60 năm trước - vào ngày 29 tháng 8 năm 1949 - quả bom nguyên tử đầu tiên của Liên Xô RDS-1 với đương lượng công bố là 20 kt đã được thử nghiệm thành công tại bãi thử Semipalatinsk. Nhờ sự kiện này, sự ngang bằng chiến lược về quân sự giữa Liên Xô và Hoa Kỳ được cho là đã được thiết lập trên thế giới. Và một cuộc chiến tranh giả định với những hậu quả thảm khốc đối với Liên Xô đã được thực hiện trong tình trạng lạnh giá của nó.
Theo bước chân của dự án Manhattan
Liên Xô (thực tế là Đức) có mọi lý do để trở thành nước đi đầu trong cuộc chạy đua hạt nhân. Điều này đã không xảy ra vì vai trò to lớn của khoa học trong hệ tư tưởng của chính phủ mới. Ban lãnh đạo của Đảng Cộng sản, tuân theo lời răn dạy bất diệt "Chủ nghĩa duy vật và Chủ nghĩa phê phán duy vật", đã lo lắng theo dõi sự phát triển mạnh mẽ của "chủ nghĩa duy tâm vật chất". Vào những năm 1930, Stalin có khuynh hướng tin tưởng không phải những nhà vật lý lập luận rằng với sự trợ giúp của một phản ứng dây chuyền nhất định trong các đồng vị của các nguyên tố nặng, có thể giải phóng năng lượng khổng lồ, mà là những người bảo vệ các nguyên tắc duy vật trong khoa học.
Đúng vậy, các nhà vật lý Liên Xô chỉ bắt đầu nói về khả năng sử dụng năng lượng hạt nhân trong quân sự vào năm 1941. Georgy Nikolaevich Flerov (1913-1990), người trước chiến tranh trong phòng thí nghiệm của Igor Vasilyevich Kurchatov (1903-1960) đã nghiên cứu vấn đề về phản ứng dây chuyền của sự phân hạch uranium, và sau đó là một trung úy trong Không quân, đã hai lần được cử đi. những bức thư gửi cho Stalin, trong đó ông hối hận về “một sai lầm lớn” và “tự nguyện đầu hàng các vị trí trước chiến tranh trong nghiên cứu vật lý hạt nhân”. Nhưng vô ích.
Chỉ đến tháng 9 năm 1942, khi tình báo biết được việc triển khai Dự án Manhattan của Mỹ, do Robert Oppenheimer (1904-1967) lãnh đạo, phát triển từ các hoạt động của Ủy ban Uranium Anh-Mỹ, Stalin đã ký sắc lệnh "Về việc tổ chức nghiên cứu về uranium. "… Nó ra lệnh cho Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô "tiếp tục công việc nghiên cứu tính khả thi của việc sử dụng năng lượng nguyên tử bằng cách phân hạch uranium và đệ trình lên Ủy ban Quốc phòng Nhà nước trước ngày 1 tháng 4 năm 1943, một báo cáo về khả năng tạo ra một quả bom uranium hoặc nhiên liệu uranium.."
Vào giữa tháng 4 năm 1943 tại Moscow, ở Pokrovsky-Streshnevo, Phòng thí nghiệm số 2 được thành lập, bao gồm các nhà vật lý lớn nhất của đất nước. Kurchatov đứng đầu phòng thí nghiệm, và việc quản lý chung "công việc uranium" ban đầu được giao cho Molotov, nhưng sau đó Beria đã thay thế ông ta trong chức năng này.
Điều khá dễ hiểu là các nguồn lực của Liên Xô không thể so sánh được với khả năng mà Hoa Kỳ không quá gánh nặng do chiến tranh sở hữu. Tuy nhiên, đây không phải là lời giải thích duy nhất cho khoảng cách quá lớn về quy mô phát triển được thực hiện tại Los Alamos và Moscow. 12 người đoạt giải Nobel đến từ Hoa Kỳ và Châu Âu, 15 nghìn nhà khoa học, kỹ sư và kỹ thuật viên, 45 nghìn công nhân, 4 nghìn nhân viên đánh máy, đánh máy và thư ký, một nghìn nhân viên an ninh đảm bảo chế độ cực kỳ bí mật đã tham gia vào dự án Manhattan. Phòng thí nghiệm số 2 có 80 người, trong đó chỉ có 25 người là công nhân nghiên cứu.
Vào cuối chiến tranh, công việc thực tế vẫn chưa thể khởi sắc: trong Phòng thí nghiệm số 2, cũng như Phòng thí nghiệm số 3 và số 4 được mở vào đầu năm 1945, các phương pháp đã được tìm kiếm để thu được plutonium tại các lò phản ứng khác nhau. nguyên tắc hoạt động. Đó là, họ đã tham gia vào các phát triển khoa học, không phải thử nghiệm và thiết kế.
Các vụ ném bom nguyên tử ở Hiroshima và Nagasaki thực sự đã mở rộng tầm mắt của chính phủ Liên Xô về mức độ đe dọa đang rình rập đất nước. Và sau đó một ủy ban đặc biệt được thành lập, đứng đầu là Beria, nhận được quyền hạn khẩn cấp và tài trợ không giới hạn. Công việc nghiên cứu chậm chạp đã được thay thế bằng một bước tiến đột phá đầy năng lượng. Năm 1946, lò phản ứng uranium-graphite được khởi động trong phòng thí nghiệm Kurchatov bắt đầu sản xuất plutonium-239 bằng cách bắn phá uranium bằng neutron chậm. Ở Ural, đặc biệt là ở Chelyabinsk-40, một số xí nghiệp đã được thành lập để sản xuất uranium và plutonium cấp vũ khí, cũng như các thành phần hóa học cần thiết để tạo ra một quả bom.
Tại Sarov, gần Arzamas, một chi nhánh của Phòng thí nghiệm số 2 bắt đầu được thành lập, được gọi là KB-11, ông được giao trách nhiệm phát triển thiết kế của quả bom và thử nghiệm nó không muộn hơn mùa xuân năm 1948. Và ban đầu cần phải chế tạo bom plutonium. Sự lựa chọn này đã được định trước bởi Phòng thí nghiệm số 2 đã có một sơ đồ chi tiết về quả bom plutonium của Mỹ "Fat Man" thả xuống Nagasaki, được giao cho tình báo Liên Xô do nhà vật lý người Đức Claus Foocks (1911-1988) tham gia. sự phát triển của nó, những người tuân theo quan điểm cộng sản. Ban lãnh đạo Liên Xô đã rất vội vàng khi đối mặt với quan hệ căng thẳng với Hoa Kỳ và muốn có được một kết quả tích cực đảm bảo. Về mối liên hệ này, trưởng nhóm khoa học của dự án, Kurchatov, không có lựa chọn nào khác.
Uranium hay Plutonium?
Sơ đồ cổ điển của phản ứng dây chuyền hạt nhân trong đồng vị của urani 235U là một hàm số mũ của thời gian với cơ số 2. Một nơtron, va chạm với hạt nhân của một trong các nguyên tử, tách nó thành hai mảnh. Điều này giải phóng hai neutron. Đến lượt chúng, chúng đã tách ra hai hạt nhân uranium. Ở giai đoạn tiếp theo, số lượng phân hạch xảy ra gấp đôi - 4. Sau đó - 8. Và cứ thế tăng dần, cho đến khi nói một cách tương đối, tất cả vật chất sẽ không bao gồm các mảnh của hai loại, khối lượng nguyên tử của chúng xấp xỉ 95 / 140. Kết quả là, một năng lượng nhiệt khổng lồ được giải phóng, 90% trong số đó được cung cấp bởi động năng của các mảnh bay (mỗi mảnh chiếm 167 MeV).
Nhưng để phản ứng diễn ra theo cách này, điều cần thiết là không được lãng phí một nơtron nào. Trong một khối lượng nhỏ "nhiên liệu", các neutron được giải phóng trong quá trình phân hạch của các hạt nhân bay ra khỏi nó, mà không có thời gian để phản ứng với các hạt nhân uranium. Khả năng xảy ra phản ứng còn phụ thuộc vào nồng độ của đồng vị 235U trong "nhiên liệu", đồng vị này bao gồm 235U và 238U. Vì 238U hấp thụ các nơtron nhanh không tham gia phản ứng phân hạch. Uranium tự nhiên chứa 0,714% 235U, được làm giàu, cấp độ vũ khí, nó phải có ít nhất 80%.
Tương tự, mặc dù có các đặc điểm riêng, phản ứng vẫn diễn ra trong đồng vị plutonium 239Pu
Từ quan điểm kỹ thuật, chế tạo bom uranium dễ hơn bom plutonium. Đúng, nó yêu cầu một thứ tự cường độ lớn hơn uranium: khối lượng tới hạn của uranium-235, nơi xảy ra phản ứng dây chuyền, là 50 kg, và đối với plutonium-239 là 5,6 kg. Đồng thời, việc thu được plutonium cấp vũ khí bằng cách bắn phá uranium-238 trong lò phản ứng không kém phần vất vả so với việc tách đồng vị uranium-235 ra khỏi quặng uranium trong máy ly tâm. Cả hai nhiệm vụ này đều cần ít nhất 200 tấn quặng uranium. Và giải pháp của họ đòi hỏi phải đầu tư tối đa cả nguồn lực tài chính và sản xuất so với toàn bộ chi phí của dự án hạt nhân của Liên Xô. Về nhân lực, Liên Xô theo thời gian đã vượt qua Mỹ gấp nhiều lần: cuối cùng, 700 nghìn người, hầu hết là tù nhân, đã tham gia vào việc chế tạo bom.
"Kid" hay "Fat Man"?
Quả bom uranium do người Mỹ thả xuống Hiroshima và được mệnh danh là "Kid" được thu trong một nòng súng mượn từ một khẩu súng phòng không 75 mm có đường kính theo yêu cầu. Người ta đặt sáu bình uranium mắc nối tiếp với nhau có tổng khối lượng là 25,6 kg. Đạn dài 16 cm, đường kính 10 cm, ở cuối nòng có mục tiêu - một hình trụ rỗng uranium khối lượng 38, 46 kg. Đường kính ngoài và chiều dài của nó là 16 cm. Để tăng sức mạnh cho quả bom, mục tiêu được gắn trong một phản xạ neutron làm bằng cacbua vonfram, giúp nó có thể "đốt cháy" hoàn toàn hơn uranium tham gia phản ứng dây chuyền.
Quả bom có đường kính 60 cm, dài hơn 2 mét và nặng 2300 kg. Hoạt động của nó được thực hiện bằng cách đốt cháy một chất điện tích, làm cho các xi lanh uranium chạy dọc theo một thùng dài hai mét với tốc độ 300 m / s. Đồng thời, các lớp vỏ bảo vệ boron cũng bị phá hủy. Ở "cuối đường đi", viên đạn đi vào mục tiêu, tổng của hai nửa vượt quá khối lượng tới hạn, và một vụ nổ xảy ra.
Hình vẽ quả bom nguyên tử, xuất hiện năm 1953 tại phiên tòa xét xử vụ vợ chồng Rosenberg, bị buộc tội gián điệp nguyên tử có lợi cho Liên Xô. Điều thú vị là bức vẽ được bí mật và không được đưa cho thẩm phán hay bồi thẩm đoàn xem. Bản vẽ chỉ được giải mật vào năm 1966. Ảnh: Sở Tư pháp. Văn phòng Hoa Kỳ Luật sư cho Quận Tư pháp phía Nam của New York
Quân đội, những người được giao trọng trách sử dụng "Malysh", lo sợ rằng, nếu xử lý bất cẩn, bất kỳ cú đánh nào cũng có thể dẫn đến nổ cầu chì. Do đó, thuốc súng chỉ được nạp vào bom sau khi máy bay cất cánh.
Thiết bị của bom plutonium của Liên Xô, ngoại trừ kích thước của nó, được lắp vào khoang chứa bom của máy bay ném bom hạng nặng Tu-4, và thiết bị kích hoạt khi đạt đến áp suất khí quyển của một giá trị nhất định, lặp lại chính xác việc "nhồi" một quả bom khác của Mỹ - "Fat Man".
Phương pháp pháo đưa hai mảnh có khối lượng bán tới hạn lại gần nhau không phù hợp với plutonium, vì chất này có nền neutron cao hơn đáng kể. Và khi các mảnh ghép lại với nhau ở tốc độ có thể đạt được bằng máy đẩy nổ, trước khi bắt đầu phản ứng dây chuyền do nhiệt độ nóng mạnh, plutonium sẽ tan chảy và bay hơi. Và điều này chắc chắn sẽ dẫn đến sự phá hủy cơ học của cấu trúc và giải phóng chất chưa phản ứng vào khí quyển.
Do đó, trong bom của Liên Xô, cũng như bom của Mỹ, phương pháp nén động một mảnh plutonium bằng sóng xung kích hình cầu đã được sử dụng. Tốc độ sóng đạt 5 km / s, do đó khối lượng riêng của chất điểm tăng lên 2, 5 lần.
Phần khó nhất của một quả bom nổ là tạo ra một hệ thống thấu kính nổ, trông giống hình dạng của một quả bóng đá, trực quan hướng năng lượng vào tâm của một mảnh plutonium, có kích thước bằng quả trứng gà, và ép nó đối xứng với một quả bóng sai số dưới một phần trăm. Hơn nữa, mỗi thấu kính như vậy, được làm bằng hợp kim TNT và RDX có thêm sáp, có hai loại mảnh - nhanh và chậm. Năm 1946, khi một trong những người tham gia Dự án Manhattan được hỏi về triển vọng tạo ra một quả bom của Liên Xô, ông trả lời rằng nó sẽ xuất hiện không sớm hơn 10 năm sau. Và chỉ bởi vì người Nga sẽ phải vật lộn trong một thời gian dài về vấn đề đối xứng lý tưởng của vụ nổ.
"Người béo" của Liên Xô
Bom RDS-1 của Liên Xô có chiều dài 330 cm, đường kính 150 cm và nặng 4.700 kg. Các quả cầu lồng nhau đồng tâm được đặt bên trong thân hình giọt nước với bộ ổn định hình chữ X cổ điển.
Ở trung tâm của toàn bộ cấu trúc là một "cầu chảy neutron", là một quả cầu berili, bên trong có một nguồn neutron polonium-210 được che chắn bởi một lớp vỏ berili. Khi sóng xung kích chạm tới cầu chảy, berili và poloni được trộn lẫn, và các neutron "đốt cháy" một phản ứng dây chuyền được giải phóng thành plutonium.
Tiếp theo là hai bán cầu 10 cm của plutonium-239 ở trạng thái có mật độ giảm. Điều này làm cho plutonium dễ dàng hơn để xử lý và mật độ cuối cùng cần thiết là kết quả của vụ nổ. Khoảng cách 0,1 mm giữa các bán cầu được lấp đầy bằng một lớp vàng, có tác dụng ngăn chặn sự xâm nhập sớm của sóng xung kích vào cầu chì nơtron.
Chức năng của một phản xạ neutron được thực hiện bởi một lớp uranium tự nhiên dày 7 cm và nặng 120 kg. Một phản ứng phân hạch diễn ra trong đó với sự giải phóng các neutron, một phần được trả lại cho một mảnh plutonium. Uranium-238 cho 20% sức mạnh của quả bom.
Lớp "đẩy", là một hình cầu bằng nhôm dày 11,5 cm và nặng 120 kg, nhằm mục đích làm giảm sóng Taylor, dẫn đến giảm mạnh áp suất phía sau phía trước kích nổ.
Cấu trúc được bao quanh bởi một lớp đạn nổ dày 47 cm và nặng 2500 kg, bao gồm một hệ thống phức tạp các thấu kính nổ tập trung về phía trung tâm của hệ thống. 12 thấu kính có hình ngũ giác, 20 thấu kính có hình lục giác. Mỗi thấu kính bao gồm các phần xen kẽ của chất nổ nhanh và nổ chậm, có công thức hóa học khác nhau.
Quả bom có hai hệ thống kích nổ tự động - từ khi chạm đất và khi áp suất khí quyển đạt đến giá trị định trước (ngòi nổ độ cao).
Năm quả bom RDS-1 đã được sản xuất. Chiếc đầu tiên trong số chúng đã bị nổ tung tại một bãi rác gần Semipalatinsk ở vị trí trên mặt đất. Sức mạnh của vụ nổ được ghi nhận chính thức là 20 kt, nhưng theo thời gian, hóa ra đây là ước tính quá cao. Thực - ở mức một nửa. Vào thời điểm đó, người Mỹ đã có 20 quả bom như vậy, và bất kỳ tuyên bố nào về tính ngang giá đều không có căn cứ. Nhưng thế độc quyền đã bị phá vỡ.
Bốn quả bom nữa trong số này chưa bao giờ được đưa lên không trung. RDS-3, một phiên bản phát triển ban đầu của Liên Xô, đã được đưa vào biên chế. Quả bom này, với kích thước và trọng lượng nhỏ hơn, có đương lượng nổ 41 kt. Đặc biệt, điều này trở nên khả thi do sự tăng cường phản ứng phân hạch của plutonium bằng phản ứng nhiệt hạch của sự tổng hợp deuterium và tritium.
