militär användning av kärnkraft först 1941. Georgy Nikolaevich Flerov (1913-1990), som före kriget i laboratoriet för Igor Vasilyevich Kurchatov (1903-1960) arbetade med problemet med kedjereaktionen av uranfission och sedan tjänstgjorde som löjtnant i flygvapnet, två gånger skickade brev till Stalin där han beklagade "ett stort misstag" Och "frivilligt överlämnande av förkrigstidens positioner inom forskning inom kärnfysik". Men förgäves.
Först i september 1942, när underrättelsen fick kännedom om utplaceringen av American Manhattan Project, ledd av Robert Oppenheimer (1904-1967), som växte fram ur den angloamerikanska urankommissionens verksamhet, undertecknade Stalin ett dekret "Om organisationen av arbete med uran. "… Den beordrade Sovjetunionens vetenskapsakademi "att återuppta arbetet med att studera genomförbarheten av att använda atomenergi genom klyvning av uran och att senast den 1 april 1943 överlämna en rapport om möjligheten att skapa en uranbomb eller uranbränsle."
I mitten av april 1943 i Moskva, i Pokrovsky-Streshnevo, skapades laboratorium nr 2, som omfattade landets största fysiker. Kurchatov ledde laboratoriet, och den allmänna ledningen av "uranarbetet" tilldelades till en början Molotov, men sedan ersatte Beria honom i denna funktion.
Det är ganska förståeligt att Sovjetunionens resurser var oförliknliga med den kapacitet som staterna inte alltför belastade av kriget. Detta är emellertid knappast den enda förklaringen till den stora klyftan i utvecklingsskalan i Los Alamos och Moskva. 12 Nobelpristagare från USA och Europa, 15 tusen forskare, ingenjörer och tekniker, 45 tusen arbetare, 4 tusen stenografer, maskinskrivare och sekreterare, tusen säkerhetspersonal som säkerställde regimen för extrem sekretess deltog i Manhattan -projektet. Det finns 80 personer i laboratorium nr 2, varav endast tjugofem forskare.
I slutet av kriget gick arbetet praktiskt taget inte av marken: i laboratorium nr 2, liksom i laboratorier nr 3 och nr 4 som öppnades i början av 1945, sökte man metoder för att erhålla plutonium vid reaktorer av olika driftsprinciper. Det vill säga, de var engagerade i vetenskaplig, inte experimentell och designutveckling.
Atombomberna i Hiroshima och Nagasaki öppnade faktiskt Sovjetunionens regering för nivån för hotet som hänger över landet. Och sedan skapades en särskild kommitté, ledd av Beria, som fick nödbefogenheter och obegränsad finansiering. Trögt forskningsarbete har ersatts av ett energiskt innovativt steg framåt. År 1946 började uran-grafitreaktorn som lanserades i Kurchatov-laboratoriet att producera plutonium-239 genom att bombardera uran med långsamma neutroner. I Ural, i synnerhet i Chelyabinsk-40, skapades flera företag för tillverkning av vapen-uran och plutonium, samt kemiska komponenter som är nödvändiga för att skapa en bomb.
I Sarov, nära Arzamas, började en gren av laboratorium nr 2 skapas, kallad KB-11, han anförtrotts utvecklingen av bombens design och dess testning senast våren 1948. Och i början var det nödvändigt att göra en plutoniumbomb. Detta val förutbestämdes av det faktum att Laboratorium nr 2 hade ett detaljerat diagram över den amerikanska plutoniumbomben "Fat Man" tappad på Nagasaki, som överlämnades till sovjetisk underrättelse av den tyska fysikern Claus Foocks (1911-1988) som deltog i dess utveckling, som höll fast vid kommunistiska åsikter. Sovjetledningen hade bråttom inför spända relationer med USA och ville få ett garanterat positivt resultat. I detta sammanhang hade den vetenskapliga ledaren för projektet, Kurchatov, inget val.
Uran eller Plutonium?
Det klassiska schemat för en kärnkedjereaktion i isanopen av uran 235U är en exponentiell tidsfunktion med bas 2. En neutron som kolliderar med kärnan i en av atomerna delar den i två fragment. Detta frigör två neutroner. De i sin tur delar redan två urankärnor. I nästa steg inträffar dubbelt så många klyvningar - 4. Sedan - 8. Och så vidare, inkrementellt, tills, igen, relativt sett, all materia inte kommer att bestå av fragment av två typer, vars atommassor är cirka 95/ 140. Som ett resultat frigörs en enorm termisk energi, varav 90% tillhandahålls av den kinetiska energin i de flygande fragmenten (varje fragment står för 167 MeV).
Men för att reaktionen ska fortsätta på detta sätt är det nödvändigt att inte en enda neutron slösas bort. I en liten volym "bränsle" flyger neutroner som frigörs vid klyvning av kärnor ut ur det utan att ha tid att reagera med urankärnor. Sannolikheten för att en reaktion inträffar beror också på koncentrationen av 235U -isotopen i "bränslet", som består av 235U och 238U. Eftersom 238U absorberar snabba neutroner som inte deltar i klyvningsreaktionen. Naturligt uran innehåller 0,714% 235U, berikat, vapenklass, det måste vara minst 80%.
På samma sätt, om än med sina egna detaljer, fortsätter reaktionen i plutoniumisotopen 239Pu
Ur teknisk synvinkel var det lättare att skapa en uranbomb än en plutoniumbomb. Det krävdes visserligen en storleksordning mer uran: den kritiska massan av uran-235, där kedjereaktionen äger rum, är 50 kg, och för plutonium-239 är den 5,6 kg. Samtidigt är det inte mindre mödosamt att få plutonium av vapenskvalitet genom att bombardera uran-238 i en reaktor än att separera uran-235-isotopen från uranmalm i centrifuger. Båda dessa uppgifter krävde minst 200 ton uranmalm. Och deras lösning krävde maximal investering av både finansiella och produktionsresurser i förhållande till hela kostnaden för det sovjetiska kärnkraftsprojektet. När det gäller mänskliga resurser överträffade Sovjetunionen med tiden USA många gånger: i slutändan var 700 tusen människor, mestadels fångar, inblandade i skapandet av bomben.
"Kid" eller "Fat Man"?
Uranbomben tappades av amerikanerna på Hiroshima och kallades "Kid" samlades i en fat lånad från en 75 millimeter luftvärnskanon uttråkad till erforderlig diameter. Det lades sex urancylindrar kopplade i serie med varandra med en total massa på 25,6 kg. Projektilens längd var 16 cm, diametern var 10 cm. I slutet av tunnan fanns ett mål - en ihålig urancylinder med en massa av 38, 46 kg. Dess ytterdiameter och längd var 16 cm. För att öka bombens kraft monterades målet i en neutronreflektor av volframkarbid, vilket gjorde det möjligt att uppnå en mer fullständig "förbränning" av uran som deltog i kedjereaktionen.
Bomben hade en diameter på 60 cm, en längd på mer än två meter och vägde 2300 kg. Dess drift utfördes genom att tända en pulverladdning, som drev urancylindrarna längs en tvåmeters fat med en hastighet av 300 m / s. Samtidigt förstördes de borskyddande skalen. Vid "slutet av vägen" kom projektilen in i målet, summan av de två halvorna översteg den kritiska massan och en explosion inträffade.
Ritningen av atombomben, som uppträdde 1953 vid rättegången i fallet med Rosenbergs makar, anklagad för atomspionage till förmån för Sovjetunionen. Intressant nog var ritningen hemlig och visades varken för domaren eller juryn. Ritningen avklassificerades först 1966. Foto: Justitiedepartementet. USA: s kontor Advokat för södra rättsliga distriktet i New York
Militären, som anförtrotts stridsanvändningen av "Malysh", befarade att varje slag som kunde hanteras vårdslöst kunde leda till detonering av säkringen. Därför laddades krutet in i bomben först efter att planet lyft.
Enheten för den sovjetiska plutoniumbomben, med undantag för dess dimensioner, monterades på bombrummet för den tunga bombplanen Tu-4 och utlösningsutrustningen när atmosfärstrycket av ett visst värde uppnåddes, upprepade exakt "fyllningen" av en annan amerikansk bomb - "Fat Man".
Kanonmetoden för att föra två bitar av halvkritisk massa närmare varandra är inte lämplig för plutonium, eftersom detta ämne har en betydligt högre neutronbakgrund. Och när bitarna sätts samman med en hastighet som kan uppnås med sprängningsdämparen, före starten av en kedjereaktion på grund av stark uppvärmning, bör smältning och avdunstning av plutonium inträffa. Och detta borde oundvikligen leda till mekanisk förstörelse av strukturen och frisläppande av oreagerad substans i atmosfären.
Därför användes i den sovjetiska bomben, som i den amerikanska, metoden för dynamisk komprimering av en bit plutonium med en sfärisk chockvåg. Våghastigheten når 5 km / s, på grund av vilken ämnets densitet ökar med 2, 5 gånger.
Den svåraste delen av en implosionsbomb är att skapa ett system med explosiva linser, som visuellt liknar en fotbolls geometri, som riktar energi strikt till mitten av en plutoniumbit, storleken på ett kycklingägg, och klämmer den symmetriskt med en fel på mindre än en procent. Varje sådan lins, tillverkad av en legering av TNT och RDX med tillsats av vax, hade dessutom två typer av fragment - snabbt och långsamt. När 1946 en av deltagarna i Manhattanprojektet fick frågan om möjligheterna att skapa en sovjetisk bomb, svarade han att den skulle dyka upp tidigast tio år senare. Och bara för att ryssarna kommer att kämpa länge om problemet med implosionens idealiska symmetri.
Sovjetiska "Fat Man"
Sovjetbomben RDS-1 hade en längd av 330 cm, en diameter på 150 cm och vägde 4700 kg. Koncentriskt kaplade sfärer placerades inuti den droppformade kroppen med en klassisk X-formad stabilisator.
I mitten av hela strukturen fanns en "neutronsäkring", som var en berylliumkula, inuti vilken det fanns en polonium-210 neutronkälla som skyddades av ett berylliumskal. När chockvågen nådde säkringen blandades beryllium och polonium, och neutroner som "antänder" släpptes en kedjereaktion ut i plutonium.
Därefter kom två 10 centimeter halvklot av plutonium-239 i ett tillstånd med reducerad densitet. Detta gjorde plutonium lättare att bearbeta, och den nödvändiga slutliga densiteten var resultatet av implosion. Avståndet på 0,1 mm mellan halvklotet fylldes med ett lager guld, vilket förhindrade för tidig inträngning av chockvågen in i neutronsäkringen.
Funktionen av en neutronreflektor utfördes av ett lager av naturligt uran 7 cm tjockt och väger 120 kg. En klyvningsreaktion ägde rum i den med frigörandet av neutroner, som delvis återfördes till en bit plutonium. Uran-238 gav 20% av bombens kraft.
"Pusher" -skiktet, som är en sfär av aluminium 11,5 cm tjock och väger 120 kg, var tänkt att dämpa Taylor -vågen, vilket leder till ett kraftigt tryckfall bakom detonationsfronten.
Strukturen omgavs av ett explosivt skal 47 cm tjockt och väger 2500 kg, som bestod av ett komplext system av explosiva linser fokuserade mot mitten av systemet. 12 linser var femkantiga, 20 var sexkantiga. Varje lins bestod av alternerande sektioner av snabbt detonerande och långsamma sprängämnen, som hade en annan kemisk formel.
Bomben hade två autonoma detonationssystem - från att träffa marken och när atmosfärstrycket nådde ett förutbestämt värde (hög höjdsäkring).
Fem RDS-1-bomber tillverkades. Den första av dem sprängdes på en deponi nära Semipalatinsk i markläge. Explosionskraften registrerades officiellt vid 20 kt, men med tiden visade det sig att detta var en för hög uppskattning. Real - på halva nivån. Vid den tiden hade amerikanerna redan 20 sådana bomber, och alla krav på paritet var grundlösa. Men monopolet bröts.
Ytterligare fyra av dessa bomber har aldrig lyfts upp i luften. RDS-3, en ursprunglig sovjetisk utveckling, togs i bruk. Denna bomb, med sina mindre dimensioner och vikt, hade en kapacitet på 41 kt. Detta blev särskilt möjligt på grund av förstärkningen av klyvningsreaktionen av plutonium genom den termonukleära reaktionen av fusion av deuterium och tritium.
