Před 60 lety - 29. srpna 1949 - byla na testovacím místě Semipalatinsk úspěšně testována první sovětská atomová bomba RDS -1 s deklarovaným výnosem 20 kt. Díky této události byla údajně ve světě zavedena strategická vojenská parita mezi SSSR a USA. A hypotetická válka s katastrofálními důsledky pro Sovětský svaz byla realizována v chladném stavu agregace.
Po stopách projektu Manhattan
Sovětský svaz (jako ve skutečnosti Německo) měl všechny důvody, aby se stal lídrem v jaderné rase. Nestalo se tak kvůli velké roli, kterou věda hrála v ideologii nové vlády. Vedení komunistické strany se řídilo pokyny nesmrtelné práce „materialismu a empirické kritiky“a úzkostlivě sledovalo rozkvět „fyzického idealismu“. Ve třicátých letech minulého století měl Stalin sklon důvěřovat nikoli těm fyzikům, kteří tvrdili, že pomocí určité řetězové reakce v izotopech těžkých prvků je možné uvolnit obrovskou energii, ale těm, kteří ve vědě bránili materialistické principy.
Je pravda, že sovětští fyzici začali mluvit o možnostech vojenského využití jaderné energie až v roce 1941. Georgy Nikolaevich Flerov (1913-1990), který před válkou v laboratoři Igora Vasiljeviče Kurčatova (1903-1960) pracoval na problému řetězové reakce štěpení uranu, a poté sloužil jako poručík letectva, dvakrát vyslán dopisy Stalinovi, ve kterých litoval „velké chyby“a „dobrovolného vzdání se předválečných pozic ve výzkumu jaderné fyziky“. Ale - marně.
Teprve v září 1942, kdy se inteligence dozvěděla o nasazení amerického projektu Manhattan vedeného Robertem Oppenheimerem (1904-1967), který vyrostl z činnosti angloamerické uranové komise, podepsal Stalin dekret „O organizaci práce na uranu. "… Nařídila Akademii věd SSSR „obnovit práce na studiu proveditelnosti využití atomové energie štěpením uranu a předložit Výboru obrany státu do 1. dubna 1943 zprávu o možnosti vytvoření uranové bomby nebo uranového paliva."
V polovině dubna 1943 v Moskvě, v Pokrovsky-Streshnevo, byla vytvořena laboratoř č. 2, která zahrnovala největší fyziky v zemi. Kurchatov vedl laboratoř a obecné vedení „uranové práce“bylo původně přiděleno Molotovovi, ale poté jej v této funkci nahradil Beria.
Je zcela pochopitelné, že zdroje Sovětského svazu byly nesrovnatelné se schopnostmi, které státy, které nebyly příliš zatíženy válkou, měly. To však není zdaleka jediné vysvětlení obrovské mezery v rozsahu vývoje prováděného v Los Alamos a Moskvě. Na projektu Manhattan se zúčastnilo 12 laureátů Nobelovy ceny z USA a Evropy, 15 tisíc vědců, inženýrů a techniků, 45 tisíc dělníků, 4 tisíce stenografů, písařů a sekretářek, tisíc bezpečnostních pracovníků, kteří zajišťovali režim extrémního utajení. V laboratoři č. 2 je 80 lidí, z toho pouze pětadvacet výzkumných pracovníků.
Do konce války se práce prakticky nedostaly ze země: v laboratoři č. 2, stejně jako v laboratořích č. 3 a č. 4 otevřených počátkem roku 1945 se hledaly metody pro získání plutonia na reaktorech různých provozní principy. To znamená, že se zabývali vědeckým, nikoli experimentálním a designovým vývojem.
Atomové bombardování Hirošimy a Nagasaki ve skutečnosti otevřelo oči vládě SSSR na úroveň hrozby visící nad zemí. A pak byl vytvořen speciální výbor v čele s Berijou, který získal nouzové pravomoci a neomezené financování. Pomalá výzkumná práce byla nahrazena energetickým inovativním skokem vpřed. V roce 1946 začal uran-grafitový reaktor spuštěný v Kurchatovské laboratoři vyrábět plutonium-239 bombardováním uranu pomalými neutrony. Na Uralu, zejména v Čeljabinsku-40, bylo vytvořeno několik podniků na výrobu uranu a plutonia na úrovni zbraní a chemických komponent nezbytných k vytvoření bomby.
V Sarově poblíž Arzamasu začala vznikat pobočka laboratoře č. 2 s názvem KB-11, který byl pověřen vývojem konstrukce pumy a jejím testováním nejpozději na jaře 1948. A na začátku bylo nutné vyrobit bombu plutonia. Tato volba byla předurčena skutečností, že laboratoř č. 2 nechala na Nagasaki upustit podrobný diagram americké plutoniové bomby „Fat Man“, který sovětské rozvědce předal německý fyzik Claus Foocks (1911-1988), který se účastnil jeho rozvoj, který se držel komunistických názorů. Sovětské vedení vzhledem k napjatým vztahům se Spojenými státy spěchalo a chtělo dosáhnout zaručeně pozitivního výsledku. V této souvislosti neměl vědecký vůdce projektu Kurchatov na výběr.
Uran nebo Plutonium?
Klasické schéma jaderné řetězové reakce v izotopu uranu 235U je exponenciální funkcí času se základnou 2. Neutron, který koliduje s jádrem jednoho z atomů, jej rozdělí na dva fragmenty. Tím se uvolní dva neutrony. Na druhé straně již rozdělili dvě jádra uranu. V další fázi nastane dvakrát více štěpení - 4. Potom - 8. A tak dále, postupně, dokud, opět, relativně řečeno, veškerá hmota nebude sestávat z fragmentů dvou typů, jejichž atomová hmotnost je přibližně 95/ 140. V důsledku toho se uvolní obrovská tepelná energie, z níž 90% je poskytováno kinetickou energií létajících fragmentů (každý fragment odpovídá 167 MeV).
Aby však reakce probíhala tímto způsobem, je nutné, aby nebyl promarněn ani jeden neutron. V malém objemu „paliva“z něj vyletí neutrony uvolněné v procesu štěpení jader, aniž by měly čas reagovat s jádry uranu. Pravděpodobnost výskytu reakce závisí také na koncentraci izotopu 235U v „palivu“, které se skládá z 235U a 238U. Protože 238U absorbuje rychlé neutrony, které se neúčastní štěpné reakce. Přírodní uran obsahuje 0,714% 235U, obohacený, pro zbraně, musí být alespoň 80%.
Podobně, i když se svými vlastními specifiky, reakce probíhá v izotopu plutonia 239Pu
Z technického hlediska bylo snazší vytvořit uranovou bombu než plutoniovou. Je pravda, že to vyžadovalo řádově více uranu: kritické množství uranu-235, ve kterém probíhá řetězová reakce, je 50 kg a pro plutonium-239 je to 5,6 kg. Získávání plutonia na úrovni zbraní bombardováním uranu-238 v reaktoru přitom není o nic méně pracné než separace izotopu uranu-235 z uranové rudy v odstředivkách. Oba tyto úkoly vyžadovaly nejméně 200 tun uranové rudy. A jejich řešení vyžadovalo maximální investici finančních i výrobních zdrojů ve vztahu k celkovým nákladům sovětského jaderného projektu. Pokud jde o lidské zdroje, Sovětský svaz postupem času mnohonásobně předčil Spojené státy: na vytvoření bomby se nakonec podílelo 700 tisíc lidí, většinou vězňů.
„Dítě“nebo „Tlustý muž“?
Uranová bomba shozená Američany na Hirošimu a přezdívaná „Kid“byla shromážděna v sudu vypůjčeném ze 75 milimetrového protiletadlového děla vyvrtaného na požadovaný průměr. Bylo položeno šest uranových lahví spojených do série s celkovou hmotností 25,6 kg. Délka střely byla 16 cm, průměr 10 cm Na konci hlavně byl terč - dutý uranový válec o hmotnosti 38,46 kg. Jeho vnější průměr a délka byla 16 cm. Pro zvýšení síly bomby byl cíl namontován do neutronového reflektoru vyrobeného z karbidu wolframu, což umožnilo dosáhnout úplnějšího „spalování“uranu účastnícího se řetězové reakce.
Bomba měla průměr 60 cm, délku více než dva metry a vážila 2300 kg. Jeho operace byla prováděna zapálením prachové náplně, která poháněla uranové válce po dvoumetrovém sudu rychlostí 300 m / s. Současně byly zničeny ochranné skořepiny bóru. Na „konci cesty“projektil vstoupil do cíle, součet obou polovin překročil kritické množství a došlo k výbuchu.
Kresba atomové bomby, která se objevila v roce 1953 u soudu v případě rožmberských manželů, byla obviněna z atomové špionáže ve prospěch SSSR. Zajímavé je, že kresba byla tajná a nebyla ukázána soudci ani porotě. Kresba byla odtajněna až v roce 1966. Foto: ministerstvo spravedlnosti. Úřad USA Zmocněnec pro jižní soudní okres v New Yorku
Armáda, která byla pověřena bojovým používáním „Malysh“, se obávala, že při neopatrném zacházení může jakákoli rána vést k detonaci pojistky. Střelný prach byl proto do bomby naložen až poté, co letadlo vzlétlo.
Zařízení sovětské plutoniové bomby, s výjimkou jejích rozměrů, připevněné k pumovnici těžkého bombardéru Tu-4 a spouštěcí zařízení, když bylo dosaženo atmosférického tlaku dané hodnoty, přesně opakovalo „nacpání“další americká bomba - „Fat Man“.
Metoda děla přibližující dva kusy polokritické hmoty k sobě není vhodná pro plutonium, protože tato látka má výrazně vyšší neutronové pozadí. A když jsou kusy spojeny rychlostí dosažitelnou tryskacím tlačným zařízením, před zahájením řetězové reakce v důsledku silného zahřívání by mělo dojít k roztavení a odpaření plutonia. A to by mělo nevyhnutelně vést k mechanické destrukci struktury a uvolnění nezreagované látky do atmosféry.
Proto v sovětské bombě, stejně jako v americké, byla použita metoda dynamické komprese kusu plutonia sférickou rázovou vlnou. Rychlost vlny dosahuje 5 km / s, díky čemuž se hustota látky zvyšuje 2, 5krát.
Nejtěžší částí implozní bomby je vytvoření systému výbušných čoček, vizuálně připomínajících geometrii fotbalového míče, které směřují energii striktně do středu kousku plutonia o velikosti slepičího vejce a symetricky jej vymačkají pomocí chyba menší než jedno procento. Navíc každý takový objektiv, vyrobený ze slitiny TNT a RDX s přídavkem vosku, měl dva typy fragmentů - rychlý a pomalý. Když byl v roce 1946 jeden z účastníků projektu Manhattan dotázán na vyhlídky na vytvoření sovětské bomby, odpověděl, že se objeví nejdříve o 10 let později. A to jen proto, že Rusové budou dlouho bojovat o problém ideální symetrie imploze.
Sovětský „tlustý muž“
Sovětská bomba RDS-1 měla délku 330 cm, průměr 150 cm a vážila 4700 kg. Soustředně vnořené koule byly umístěny uvnitř kapkovitého těla s klasickým stabilizátorem ve tvaru X.
Ve středu celé struktury byla „neutronová pojistka“, což byla berýliová koule, uvnitř které byl neutronový zdroj polonium-210 stíněný beryliovou skořápkou. Když rázová vlna dosáhla pojistky, došlo ke smísení berylia a polonia a do plutonia se uvolnily neutrony „zapalující“řetězovou reakci.
Následovaly dvě 10 centimetrové polokoule plutonia-239 ve stavu se sníženou hustotou. To usnadnilo zpracování plutonia a požadovaná konečná hustota byla výsledkem imploze. Vzdálenost 0,1 mm mezi polokoulemi byla vyplněna vrstvou zlata, která zabránila předčasnému proniknutí rázové vlny do neutronové pojistky.
Funkci neutronového reflektoru plnila vrstva přírodního uranu o tloušťce 7 cm a hmotnosti 120 kg. Proběhla v něm štěpná reakce s uvolněním neutronů, které byly částečně vráceny zpět na kousek plutonia. Uran-238 dával 20% síly bomby.
Vrstva „posunovače“, což je koule z hliníku o tloušťce 11,5 cm a hmotnosti 120 kg, měla tlumit Taylorovu vlnu, což vede k prudkému poklesu tlaku za detonační frontou.
Struktura byla obklopena výbušnou skořápkou o tloušťce 47 cm a hmotnosti 2500 kg, která se skládala ze složitého systému výbušných čoček zaměřených do středu soustavy. 12 čoček bylo pětibokých, 20 šestihranných. Každá čočka se skládala ze střídajících se částí rychle detonujících a pomalých výbušnin, které měly jiný chemický vzorec.
Bomba měla dva autonomní detonační systémy - od dopadu na zem a když atmosférický tlak dosáhl předem stanovené hodnoty (vysokohorská pojistka).
Bylo vyrobeno pět bomb typu RDS-1. První z nich byl vyhoden do vzduchu na skládku poblíž Semipalatinsku v přízemní poloze. Výbušná síla byla oficiálně zaznamenána na 20 kt, ale postupem času se ukázalo, že to byl příliš vysoký odhad. Skutečný - na poloviční úrovni. V té době už měli Američané 20 takových bomb a jakékoli nároky na paritu byly neopodstatněné. Ale monopol byl rozbit.
Další čtyři z těchto bomb nebyly nikdy vzneseny do vzduchu. RDS-3, původní sovětský vývoj, byl uveden do provozu. Tato bomba se svými menšími rozměry a hmotností měla výtěžek 41 kt. To bylo možné zejména díky posílení štěpné reakce plutonia termonukleární reakcí fúze deuteria a tritia.
