Acum 60 de ani - pe 29 august 1949 - prima bombă atomică sovietică RDS-1 cu un randament declarat de 20 kt a fost testată cu succes la locul de testare Semipalatinsk. Datorită acestui eveniment, ar fi fost stabilită în lume o paritate militară strategică între URSS și Statele Unite. Și un război ipotetic cu consecințe catastrofale pentru Uniunea Sovietică a fost realizat în starea sa rece de agregare.
Pe urmele proiectului Manhattan
Uniunea Sovietică (ca, într-adevăr, Germania) avea toate motivele pentru a deveni lider în cursa nucleară. Acest lucru nu s-a întâmplat din cauza marelui rol pe care știința l-a jucat în ideologia noului guvern. Conducerea Partidului Comunist, urmând preceptele muncii nemuritoare „Materialism și Empirio-Criticism”, a urmărit cu nerăbdare înflorirea „idealismului fizic”. În anii 1930, Stalin era înclinat să nu aibă încredere în acei fizicieni care susțineau că, cu ajutorul unei anumite reacții în lanț în izotopii elementelor grele, era posibilă eliberarea unei energii enorme, ci în cei care apărau principiile materialiste în știință.
Este adevărat, fizicienii sovietici au început să vorbească despre posibilitățile de utilizare militară a energiei nucleare abia în 1941. Georgy Nikolaevich Flerov (1913-1990), care înainte de război în laboratorul lui Igor Vasilyevich Kurchatov (1903-1960) a lucrat la problema reacției în lanț a fisiunii uraniului și a servit apoi ca locotenent în forțele aeriene, trimis de două ori scrisori către Stalin în care regreta „o mare greșeală” și „predarea voluntară a pozițiilor dinainte de război în cercetarea fizicii nucleare”. Dar în zadar.
Abia în septembrie 1942, când serviciile de informații au devenit conștiente de desfășurarea proiectului american Manhattan, condus de Robert Oppenheimer (1904-1967), care a rezultat din activitățile Comisiei anglo-americane pentru uraniu, Stalin a semnat un decret „Cu privire la organizație de lucru pe uraniu. "… A ordonat Academiei de Științe a URSS „să reia lucrările de studiere a fezabilității utilizării energiei atomice prin fisiunea uraniului și să prezinte Comitetului de Apărare al Statului până la 1 aprilie 1943 un raport privind posibilitatea creării unei bombe de uraniu sau combustibil de uraniu."
La mijlocul lunii aprilie 1943, la Moscova, în Pokrovsky-Streshnevo, a fost creat Laboratorul nr. 2, care cuprindea cei mai mari fizicieni ai țării. Kurchatov a condus laboratorul, iar conducerea generală a „lucrării cu uraniu” a fost atribuită inițial lui Molotov, dar apoi Beria l-a înlocuit în această funcție.
Este destul de înțeles că resursele Uniunii Sovietice au fost incomparabile cu capacitățile pe care le dețineau statele care nu erau prea împovărate de război. Cu toate acestea, aceasta este cu greu singura explicație pentru decalajul uriaș în scara de dezvoltare realizată la Los Alamos și Moscova. La proiectul Manhattan au participat 12 laureați ai Nobel din SUA și Europa, 15 mii oameni de știință, ingineri și tehnicieni, 45 mii muncitori, 4 mii stenografi, dactilografi și secretari, o mie personal de securitate care a asigurat regimul secretului extrem. Există 80 de persoane în laboratorul nr. 2, dintre care doar douăzeci și cinci erau cercetători.
Până la sfârșitul războiului, munca nu a început practic: în laboratorul nr. 2, precum și în laboratoarele nr. 3 și nr. 4 deschise la începutul anului 1945, se căutau metode pentru obținerea plutoniului la reactoare de diferite principiile de funcționare. Adică au fost implicați în dezvoltări științifice, nu experimentale și de proiectare.
Bombardamentele atomice de la Hiroshima și Nagasaki au deschis de fapt ochii guvernului URSS la nivelul amenințării care atârna peste țară. Și apoi a fost creat un comitet special, condus de Beria, care a primit puteri de urgență și finanțare nelimitată. Munca de cercetare lentă a fost înlocuită de un salt inovator energetic înainte. În 1946, reactorul cu uraniu-grafit lansat în laboratorul Kurchatov a început să producă plutoniu-239 prin bombardarea uraniului cu neutroni lent. În Ural, în special în Chelyabinsk-40, au fost create mai multe întreprinderi pentru producerea de uraniu și plutoniu de calitate pentru arme, precum și componente chimice necesare pentru crearea unei bombe.
În Sarov, lângă Arzamas, a început să se creeze o ramură a Laboratorului nr. 2, numită KB-11, căruia i-a fost încredințată dezvoltarea proiectului bombei și testarea acesteia până cel târziu în primăvara anului 1948. Și la început a fost necesar să se facă o bombă de plutoniu. Această alegere a fost predeterminată de faptul că Laboratorul nr. 2 avea o diagramă detaliată a bombei de plutoniu americane „Fat Man” aruncată pe Nagasaki, care a fost predată informațiilor sovietice de către fizicianul german Claus Foocks (1911-1988) care a participat la dezvoltarea sa, care a aderat la punctele de vedere comuniste. Conducerea sovietică se grăbea în fața relațiilor tensionate cu Statele Unite și dorea să obțină un rezultat pozitiv garantat. În această privință, liderul științific al proiectului, Kurchatov, nu a avut de ales.
Uraniu sau plutoniu?
Schema clasică a unei reacții nucleare în lanț în izotopul uraniului 235U este o funcție exponențială a timpului cu baza 2. Un neutron, care se ciocnește cu nucleul unuia dintre atomi, îl împarte în două fragmente. Aceasta eliberează doi neutroni. La rândul lor, ei împart deja două nuclee de uraniu. În etapa următoare, apar de două ori mai multe fisiuni - 4. Apoi - 8. Și așa mai departe, incremental, până când, din nou, relativ vorbind, toată materia nu va consta din fragmente de două tipuri, ale căror mase atomice sunt de aproximativ 95 / 140. Ca urmare, se eliberează o energie termică uriașă, din care 90% este furnizată de energia cinetică a fragmentelor zburătoare (fiecare fragment reprezintă 167 MeV).
Dar pentru ca reacția să se desfășoare în acest fel, este necesar ca niciun neutron să nu fie irosit. Într-un volum mic de „combustibil”, neutronii eliberați în procesul de fisiune al nucleilor zboară din acesta, fără a avea timp să reacționeze cu nucleii de uraniu. Probabilitatea apariției unei reacții depinde și de concentrația izotopului 235U în „combustibil”, care constă din 235U și 238U. Deoarece 238U absoarbe neutroni repezi care nu participă la reacția de fisiune. Uraniul natural conține 0,714% 235U, îmbogățit, de calitate armă, trebuie să fie de cel puțin 80%.
În mod similar, deși cu propriile sale particularități, reacția se desfășoară în izotopul de plutoniu 239Pu
Din punct de vedere tehnic, a fost mai ușor să creezi o bombă de uraniu decât una de plutoniu. Este adevărat, a necesitat un ordin de mărime mai mare de uraniu: masa critică a uraniului-235, în care are loc reacția în lanț, este de 50 kg, iar pentru plutoniu-239 este de 5,6 kg. În același timp, obținerea de plutoniu armat prin bombardarea uraniului 238 într-un reactor nu este mai puțin laborioasă decât separarea izotopului uraniu-235 de minereu de uraniu în centrifuge. Ambele sarcini au necesitat cel puțin 200 de tone de minereu de uraniu. Iar soluția lor a necesitat investiția maximă atât a resurselor financiare, cât și a resurselor de producție în raport cu întregul cost al proiectului nuclear sovietic. În ceea ce privește resursele umane, Uniunea Sovietică a depășit de-a lungul timpului Statele Unite de mai multe ori: în cele din urmă, 700 de mii de oameni, majoritatea prizonieri, au fost implicați în crearea bombei.
„Copil” sau „Omul gras”?
Bomba cu uraniu aruncată de americani pe Hiroshima și supranumită „Kid” a fost colectată într-un butoi împrumutat dintr-un tun antiaerian de 75 de milimetri plictisit la diametrul necesar. Au fost așezate șase butelii de uraniu conectate în serie între ele cu o masă totală de 25,6 kg. Lungimea proiectilului a fost de 16 cm, diametrul de 10 cm. La capătul butoiului era o țintă - un cilindru de uraniu gol cu o masă de 38, 46 kg. Diametrul exterior și lungimea acestuia erau de 16 cm. Pentru a crește puterea bombei, ținta a fost montată într-un reflector de neutroni din carbură de tungsten, ceea ce a făcut posibilă realizarea unei „arderi” mai complete a uraniului care participă la reacția în lanț.
Bomba avea un diametru de 60 cm, o lungime mai mare de doi metri și cântărea 2300 kg. Operațiunea sa a fost efectuată prin aprinderea unei încărcături de pulbere, care a condus cilindrii de uraniu de-a lungul unui butoi de doi metri la o viteză de 300 m / s. În același timp, cojile de protecție cu bor au fost distruse. La „sfârșitul căii” proiectilul a intrat în țintă, suma celor două jumătăți a depășit masa critică și a avut loc o explozie.
Desenul bombei atomice, care a apărut în 1953 la proces în cazul soților Rosenberg, acuzat de spionaj atomic în favoarea URSS. Interesant este că desenul a fost secret și nu a fost arătat nici judecătorului, nici juriului. Desenul a fost declasificat abia în 1966. Foto: Departamentul Justiției. Biroul SUA Procuror pentru districtul judiciar sudic din New York
Militarii, cărora li s-a încredințat utilizarea în luptă a „Malysh”, s-a temut că, dacă este tratată cu neglijență, orice lovitură ar putea duce la detonarea siguranței. Prin urmare, praful de pușcă a fost încărcat în bombă numai după ce avionul a decolat.
Dispozitivul bombei de plutoniu sovietice, cu excepția dimensiunilor sale, montat în golful bombei bombardierului greu Tu-4 și echipamentul de declanșare când a fost atinsă presiunea atmosferică de o anumită valoare, a repetat exact „umplutura” de o altă bombă americană - „Fat Man”.
Metoda tunului de a apropia două bucăți de masă semi-critică una de alta nu este potrivită pentru plutoniu, deoarece această substanță are un fond de neutroni semnificativ mai mare. Și când piesele sunt reunite la o viteză atinsă cu împingătorul de sablare, înainte de începerea unei reacții în lanț din cauza încălzirii puternice, ar trebui să se producă topirea și evaporarea plutoniului. Și acest lucru ar trebui să conducă inevitabil la distrugerea mecanică a structurii și la eliberarea substanței nereacționate în atmosferă.
Prin urmare, în bomba sovietică, ca și în cea americană, a fost utilizată metoda comprimării dinamice a unei bucăți de plutoniu printr-o undă de șoc sferică. Viteza de undă atinge 5 km / s, datorită căreia densitatea substanței crește de 2, 5 ori.
Cea mai grea parte a unei bombe implozive este crearea unui sistem de lentile explozive, care seamănă vizual cu geometria unei mingi de fotbal, care direcționează energia strict către centrul unei bucăți de plutoniu, de dimensiunea unui ou de pui și o stoarce simetric cu un eroare mai mică de un procent. Mai mult, fiecare astfel de lentilă, realizată dintr-un aliaj de TNT și RDX cu adaos de ceară, avea două tipuri de fragmente - rapide și lente. Când în 1946 unul dintre participanții la Proiectul Manhattan a fost întrebat despre perspectivele creării unei bombe sovietice, el a răspuns că aceasta va apărea nu mai devreme de 10 ani mai târziu. Și numai pentru că rușii se vor lupta mult timp pentru problema simetriei ideale a imploziei.
„Omul gras” sovietic
Bomba sovietică RDS-1 avea o lungime de 330 cm, un diametru de 150 cm și cântărea 4.700 kg. Sferele concentrate concentrate au fost plasate în interiorul corpului în formă de picătură cu un stabilizator clasic în formă de X.
În centrul întregii structuri se afla o „siguranță de neutroni”, care era o bilă de beriliu, în interiorul căreia se afla o sursă de neutroni poloniu-210 protejată de o coajă de beriliu. Când unda de șoc a ajuns la siguranță, beriliu și poloniu au fost amestecate, iar neutronii care „aprind” o reacție în lanț au fost eliberați în plutoniu.
Au urmat două emisfere de plutoniu-239 de 10 centimetri într-o stare cu densitate redusă. Acest lucru a facilitat prelucrarea plutoniului, iar densitatea finală necesară a fost rezultatul imploziei. Distanța de 0,1 mm între emisfere a fost umplută cu un strat de aur, care a împiedicat pătrunderea prematură a undei de șoc în siguranța neutronică.
Funcția unui reflector de neutroni a fost realizată de un strat de uraniu natural de 7 cm grosime și cântărind 120 kg. O reacție de fisiune a avut loc în el cu eliberarea de neutroni, care au fost parțial readuși într-o bucată de plutoniu. Uraniul-238 a dat 20% din puterea bombei.
Stratul „împingător”, care este o sferă de aluminiu de 11,5 cm grosime și cântărește 120 kg, a fost destinat să amortizeze valul Taylor, ceea ce duce la o scădere bruscă a presiunii în spatele frontului de detonare.
Structura a fost înconjurată de o carcasă explozivă cu grosimea de 47 cm și greutatea de 2500 kg, care consta dintr-un sistem complex de lentile explozive concentrat spre centrul sistemului. 12 lentile erau pentagonale, 20 erau hexagonale. Fiecare lentilă consta din secțiuni alternative de explozivi cu detonare rapidă și lent, care aveau o formulă chimică diferită.
Bomba avea două sisteme de detonare autonome - de la lovirea solului și când presiunea atmosferică a atins o valoare prestabilită (siguranță de mare altitudine).
Au fost fabricate cinci bombe RDS-1. Primul dintre ei a fost aruncat în aer la un depozit de deșeuri de lângă Semipalatinsk, în poziție la sol. Puterea de explozie a fost înregistrată oficial la 20 kt, dar în timp s-a dovedit că este o estimare prea mare. Real - la jumătate de nivel. În acel moment, americanii aveau deja 20 de astfel de bombe și orice pretenții de paritate erau neîntemeiate. Dar monopolul a fost rupt.
Încă patru dintre aceste bombe nu au fost niciodată ridicate în aer. RDS-3, o dezvoltare sovietică originală, a fost pusă în funcțiune. Această bombă, cu dimensiunile și greutatea sa mai mici, a avut un randament de 41 kt. Acest lucru a devenit posibil, în special, datorită intensificării reacției de fisiune a plutoniului prin reacția termonucleară de fuziune a deuteriului și tritiului.
