Pred 60 leti - 29. avgusta 1949 - je bila na poligonu Semipalatinsk uspešno preizkušena prva sovjetska atomska bomba RDS -1 z deklariranim izkoristkom 20 kt. Zahvaljujoč temu dogodku naj bi se v svetu vzpostavila strateška vojaška pariteta med ZSSR in ZDA. Hipotetična vojna s katastrofalnimi posledicami za Sovjetsko zvezo se je uresničila v hladnem agregatnem stanju.
Po stopinjah projekta Manhattan
Sovjetska zveza (kot tudi Nemčija) je imela vse razloge, da postane vodilna v jedrski tekmi. To se ni zgodilo zaradi velike vloge, ki jo je imela znanost v ideologiji nove vlade. Vodstvo komunistične partije je po zapovedih nesmrtnega dela "materializem in empirio-kritika" zaskrbljeno spremljalo razcvet "fizičnega idealizma". V tridesetih letih prejšnjega stoletja je bil Stalin nagnjen k zaupanju ne tistim fizikom, ki so trdili, da je s pomočjo določene verižne reakcije v izotopih težkih elementov mogoče sprostiti ogromno energije, ampak tistim, ki so zagovarjali materialistična načela v znanosti.
Res je, sovjetski fiziki so o možnostih vojaške uporabe jedrske energije začeli govoriti šele leta 1941. Georgy Nikolaevich Flerov (1913-1990), ki je pred vojno v laboratoriju Igorja Vasiljeviča Kurchatova (1903-1960) delal na problemu verižne reakcije cepitve urana, nato pa je služil kot poročnik v letalskih silah, dvakrat poslan pisma Stalinu, v katerih je obžaloval "veliko napako" in "prostovoljno predajo predvojnih položajev v raziskavah jedrske fizike". Ampak - zaman.
Šele septembra 1942, ko je obveščevalna služba izvedela za uvedbo ameriškega projekta Manhattan, ki ga je vodil Robert Oppenheimer (1904-1967), ki je nastal iz dejavnosti anglo-ameriške komisije za uran, je Stalin podpisal odlok "o organizaciji dela na uranu. "… Akademiji znanosti ZSSR je bilo ukazano, "naj nadaljuje delo pri preučevanju možnosti uporabe atomske energije s cepitvijo urana in do 1. aprila 1943 Državnemu odboru za obrambo predloži poročilo o možnosti ustvarjanja uranove bombe ali uranovega goriva."
Sredi aprila 1943 v Moskvi v Pokrovskem-Streshnevu je bil ustanovljen laboratorij št.2, ki je vključeval največje fizike v državi. Kurchatov je vodil laboratorij, splošno vodenje "uranskega dela" pa je bilo sprva dodeljeno Molotovu, nato pa ga je Beria zamenjal na tej funkciji.
Povsem razumljivo je, da so bili viri Sovjetske zveze neprimerljivi z zmogljivostmi, ki jih države niso preveč obremenile z vojno. Vendar pa to komaj edina razlaga velike vrzeli v obsegu razvoja, ki je bila izvedena v Los Alamosu in Moskvi. Pri projektu Manhattan je sodelovalo 12 nobelovcev iz ZDA in Evrope, 15 tisoč znanstvenikov, inženirjev in tehnikov, 45 tisoč delavcev, 4 tisoč stenografov, tipkarjev in tajnikov, tisoč varnostnikov, ki so zagotavljali režim skrajne tajnosti. V Laboratoriju št. 2 je 80 ljudi, od tega jih je bilo le petindvajset raziskovalnih delavcev.
Do konca vojne delo praktično ni uspelo: v Laboratoriju št. 2, pa tudi v laboratorijih št. 3 in št. 4, odprtih v začetku leta 1945, so iskali metode za pridobivanje plutonija v različnih reaktorjih. načela delovanja. To pomeni, da so se ukvarjali z znanstvenim, ne eksperimentalnim in oblikovalskim razvojem.
Atomski napadi na Hirošimo in Nagasaki so vladi ZSSR odprli oči pred stopnjo grožnje, ki visi nad državo. In potem je bil ustanovljen poseben odbor, ki ga je vodil Beria, ki je prejel pooblastila za nujne primere in neomejeno financiranje. Počasno raziskovalno delo je nadomestil energičen inovativni skok naprej. Leta 1946 je urano-grafitni reaktor, ki se je začel v laboratoriju Kurchatov, začel proizvajati plutonij-239 z bombardiranjem urana s počasnimi nevtroni. Na Uralu, zlasti v Čeljabinsku-40, je bilo ustanovljenih več podjetij za proizvodnjo urana in plutonija za orožje ter kemičnih sestavin, potrebnih za izdelavo bombe.
V Sarovu pri Arzamasu je začela nastajati podružnica Laboratorija št. 2, imenovana KB-11, zaupali so mu razvoj zasnove bombe in njeno testiranje najkasneje spomladi 1948. In na začetku je bilo treba narediti plutonijevo bombo. To izbiro je vnaprej določilo dejstvo, da je imel Laboratorij št. 2 podroben diagram ameriške plutonijeve bombe "Debel človek", ki je padla na Nagasaki, ki jo je sovjetski obveščevalni službi predal nemški fizik Claus Foocks (1911-1988), ki je sodeloval pri njen razvoj, ki se je držal komunističnih pogledov. Sovjetsko vodstvo se je mučilo zaradi napetih odnosov z Združenimi državami in je želelo zagotoviti pozitiven rezultat. V zvezi s tem znanstveni vodja projekta Kurchatov ni imel izbire.
Uran ali Plutonij?
Klasična shema jedrske verižne reakcije v izotopu urana 235U je eksponentna funkcija časa z bazo 2. Nevtron, ki trči v jedro enega od atomov, ga razdeli na dva drobca. Ta sprosti dva nevtrona. Ti pa so razdelili že dve jedri urana. Na naslednji stopnji se pojavi dvakrat več cepitev - 4. Nato - 8. In tako postopoma, dokler spet, relativno gledano, vsa snov ne bo sestavljena iz drobcev dveh tipov, katerih atomske mase so približno 95/ 140. Posledično se sprosti velika toplotna energija, ki jo 90% zagotavlja kinetična energija letečih fragmentov (vsak fragment predstavlja 167 MeV).
Da pa se reakcija nadaljuje na ta način, je potrebno, da se ne zapravi niti en nevtron. V majhni količini "goriva" iz nje odletijo nevtroni, sproščeni v procesu cepitve jeder, ne da bi imeli čas reagirati z jedri urana. Verjetnost pojava reakcije je odvisna tudi od koncentracije izotopa 235U v "gorivu", ki ga sestavljata 235U in 238U. Ker 238U absorbira hitre nevtrone, ki ne sodelujejo pri cepitvi. Naravni uran vsebuje 0,714% 235U, obogateno z orožjem, mora biti vsaj 80%.
Podobno, čeprav z lastnimi posebnostmi, reakcija poteka v izotopu plutonija 239Pu
S tehničnega vidika je bilo lažje ustvariti uranovo bombo kot plutonijevo. Res je, da je potreboval uran za velikost več: kritična masa urana-235, v katerem poteka verižna reakcija, je 50 kg, za plutonij-239 pa 5,6 kg. Hkrati pridobivanje plutonija orožnega razreda z bombardiranjem urana-238 v reaktorju ni nič manj naporno kot ločevanje izotopa urana-235 od uranove rude v centrifugah. Obe nalogi sta zahtevali najmanj 200 ton uranove rude. In njihova rešitev je zahtevala največjo naložbo tako finančnih kot proizvodnih virov glede na celotne stroške sovjetskega jedrskega projekta. Kar zadeva človeške vire, je Sovjetska zveza sčasoma večkrat presegla Združene države: na koncu je bilo pri ustvarjanju bombe vključenih 700 tisoč ljudi, večinoma zapornikov.
"Kid" ali "Fat Man"?
Uranovo bombo, ki so jo Američani spustili na Hirošimo in jo poimenovali "Kid", so zbrali v sodu, izposojenem iz 75-milimetrske protiletalske pištole, izvrtane do zahtevanega premera. Zloženih je bilo šest uranovih jeklenk, povezanih med seboj s skupno maso 25,6 kg. Dolžina izstrelka je bila 16 cm, premer 10 cm. Na koncu cevi je bila tarča - votli uranov valj z maso 38, 46 kg. Njegov zunanji premer in dolžina sta bila 16 cm. Za povečanje moči bombe je bila tarča nameščena v nevtronski reflektor iz volframovega karbida, kar je omogočilo popolnejše "zgorevanje" urana, ki sodeluje v verižni reakciji.
Bomba je imela premer 60 cm, dolžino več kot dva metra in tehtala 2300 kg. Njegovo delovanje je potekalo z vžigom praškastega naboja, ki je uranove jeklenke pognal po dvometrskem sodu s hitrostjo 300 m / s. Hkrati so bile uničene borove zaščitne lupine. Na "koncu poti" je izstrelek vstopil v tarčo, vsota obeh polovic je presegla kritično maso in prišlo je do eksplozije.
Risba atomske bombe, ki se je pojavila leta 1953 na sojenju v primeru zakoncev Rosenberg, obtoženih atomskega vohunjenja v korist ZSSR. Zanimivo je, da je bila risba tajna in ni bila prikazana ne sodniku ne poroti. Risba je bila odstranjena s tajnosti šele leta 1966. Foto: Ministrstvo za pravosodje. Urad ZDA Odvetnik južnega pravosodnega okrožja New York
Vojska, ki ji je bila zaupana bojna uporaba "Malysha", se je bala, da bi lahko ob nepazljivem ravnanju vsak udarec povzročil detonacijo varovalke. Zato so smodnik v bombo naložili šele po vzletu letala.
Naprava sovjetske plutonijeve bombe, razen njenih dimenzij, nameščena na odsek za bombo težkega bombnika Tu-4, in sprožilna oprema, ko je bil dosežen atmosferski tlak določene vrednosti, je natančno ponovil "polnjenje" še ena ameriška bomba - "Fat Man".
Topovska metoda približevanja dveh kosov polkritične mase drug drugemu ni primerna za plutonij, saj ima ta snov bistveno večje nevtronsko ozadje. In ko se kosi združijo s hitrostjo, ki je dosegljiva s pištolo za peskanje, bi se pred začetkom verižne reakcije zaradi močnega segrevanja moralo zgoditi taljenje in izhlapevanje plutonija. In to bi moralo neizogibno voditi do mehanskega uničenja strukture in sproščanja nereagirane snovi v ozračje.
Zato so v sovjetski bombi, tako kot v ameriški, uporabili metodo dinamičnega stiskanja kosa plutonija s sferičnim udarnim valom. Hitrost valov doseže 5 km / s, zaradi česar se gostota snovi poveča za 2,5 krat.
Najtežji del implozijske bombe je ustvariti sistem eksplozivnih leč, ki vizualno spominjajo na geometrijo nogometne žoge, ki usmerja energijo strogo v sredino kosa plutonija, velikosti piščančjega jajca, in ga simetrično stisne z napaka manjša od enega odstotka. Poleg tega je imela vsaka takšna leča iz zlitine TNT in RDX z dodatkom voska dve vrsti fragmentov - hiter in počasen. Ko so leta 1946 enega od udeležencev projekta Manhattan vprašali o možnostih za ustvarjanje sovjetske bombe, je odgovoril, da se bo pojavila najpozneje 10 let kasneje. In samo zato, ker se bodo Rusi dolgo borili s problemom idealne simetrije implozije.
Sovjetski "debeli človek"
Sovjetska bomba RDS-1 je imela dolžino 330 cm, premer 150 cm in tehtala 4700 kg. Koncentrično ugnezdene krogle so bile postavljene v notranjost ohišja v obliki kapljice s klasičnim stabilizatorjem v obliki črke X.
V središču celotne strukture je bila "nevtronska varovalka", ki je bila berilijeva krogla, znotraj katere je bil vir nevtrona polonija-210, zaščiten z lupino berilija. Ko je udarni val dosegel varovalko, sta se pomešala berilij in polonij, nevtroni, ki so "vžgali" verižno reakcijo, pa so se sprostili v plutonij.
Sledila sta dve 10-centimetrski polobli plutonija-239 v stanju z zmanjšano gostoto. To je olajšalo obdelavo plutonija, zahtevana končna gostota pa je bila posledica implozije. Razdalja 0,1 mm med poloblama je bila napolnjena s plastjo zlata, kar je preprečilo prezgodnji prodor udarnega vala v nevtronsko varovalko.
Funkcijo reflektorja nevtronov je opravljala plast naravnega urana debeline 7 cm in teže 120 kg. V njem je potekala cepitvena reakcija s sproščanjem nevtronov, ki so bili delno vrnjeni v kos plutonija. Uran-238 je dal 20% moči bombe.
Plast "potiskač", ki je krogla iz aluminija debeline 11,5 cm in teže 120 kg, je bila namenjena blaženju Taylorjevega vala, kar vodi do močnega padca tlaka za detonacijsko fronto.
Strukturo je obdajala eksplozivna lupina debeline 47 cm in teža 2500 kg, ki je bila sestavljena iz kompleksnega sistema eksplozivnih leč, usmerjenih proti središču sistema. 12 leč je bilo petkotnih, 20 šesterokotnih. Vsaka leča je bila sestavljena iz izmeničnih odsekov hitro detonirajočih in počasnih eksplozivov, ki so imeli drugačno kemijsko formulo.
Bomba je imela dva avtonomna sistema za detonacijo - od udarca v tla in ko je atmosferski tlak dosegel vnaprej določeno vrednost (varovalka na visoki nadmorski višini).
Izdelanih je bilo pet bomb RDS-1. Prvi od njih je bil razstreljen na odlagališču v bližini Semipalatinska v talnem položaju. Moč eksplozije je bila uradno zabeležena pri 20 kt, vendar se je sčasoma izkazalo, da je to previsoka ocena. Resnično - na polovici ravni. Do takrat so imeli Američani že 20 takšnih bomb in vse trditve o pariteti so bile neutemeljene. Toda monopol je bil porušen.
Še štiri od teh bomb niso bile nikoli dvignjene v zrak. RDS-3, prvotni sovjetski razvoj, je bil dan v uporabo. Ta bomba je z manjšimi dimenzijami in težo prinesla 41 kt. To je postalo mogoče zlasti zaradi okrepitve fisijske reakcije plutonija s termonuklearno reakcijo fuzije devterija in tricija.
