Prije 60 godina - 29. kolovoza 1949. - prva sovjetska atomska bomba RDS -1 s deklariranom izdašnošću od 20 kt uspješno je testirana na poligonu Semipalatinsk. Zahvaljujući ovom događaju, u svijetu je navodno uspostavljen strateški vojni paritet između SSSR -a i Sjedinjenih Država. A hipotetički rat s katastrofalnim posljedicama za Sovjetski Savez ostvaren je u hladnom agregatnom stanju.
Tragom projekta Manhattan
Sovjetski Savez (kao i Njemačka) imao je sve razloge da postane lider u nuklearnoj utrci. To se nije dogodilo zbog velike uloge koju je znanost imala u ideologiji nove vlade. Rukovodstvo Komunističke partije, slijedeći zapovijedi besmrtnog rada "Materijalizam i empirio-kritika", zabrinuto je promatralo procvat "fizičkog idealizma". Tridesetih godina prošlog stoljeća Staljin je bio sklon vjerovanju ne onim fizičarima koji su tvrdili da je uz pomoć određene lančane reakcije u izotopima teških elemenata moguće osloboditi ogromnu energiju, već onima koji su branili materijalistička načela u znanosti.
Istina, sovjetski fizičari počeli su govoriti o mogućnostima vojne upotrebe nuklearne energije tek 1941. godine. Georgy Nikolaevich Flerov (1913-1990), koji je prije rata u laboratoriji Igora Vasiljeviča Kurchatova (1903-1960) radio na problemu lančane reakcije cijepanja urana, a zatim je služio kao poručnik u zračnim snagama, dva puta je poslan pisma Staljinu u kojima je požalio zbog "velike greške" i "dobrovoljnog predavanja prijeratnih pozicija u istraživanju nuklearne fizike". Ali - uzalud.
Tek u rujnu 1942., kada je obavještajna služba postala svjesna raspoređivanja američkog projekta Manhattan, koji je vodio Robert Oppenheimer (1904.-1967.), A koji je izrastao iz aktivnosti Anglo-američke komisije za uranij, Staljin je potpisao dekret "O organizaciji rad na uranijumu. "… Naložila je Akademiji nauka SSSR -a "da nastavi s radom na proučavanju izvodljivosti korištenja atomske energije cijepanjem urana i da do 1. travnja 1943. dostavi Državnom odboru za obranu izvještaj o mogućnosti stvaranja uranijske bombe ili uranovog goriva."
Sredinom aprila 1943. u Moskvi, u Pokrovskom-Streshnevu, stvorena je Laboratorija broj 2, koja je uključivala najveće fizičare u zemlji. Kurchatov je bio na čelu laboratorije, a opće rukovodstvo "uranijumskim radovima" prvo je bilo dodijeljeno Molotovu, ali ga je tada Beria zamijenio na ovoj funkciji.
Sasvim je razumljivo da su resursi Sovjetskog Saveza bili neuporedivi sa sposobnostima koje države nisu bile previše opterećene ratom. Međutim, ovo teško da je jedino objašnjenje za veliki jaz u razmjerama razvoja koji je proveden u Los Alamosu i Moskvi. U projektu Manhattan učestvovalo je 12 nobelovaca iz SAD -a i Evrope, 15 hiljada naučnika, inženjera i tehničara, 45 hiljada radnika, 4 hiljade stenografa, daktilografa i sekretara, hiljadu pripadnika službe obezbjeđenja koji su obezbjeđivali režim izuzetne tajnosti. U Laboratoriji broj 2 ima 80 ljudi, od kojih je samo dvadeset i pet istraživača.
Do kraja rata rad praktički nije uspio: u Laboratoriji br. 2, kao i u laboratorijama br. 3 i br. 4 otvorenim početkom 1945. godine tražile su se metode za dobivanje plutonija u reaktorima različitih vrsta. principi rada. Odnosno, bavili su se naučnim, a ne eksperimentalnim i dizajnerskim razvojem.
Atomski napadi na Hirošimu i Nagasaki zapravo su otvorili oči vladi SSSR -a na nivo prijetnje koja visi nad zemljom. Tada je osnovan poseban odbor na čelu s Beriom koji je dobio ovlaštenja za hitne slučajeve i neograničena sredstva. Tromi istraživački rad zamijenjen je energičnim inovativnim skokom naprijed. 1946. uranij-grafitni reaktor pokrenut u laboratoriji Kurchatov počeo je proizvoditi plutonij-239 bombardiranjem urana sporim neutronima. Na Uralu, posebno u Čeljabinsku-40, stvoreno je nekoliko preduzeća za proizvodnju uranijuma i plutonijuma oružja, kao i hemijskih komponenti neophodnih za stvaranje bombe.
U Sarovu, u blizini Arzamasa, počelo se stvarati ogranak Laboratorije broj 2, zvan KB-11, povjeren mu je razvoj dizajna bombe i njeno testiranje najkasnije u proljeće 1948. godine. A u početku je bilo potrebno napraviti plutonijumsku bombu. Ovaj izbor bio je predodređen činjenicom da je Laboratorija broj 2 imala detaljan dijagram američke plutonijumske bombe "Debeli čovjek" bačene na Nagasaki, koju je sovjetskim obavještajcima predao njemački fizičar Claus Foocks (1911-1988) koji je učestvovao u svog razvoja, koji se držao komunističkih stavova. Sovjetsko vodstvo je žurilo usred napetih odnosa sa Sjedinjenim Državama i željelo je postići zajamčeno pozitivan rezultat. S tim u vezi, naučni vođa projekta, Kurchatov, nije imao izbora.
Uranijum ili Plutonijum?
Klasična shema nuklearne lančane reakcije u izotopu urana 235U eksponencijalna je funkcija vremena s bazom 2. Neutron, sudarajući se s jezgrom jednog od atoma, dijeli ga na dva fragmenta. Time se oslobađaju dva neutrona. Oni su, pak, već razdvojili dva jezgra urana. U sljedećoj fazi dolazi do dvostruko više fisija - 4. Zatim - 8. I tako postupno, sve dok se, opet, relativno govoreći, sva materija neće sastojati od fragmenata dva tipa, čije su atomske mase približno 95/ 140. Kao rezultat toga, oslobađa se ogromna toplinska energija, od koje 90% osigurava kinetička energija letećih fragmenata (svaki fragment čini 167 MeV).
No, da bi se reakcija odvijala na ovaj način, potrebno je da se ne potroši niti jedan neutron. U maloj količini "goriva" neutroni oslobođeni u procesu cijepanja jezgri izlijeću iz nje, bez vremena za reakciju s jezgrama urana. Vjerojatnost pojave reakcije ovisi i o koncentraciji izotopa 235U u "gorivu", koje se sastoji od 235U i 238U. Budući da 238U apsorbira brze neutrone koji ne sudjeluju u reakciji fisije. Prirodni uranij sadrži 0,714% 235U, obogaćen, oružja, mora biti najmanje 80%.
Slično, iako sa svojim specifičnostima, reakcija se odvija u izotopu plutonija 239Pu
Sa tehničke tačke gledišta, bilo je lakše stvoriti uranijumsku bombu nego plutonijumsku. Istina, bilo mu je potrebno za red veličine više urana: kritična masa urana-235, u kojem se odvija lančana reakcija, je 50 kg, a za plutonij-239 5,6 kg. U isto vrijeme, dobivanje plutonija oružanog razreda bombardiranjem urana-238 u reaktoru nije ništa manje naporno od odvajanja izotopa urana-235 od rude urana u centrifugama. Za oba ova zadatka bilo je potrebno najmanje 200 tona uranijumske rude. A njihovo rješenje zahtijevalo je maksimalno ulaganje i financijskih i proizvodnih resursa u odnosu na cijelu cijenu sovjetskog nuklearnog projekta. Što se tiče ljudskih resursa, Sovjetski Savez je s vremenom višestruko nadmašio Sjedinjene Američke Države: na kraju je 700 tisuća ljudi, uglavnom zatvorenika, bilo uključeno u stvaranje bombe.
"Kid" ili "Debeli čovek"?
Uranijumska bomba koju su Amerikanci bacili na Hirošimu i nazvana "Kid" sakupljena je u cijevi posuđenoj od 75-milimetarskog protivavionskog topa izbušenog do potrebnog promjera. Položeno je šest uranijumskih cilindara međusobno povezanih, ukupne mase 25,6 kg. Projektil je bio dugačak 16 cm, promjer 10 cm, a na kraju cijevi nalazila se meta - šuplji uranijumski cilindar mase 38,46 kg. Njegov vanjski promjer i dužina bili su 16 cm. Kako bi se povećala snaga bombe, cilj je postavljen u reflektor neutrona napravljen od volframovog karbida, što je omogućilo potpunije "sagorijevanje" urana koji sudjeluje u lančanoj reakciji.
Bomba je imala promjer 60 cm, dužinu veću od dva metra i težinu od 2300 kg. Njegov rad je izveden paljenjem praškastog naboja, koji je cilindre urana vozio duž cijevi od dva metra brzinom od 300 m / s. U isto vrijeme uništene su zaštitne ljuske bora. Na "kraju puta" projektil je ušao u metu, zbir dviju polovina premašio je kritičnu masu i došlo je do eksplozije.
Crtež atomske bombe, koji se pojavio 1953. godine na suđenju u slučaju supružnika Rosenberg, optuženih za atomsku špijunažu u korist SSSR -a. Zanimljivo je da je crtež bio tajan i nije prikazan ni sudiji ni poroti. S crteža je skinuta oznaka tajnosti tek 1966. godine. Fotografija: Ministarstvo pravde. Ured SAD -a Advokat Južnog sudskog okruga u New Yorku
Vojska, kojoj je povjerena borbena upotreba "Malysha", strahovala je da bi, ako se njome rukuje neoprezno, svaki udarac mogao dovesti do detonacije osigurača. Stoga je barut stavljen u bombu tek nakon polijetanja aviona.
Uređaj sovjetske plutonijeve bombe, s izuzetkom njegovih dimenzija, postavljen na ležište bombi teškog bombardera Tu-4, i oprema za okidanje kada je dosegnut atmosferski tlak određene vrijednosti, točno je ponavljao "punjenje" još jedna američka bomba - "Debeli čovek".
Topovska metoda približavanja dva komada polukritične mase jedna drugoj nije prikladna za plutonij, jer ova tvar ima znatno veću neutronsku pozadinu. A kad se komadi spoje brzinom koja se može postići guračem za pjeskarenje, prije početka lančane reakcije zbog jakog zagrijavanja trebalo bi doći do topljenja i isparavanja plutonija. A to bi neizbježno trebalo dovesti do mehaničkog uništenja strukture i oslobađanja nereagirane tvari u atmosferu.
Stoga se u sovjetskoj bombi, kao i u američkoj, koristila metoda dinamičke kompresije komada plutonija sfernim udarnim valom. Brzina valova doseže 5 km / s, zbog čega se gustoća tvari povećava za 2,5 puta.
Najteži dio implozijske bombe je stvaranje sistema eksplozivnih leća, vizualno nalik geometriji fudbalske lopte, koja usmjerava energiju strogo u središte komada plutonija, veličine kokošjeg jajeta, i stisne ga simetrično pomoću greška manja od jedan posto. Štaviše, svako takvo sočivo, napravljeno od legure TNT -a i RDX -a sa dodatkom voska, imalo je dve vrste fragmenata - brze i spore. Kada su 1946. jednog od učesnika Manhattanskog projekta pitali o izgledima za stvaranje sovjetske bombe, odgovorio je da će se to pojaviti najranije 10 godina kasnije. I samo zato što će se Rusi dugo boriti oko problema idealne simetrije implozije.
Sovjetski "Debeli čovjek"
Sovjetska bomba RDS-1 imala je dužinu 330 cm, promjer 150 cm i težinu 4700 kg. Koncentrično ugniježđene sfere smještene su unutar tijela u obliku kapljice s klasičnim stabilizatorom u obliku slova X.
U središtu cijele konstrukcije bio je "neutronski osigurač", koji je bio berilijumska kugla, unutar koje se nalazio izvor neutrona polonij-210 zaštićen ljuskom od berilijuma. Kad je udarni val dosegao osigurač, pomiješani su berilij i polonij, a neutroni koji su "zapalili" lančanu reakciju otpušteni su u plutonij.
Zatim su došle dvije hemisfere plutonija-239 od 10 centimetara u stanju smanjene gustoće. Ovo je učinilo plutonijum lakšom za obradu, a potrebna konačna gustoća rezultat je implozije. Rastojanje od 0,1 mm između hemisfera ispunjeno je slojem zlata, što je spriječilo prerano prodiranje udarnog vala u neutronski osigurač.
Funkciju neutronskog reflektora obavljao je sloj prirodnog urana debljine 7 cm i težine 120 kg. U njemu se dogodila reakcija fisije s oslobađanjem neutrona, koji su djelomično vraćeni u komad plutonija. Uranijum-238 davao je 20% snage bombe.
Sloj "potiskivač", koji je sfera od aluminija debljine 11,5 cm i težine 120 kg, trebao je prigušiti Taylorov val, što dovodi do naglog pada tlaka iza fronta detonacije.
Konstrukcija je bila okružena eksplozivnom školjkom debljine 47 cm i teškom 2500 kg, koja se sastojala od složenog sistema eksplozivnih leća usmjerenih prema središtu sistema. 12 sočiva je bilo peterokutno, 20 je bilo šestougaono. Svako sočivo sastojalo se od naizmjeničnih dijelova brzo detonirajućih i sporih eksploziva koji su imali drugačiju hemijsku formulu.
Bomba je imala dva autonomna sistema za detonaciju - od udara u tlo i kada je atmosferski pritisak dostigao unaprijed određenu vrijednost (osigurač na velikoj nadmorskoj visini).
Proizvedeno je pet bombi RDS-1. Prvi od njih dignut je u vazduh na deponiji u blizini Semipalatinska na zemlji. Snaga eksplozije službeno je zabilježena na 20 kt, no s vremenom se pokazalo da je to previsoka procjena. Stvarno - na pola nivoa. Do tada su Amerikanci već imali 20 takvih bombi, a bilo kakve tvrdnje o paritetu bile su neosnovane. Ali monopol je slomljen.
Još četiri ove bombe nikada nisu podignute u zrak. RDS-3, originalni sovjetski razvoj, pušten je u upotrebu. Ova bomba, sa svojim manjim dimenzijama i težinom, imala je izdašnost od 41 kt. To je postalo moguće, posebno, zbog poboljšanja reakcije fisije plutonija termonuklearnom reakcijom fuzije deuterija i tricija.
