60 jaar geleden - op 29 augustus 1949 - werd de eerste Sovjet-atoombom RDS-1 met een aangegeven opbrengst van 20 kt met succes getest op de testlocatie in Semipalatinsk. Dankzij deze gebeurtenis zou de strategische militaire pariteit tussen de USSR en de Verenigde Staten in de wereld zijn gevestigd. En een hypothetische oorlog met catastrofale gevolgen voor de Sovjet-Unie werd gerealiseerd in haar koude staat van aggregatie.
In de voetsporen van het Manhattan-project
De Sovjet-Unie (net als Duitsland) had alle reden om een leider te worden in de nucleaire race. Dit gebeurde niet vanwege de grote rol die de wetenschap speelde in de ideologie van de nieuwe regering. De leiding van de Communistische Partij, die de voorschriften van de onsterfelijke arbeid "Materialisme en Empirio-Kritiek" volgde, keek angstig naar de bloei van het "fysieke idealisme". In de jaren dertig was Stalin geneigd niet de natuurkundigen te vertrouwen die beweerden dat het met behulp van een bepaalde kettingreactie in isotopen van zware elementen mogelijk was enorme energie vrij te maken, maar degenen die de materialistische principes in de wetenschap verdedigden.
Toegegeven, Sovjet-fysici begonnen pas in 1941 te praten over de mogelijkheden van militair gebruik van kernenergie. Georgy Nikolajevitsj Flerov (1913-1990), die voor de oorlog in het laboratorium van Igor Vasilyevich Kurchatov (1903-1960) werkte aan het probleem van de kettingreactie van uraniumsplijting, en vervolgens diende als luitenant bij de luchtmacht, stuurde tweemaal brieven aan Stalin waarin hij "een grote fout" betreurde en "vrijwillige overgave van vooroorlogse posities in onderzoek in de kernfysica". Maar - tevergeefs.
Pas in september 1942, toen de inlichtingendienst kennis kreeg van de inzet van het Amerikaanse Manhattan-project, geleid door Robert Oppenheimer (1904-1967), dat voortkwam uit de activiteiten van de Anglo-Amerikaanse Uraniumcommissie, ondertekende Stalin een decreet "Over de organisatie van het werk aan uranium." … Het beval de Academie van Wetenschappen van de USSR "het werk te hervatten om de haalbaarheid van het gebruik van atoomenergie door splijting van uranium te hervatten en uiterlijk op 1 april 1943 aan het Staatsverdedigingscomité een rapport voor te leggen over de mogelijkheid om een uraniumbom of uraniumbrandstof te maken."
Medio april 1943 werd in Moskou, in Pokrovsky-Streshnevo, laboratorium nr. 2 gecreëerd, waar de grootste natuurkundigen van het land deel van uitmaakten. Kurchatov leidde het laboratorium en het algemene beheer van het "uraniumwerk" was aanvankelijk toegewezen aan Molotov, maar toen verving Beria hem in deze functie.
Het is heel begrijpelijk dat de middelen van de Sovjet-Unie onvergelijkbaar waren met de capaciteiten die de staten bezaten die niet al te zwaar waren belast door de oorlog. Dit is echter niet de enige verklaring voor de enorme kloof in de ontwikkeling van Los Alamos en Moskou. 12 Nobelprijswinnaars uit de VS en Europa, 15 duizend wetenschappers, ingenieurs en technici, 45 duizend arbeiders, 4 duizend stenografen, typisten en secretaresses, duizend veiligheidsmensen die zorgden voor het regime van extreme geheimhouding namen deel aan het Manhattan-project. Er zijn 80 mensen in laboratorium nr. 2, van wie er slechts vijfentwintig onderzoekers waren.
Tegen het einde van de oorlog kwam het werk praktisch niet van de grond: in laboratorium nr. 2, evenals in laboratoria nr. 3 en nr. 4 die begin 1945 werden geopend, werd gezocht naar methoden om plutonium te verkrijgen in reactoren van verschillende werkingsprincipes. Dat wil zeggen, ze waren bezig met wetenschappelijke, niet experimentele en ontwerpontwikkelingen.
De atoombommen op Hiroshima en Nagasaki hebben de regering van de USSR feitelijk de ogen geopend voor het niveau van de dreiging die boven het land hangt. En toen werd een speciale commissie opgericht, geleid door Beria, die noodbevoegdheden en onbeperkte financiering ontving. Traag onderzoekswerk heeft plaats gemaakt voor een energieke innovatieve sprong voorwaarts. In 1946 begon de uranium-grafietreactor die in het Kurchatov-laboratorium werd gelanceerd, plutonium-239 te produceren door uranium te bombarderen met langzame neutronen. In de Oeral, met name in Chelyabinsk-40, werden verschillende ondernemingen opgericht voor de productie van uranium en plutonium voor wapens, evenals chemische componenten die nodig zijn om een bom te maken.
In Sarov, in de buurt van Arzamas, werd een tak van laboratorium nr. 2 opgericht, KB-11 genaamd, hij werd belast met de ontwikkeling van het ontwerp van de bom en het testen ervan uiterlijk in het voorjaar van 1948. En in het begin was het nodig om een plutoniumbom te maken. Deze keuze was vooraf bepaald door het feit dat Laboratorium nr. 2 een gedetailleerd diagram had van de Amerikaanse plutoniumbom "Fat Man" die op Nagasaki was gevallen, die door de Duitse natuurkundige Claus Foocks (1911-1988) aan de Sovjet-inlichtingendienst werd overgedragen. haar ontwikkeling, die vasthielden aan communistische opvattingen. De Sovjetleiding had haast in het licht van de gespannen betrekkingen met de Verenigde Staten en wilde een gegarandeerd positief resultaat behalen. In dit verband had de wetenschappelijk leider van het project, Kurchatov, geen keus.
Uranium of plutonium?
Het klassieke schema van een nucleaire kettingreactie in de isotoop van uranium 235U is een exponentiële functie van de tijd met base 2. Een neutron dat in botsing komt met de kern van een van de atomen, splitst het in twee fragmenten. Hierbij komen twee neutronen vrij. Ze splitsten op hun beurt al twee uraniumkernen. In de volgende fase vinden er twee keer zoveel splijtingen plaats - 4. Dan - 8. En zo verder, stapsgewijs, totdat, nogmaals, relatief gezien, alle materie niet zal bestaan uit fragmenten van twee typen, waarvan de atoommassa's ongeveer 95/ 140. Hierdoor komt een enorme thermische energie vrij, waarvan 90% wordt geleverd door de kinetische energie van de vliegende fragmenten (elk fragment is goed voor 167 MeV).
Maar om de reactie op deze manier te laten verlopen, is het noodzakelijk dat er geen enkel neutron wordt verspild. In een klein volume "brandstof" vliegen neutronen die vrijkomen bij het splijten van kernen eruit, zonder tijd te hebben om te reageren met uraniumkernen. De waarschijnlijkheid van het optreden van een reactie hangt ook af van de concentratie van de 235U-isotoop in de "brandstof", die bestaat uit 235U en 238U. Omdat 238U snelle neutronen absorbeert die niet deelnemen aan de splijtingsreactie. Natuurlijk uranium bevat 0,714% 235U, verrijkt, wapenkwaliteit, het moet minimaal 80% zijn.
Evenzo, zij het met zijn eigen specifieke kenmerken, verloopt de reactie in de plutoniumisotoop 239Pu
Technisch gezien was het gemakkelijker om een uraniumbom te maken dan een plutoniumbom. Toegegeven, er was een orde van grootte meer uranium nodig: de kritische massa van uranium-235, waarin de kettingreactie plaatsvindt, is 50 kg, en voor plutonium-239 is dit 5,6 kg. Tegelijkertijd is het verkrijgen van plutonium van wapenkwaliteit door uranium-238 in een reactor te bombarderen niet minder arbeidsintensief dan het scheiden van de uranium-235-isotoop van uraniumerts in centrifuges. Voor beide taken was minstens 200 ton uraniumerts nodig. En hun oplossing vereiste de maximale investering van zowel financiële als productiemiddelen in verhouding tot de volledige kosten van het Sovjet-nucleaire project. Wat de menselijke hulpbronnen betreft, heeft de Sovjet-Unie in de loop van de tijd de Verenigde Staten vele malen voorbijgestreefd: uiteindelijk waren 700 duizend mensen, voornamelijk gevangenen, betrokken bij het maken van de bom.
"Kind" of "dikke man"?
De uraniumbom die door de Amerikanen op Hiroshima werd gedropt en "Kid" werd genoemd, werd verzameld in een vat dat geleend was van een 75 millimeter luchtafweergeschut dat tot de vereiste diameter was geboord. Er werden zes uraniumcilinders in serie met elkaar gelegd met een totale massa van 25,6 kg. De lengte van het projectiel was 16 cm, de diameter was 10 cm Aan het einde van de loop was er een doelwit - een holle uraniumcilinder met een massa van 38, 46 kg. De buitendiameter en lengte waren 16 cm Om de kracht van de bom te vergroten, werd het doelwit gemonteerd in een neutronenreflector gemaakt van wolfraamcarbide, wat het mogelijk maakte om een meer volledige "verbranding" van uranium te bereiken die deelnam aan de kettingreactie.
De bom had een diameter van 60 cm, een lengte van ruim twee meter en woog 2300 kg. De werking ervan werd uitgevoerd door een poederlading te ontsteken, die de uraniumcilinders met een snelheid van 300 m / s langs een vat van twee meter dreef. Tegelijkertijd werden de beschermende boorhulzen vernietigd. Aan het "einde van het pad" kwam het projectiel het doelwit binnen, de som van de twee helften overschreed de kritische massa en er vond een explosie plaats.
De tekening van de atoombom, die in 1953 verscheen tijdens het proces in het geval van de Rosenberg-echtgenoten, beschuldigd van atoomspionage ten gunste van de USSR. Interessant is dat de tekening geheim was en niet werd getoond aan de rechter of de jury. De tekening werd pas in 1966 vrijgegeven. Foto: Ministerie van Justitie. Bureau van de V. S. Advocaat voor het zuidelijke gerechtelijk arrondissement van New York
Het leger, aan wie het gevechtsgebruik van de "Malysh" was toevertrouwd, vreesde dat, indien onzorgvuldig behandeld, elke slag zou kunnen leiden tot ontploffing van de lont. Daarom werd het buskruit pas in de bom geladen nadat het vliegtuig was opgestegen.
Het apparaat van de Sovjet plutoniumbom, met uitzondering van zijn afmetingen, gemonteerd op het bommenruim van de Tu-4 zware bommenwerper, en de triggerapparatuur wanneer de atmosferische druk van een bepaalde waarde werd bereikt, herhaalde precies de "vulling" van een andere Amerikaanse bom - "Fat Man".
De kanonmethode om twee stukken semi-kritische massa dichter bij elkaar te brengen is niet geschikt voor plutonium, omdat deze stof een aanzienlijk hogere neutronenachtergrond heeft. En wanneer de stukken bij elkaar worden gebracht met een snelheid die haalbaar is met de straalstamper, moet vóór het begin van een kettingreactie door sterke verwarming smelten en verdampen van plutonium plaatsvinden. En dit zou onvermijdelijk moeten leiden tot mechanische vernietiging van de structuur en het vrijkomen van niet-gereageerde substantie in de atmosfeer.
Daarom werd in de Sovjetbom, net als in de Amerikaanse, de methode van dynamische compressie van een stuk plutonium door een bolvormige schokgolf gebruikt. De golfsnelheid bereikt 5 km / s, waardoor de dichtheid van de stof 2,5 keer toeneemt.
Het moeilijkste deel van een implosiebom is het creëren van een systeem van explosieve lenzen, die visueel lijken op de geometrie van een voetbal, die energie strikt naar het midden van een stuk plutonium, ter grootte van een kippenei, leiden en het symmetrisch uitknijpen met een fout van minder dan één procent. Bovendien had elke lens, gemaakt van een legering van TNT en RDX met toevoeging van was, twee soorten fragmenten: snel en langzaam. Toen in 1946 een van de deelnemers aan het Manhattan-project werd gevraagd naar de vooruitzichten voor het maken van een Sovjetbom, antwoordde hij dat deze niet eerder dan 10 jaar later zou verschijnen. En alleen omdat de Russen lang zullen strijden over het probleem van de ideale symmetrie van implosie.
Sovjet "dikke man"
De Sovjetbom RDS-1 had een lengte van 330 cm, een diameter van 150 cm en woog 4.700 kg. Concentrisch geneste bollen werden in het druppelvormige lichaam geplaatst met een klassieke X-vormige stabilisator.
In het midden van de hele structuur bevond zich een "neutronenzekering", een berylliumbal, waarbinnen zich een polonium-210-neutronenbron bevond die werd afgeschermd door een berylliumomhulsel. Toen de schokgolf de lont bereikte, werden beryllium en polonium gemengd, en neutronen die een kettingreactie "ontsteken" werden vrijgegeven in plutonium.
Vervolgens kwamen twee halve bollen van 10 centimeter plutonium-239 in een staat met een verminderde dichtheid. Dit maakte plutonium gemakkelijker te verwerken en de vereiste uiteindelijke dichtheid was het gevolg van implosie. De afstand van 0,1 mm tussen de hemisferen werd opgevuld met een laagje goud, wat het voortijdig binnendringen van de schokgolf in de neutronenlont verhinderde.
De functie van een neutronenreflector werd uitgevoerd door een laag natuurlijk uranium met een dikte van 7 cm en een gewicht van 120 kg. Daarin vond een splijtingsreactie plaats met het vrijkomen van neutronen, die gedeeltelijk werden teruggevoerd naar een stuk plutonium. Uranium-238 gaf 20% van de kracht van de bom.
De "pusher"-laag, een bol van aluminium met een dikte van 11,5 cm en een gewicht van 120 kg, was bedoeld om de Taylor-golf te dempen, wat leidt tot een scherpe drukval achter het detonatiefront.
De structuur was omgeven door een explosieve schaal van 47 cm dik en een gewicht van 2500 kg, die bestond uit een complex systeem van explosieve lenzen gericht op het midden van het systeem. 12 lenzen waren vijfhoekig, 20 waren zeshoekig. Elke lens bestond uit afwisselende secties van snel ontploffende en langzame explosieven, die een andere chemische formule hadden.
De bom had twee autonome detonatiesystemen - van het raken van de grond en wanneer de atmosferische druk een vooraf bepaalde waarde bereikte (zekering op grote hoogte).
Er werden vijf RDS-1-bommen vervaardigd. De eerste werd opgeblazen op een stortplaats in de buurt van Semipalatinsk in een grondpositie. Het explosievermogen werd officieel vastgesteld op 20 kt, maar na verloop van tijd bleek dit een te hoge schatting. Echt - op de helft van het niveau. Tegen die tijd hadden de Amerikanen al 20 van dergelijke bommen en alle claims voor pariteit waren ongegrond. Maar het monopolie werd verbroken.
Nog vier van deze bommen zijn nooit in de lucht gehesen. De RDS-3, een originele Sovjet-ontwikkeling, werd in gebruik genomen. Deze bom, met zijn kleinere afmetingen en gewicht, had een opbrengst van 41 kt. Dit werd met name mogelijk door de versterking van de splijtingsreactie van plutonium door de thermonucleaire reactie van fusie van deuterium en tritium.
