לפני 60 שנה - ב -29 באוגוסט 1949 - נבדקה בהצלחה פצצת האטום הסובייטית הראשונה RDS -1 עם תשואה מוצהרת של 20 ק ט באתר הבדיקות בסמיפלטינסק. הודות לאירוע זה, לכאורה הוקם בעולם שוויון צבאי אסטרטגי בין ברית המועצות וארצות הברית. ומלחמה היפותטית עם השלכות קטסטרופליות על ברית המועצות התממשה במצב ההתאגדות הקר שלה.
בעקבות פרויקט מנהטן
לברית המועצות (כמו אכן גרמניה) הייתה כל סיבה להיות מנהיג במירוץ הגרעין. זה לא קרה בגלל התפקיד הגדול שמילא המדע באידיאולוגיה של הממשלה החדשה. הנהגת המפלגה הקומוניסטית, בעקבות מצוות העבודה "האל-מטריאליזם והאמפיריו-ביקורת" האלמותי, צפתה בחרדה בפריחת "האידיאליזם הפיזי". בשנות השלושים נטה סטאלין לא לסמוך על אותם פיסיקאים שטענו שבעזרת תגובת שרשרת מסוימת באיזוטופים של יסודות כבדים אפשר לשחרר אנרגיה עצומה, אלא למי שהגן על עקרונות מטריאליסטיים במדע.
נכון, פיסיקאים סובייטים החלו לדבר על האפשרויות לשימוש צבאי באנרגיה גרעינית רק בשנת 1941. ג'ורג'י ניקולאביץ 'פלרוב (1913-1990), שלפני המלחמה במעבדה של איגור וסיליביץ' קורצ'טוב (1903-1960) עבד על בעיית תגובת השרשרת של ביקוע האורניום, ולאחר מכן שימש כסגן בחיל האוויר, שלח פעמיים מכתבים לסטלין בהם התחרט על "טעות גדולה" ועל "כניעה מרצון של עמדות לפני המלחמה במחקר בפיזיקה גרעינית". אך לשווא.
רק בספטמבר 1942, כאשר נודע למודיעין על פריסת פרויקט מנהטן האמריקאי, בראשות רוברט אופנהיימר (1904-1967), שצמח מפעילות ועדת האורניום האנגלו-אמריקאית, חתם סטלין על צו "על הארגון של עבודה על אורניום. "… היא הורתה לאקדמיה למדעים של ברית המועצות "לחדש את העבודה על חקר היתכנות השימוש באנרגיה אטומית על ידי ביקוע של אורניום ולהגיש לוועדת ההגנה של המדינה עד 1 באפריל 1943 דו"ח על האפשרות ליצור פצצת אורניום או דלק אורניום.."
באמצע אפריל 1943 במוסקבה, בפוקרובסקי-שטרשנבו, נוצרה מעבדה מס '2, שכללה את הפיזיקאים הגדולים במדינה. קורצ'טוב עמד בראש המעבדה, והניהול הכללי של "עבודת האורניום" הוטל בתחילה על מולוטוב, אך אז החליף אותו בריה בתפקיד זה.
די מובן שהמשאבים של ברית המועצות לא היו דומים ליכולות שהמדינות לא הכבידו עליהן במיוחד על ידי המלחמה. עם זאת, זה בקושי ההסבר היחיד לפער העצום בהיקף הפיתוח שבוצע בלוס אלאמוס ומוסקבה. 12 חתני פרס נובל מארה ב ומאירופה, 15 אלף מדענים, מהנדסים וטכנאים, 45 אלף עובדים, 4 אלף סטנוגרפים, קלדנים ומזכירות, אלף אנשי ביטחון שהבטיחו את משטר הסודיות הקיצונית לקחו חלק בפרויקט מנהטן. במעבדה מס '2 ישנם 80 איש, מתוכם רק עשרים וחמישה היו עובדי מחקר.
עד סוף המלחמה, העבודה כמעט ולא עלתה על הקרקע: במעבדה מס '2, כמו גם במעבדות מס' 3 ובמס '4 שנפתחו בתחילת 1945, חיפשו שיטות להשגת פלוטוניום בכורים של שונים עקרונות הפעלה. כלומר, הם עסקו בפיתוחים מדעיים, לא ניסיוניים ועיצוביים.
הפיגועים האטומיים של הירושימה ונגסאקי למעשה פקחו את עיניה של ממשלת ברית המועצות לרמת האיום התלוי על המדינה. ואז נוצרה ועדה מיוחדת בראשות בריה, שקיבלה סמכויות חירום ומימון בלתי מוגבל. עבודת מחקר איטית הוחלפה בקפיצה חדשנית אנרגטית קדימה. בשנת 1946, הכור אורניום-גרפיט שהושק במעבדת קורצ'טוב החל לייצר פלוטוניום -239 על ידי הפגזת אורניום בנויטרונים איטיים. באוראל, במיוחד בצ'ליאבינסק 40, נוצרו כמה מפעלים לייצור אורניום ופלוטוניום בדרגת נשק, כמו גם רכיבים כימיים הדרושים ליצירת פצצה.
בסארוב, ליד ארזמאס, החל להיווצר סניף של מעבדה מס '2, בשם KB-11, הוא הופקד על פיתוח עיצוב הפצצה ובדיקתה לא יאוחר מאביב 1948. ובהתחלה היה צורך להכין פצצת פלוטוניום. בחירה זו נקבעה מראש על ידי העובדה שבמעבדה מס '2 היה תרשים מפורט של פצצת הפלוטוניום האמריקאית "איש שמן" שהוטלה על נגסאקי, שנמסרה לידי המודיעין הסובייטי על ידי הפיזיקאי הגרמני קלאוס פוקס (1911-1988) שהשתתף ב התפתחותה, שדבקה בדעות הקומוניסטיות. ההנהגה הסובייטית מיהרה לנוכח היחסים המתוחים עם ארצות הברית ורצתה לקבל תוצאה חיובית מובטחת. בהקשר זה, למנהיגה המדעית של הפרויקט, קורצ'טוב, לא הייתה ברירה.
אורניום או פלוטוניום?
התוכנית הקלאסית של תגובת שרשרת גרעינית באיזוטופ של אורניום 235U היא פונקציה מעריכית של זמן עם בסיס 2. נויטרון, המתנגש בגרעין של אחד האטומים, מפצל אותו לשני שברים. זה משחרר שני נויטרונים. הם, בתורם, פיצלו כבר שני גרעיני אורניום. בשלב הבא מתרחשות כפליים ביקורות - 4. לאחר מכן - 8. וכך הלאה, בהדרגה, עד, שוב, באופן יחסי, כל החומר לא יהיה מורכב משברים משני סוגים, שההמונים האטומיים שלהם הם בערך 95/ 140. כתוצאה מכך משתחררת אנרגיה תרמית עצומה, 90% מתוכו מסופקים על ידי האנרגיה הקינטית של השברים המעופפים (כל שבר מהווה 167 MeV).
אך כדי שהתגובה תתקדם בדרך זו, יש צורך שלא יבזבז ניוטרון אחד. בכמות קטנה של "דלק" עפים מתוכו נויטרונים שמשתחררים בתהליך ביקוע הגרעינים, מבלי שיהיה להם זמן להגיב עם גרעיני אורניום. הסבירות להתרחשות תגובה תלויה גם בריכוז האיזוטופ 235U ב"דלק ", המורכב מ- 235U ו- 238U. מאז 238U סופג נויטרונים מהירים שאינם לוקחים חלק בתגובת הביקוע. אורניום טבעי מכיל 0.714% 235U, מועשר, בדרגת נשק, הוא חייב להיות לפחות 80%.
באופן דומה, אם כי עם הפרטים שלה, התגובה ממשיכה באיזוטופ הפלוטוניום 239Pu
מבחינה טכנית, היה קל יותר ליצור פצצת אורניום מאשר פלוטוניום. נכון, הוא דרש בסדר גודל גדול יותר של אורניום: המסה הקריטית של אורניום -235, שבה מתרחשת תגובת השרשרת, היא 50 ק"ג, ולפלוטוניום -239 היא 5.6 ק"ג. יחד עם זאת, השגת פלוטוניום בדרגת נשק על ידי הפצצת אורניום -238 בכור היא לא פחות מייגעת מאשר הפרדת האיזוטופ אורניום -235 מעפרני אורניום בצנטריפוגות. שתי המשימות הללו דרשו לפחות 200 טון של עפרות אורניום. ופתרונם דרש השקעה מירבית של משאבים פיננסיים וייצוריים ביחס לכל עלות הפרויקט הגרעיני הסובייטי. באשר למשאבי אנוש, ברית המועצות עלתה עם הזמן על ארצות הברית פעמים רבות: בסופו של דבר, 700 אלף איש, רובם אסירים, היו מעורבים ביצירת הפצצה.
"ילד" או "איש שמן"?
פצצת האורניום שהטילו האמריקאים על הירושימה ונקראה בכינוי "קיד" נאספה בחבית שהושאלה מאקדח נ"מ של 75 מילימטרים המשועמם בקוטר הנדרש. הונחו שישה גלילי אורניום המחוברים בסדרה זה עם זה במסה כוללת של 25.6 ק"ג.אורך הטיל היה 16 ס"מ, הקוטר 10 ס"מ. בקצה החבית היה מטרה - גליל אורניום חלול במסה של 38, 46 ק"ג. קוטרו החיצוני ואורכו היו 16 ס"מ. כדי להגדיל את עוצמת הפצצה, המטרה הותקנה ברפלקטור נויטרונים העשוי טונגסטן קרביד, מה שאפשר להשיג "בעירה" של אורניום המשתתף בתגובת השרשרת.
קוטר הפצצה היה 60 ס"מ, אורך של יותר משני מטרים ושקלה 2300 ק"ג. הפעלתו בוצעה על ידי הצתת מטען אבקה, שהניע את גלילי האורניום לאורך חבית של שני מטרים במהירות של 300 מ 'לשנייה. במקביל נהרסו פגזי ההגנה של הבורון. ב"קצה השביל "הטיל נכנס למטרה, סכום שני החצאים עלה על המסה הקריטית, ופיצוץ אירע.
ציור פצצת האטום, שהופיע בשנת 1953 במשפט במקרה של בני הזוג רוזנברג, מואשם בריגול אטומי לטובת ברית המועצות. מעניין שהציור היה סודי ולא הוצג בפני השופט או חבר המושבעים. הציור סווג רק בשנת 1966. צילום: משרד המשפטים. משרד ארה"ב עו"ד של המחוז השיפוט הדרומי בניו יורק
הצבא, שהופקד על השימוש הלוחמי ב"מאליש ", חשש שאם יטופל ברשלנות, כל מכה עלולה לגרום להתפוצצות הנתיך. לכן, אבק השריפה הועמס לתוך הפצצה רק לאחר שהמטוס המריא.
המכשיר של פצצת הפלוטוניום הסובייטית, למעט ממדיו, התאים למפרץ הפצצה של המחבל הכבד Tu-4 ולציוד המפעיל כאשר הגיע הלחץ האטמוספרי של ערך נתון, חזר בדיוק על "המלית" של פצצה אמריקאית נוספת - "איש שמן".
שיטת התותח לקירוב שתי חתיכות של מסה חצי קריטית זו לזו אינה מתאימה לפלוטוניום, שכן לחומר זה יש רקע נויטרונים גבוה משמעותית. וכאשר החלקים מתאחדים במהירות הניתנת להשגה באמצעות דוחף הפיצוץ, לפני שמתחילה תגובת שרשרת עקב חימום חזק, ההתכה והתאדות של הפלוטוניום צריכים להתרחש. וזה בהכרח צריך להוביל להרס מכני של המבנה ולשחרור חומר לא מגיב לאטמוספירה.
לכן, בפצצה הסובייטית, כמו באמריקאית, נעשה שימוש בשיטה של דחיסה דינאמית של פיסת פלוטוניום על ידי גל הלם כדורי. מהירות הגל מגיעה ל -5 קמ ש, שבגללה צפיפות החומר עולה פי 2, 5 פעמים.
החלק הקשה ביותר של פצצת התפוצצות הוא יצירת מערכת של עדשות נפיצות, הדומות ויזואלית לגיאומטריה של כדור כדורגל, המפנות אנרגיה אך ורק למרכז פיסת פלוטוניום, בגודל ביצת עוף, ולוחץ אותה באופן סימטרי בעזרת טעות של פחות מאחוז אחד. יתר על כן, לכל עדשה כזו, העשויה מסגסוגת של TNT ו- RDX בתוספת שעווה, היו שני סוגי שברים - מהירים ואיטיים. כאשר בשנת 1946 נשאל אחד המשתתפים בפרויקט מנהטן לגבי הסיכויים ליצירת פצצה סובייטית, הוא השיב כי היא תופיע לא לפני 10 שנים מאוחר יותר. ורק בגלל שהרוסים יתמודדו במשך זמן רב על בעיית הסימטריה האידיאלית של ההתרחשות.
"איש שמן" סובייטי
אורך הפצצה הסובייטית RDS-1 היה 330 ס"מ, קוטר 150 ס"מ ומשקלו 4,700 ק"ג. כדורים מקוננים בריכוז הונחו בתוך הגוף בצורת טיפה עם מייצב קלאסי בצורת X.
במרכז המבנה כולו היה "נתיך נויטרונים", שהיה כדור בריליום, שבתוכו היה מקור נויטרון פולוניום -210 המוגן במעטפת בריליום. כאשר גל ההלם הגיע לנתיך, בריליום ופולוניום היו מעורבים, ונויטרונים "מציתים" תגובה של שרשרת שוחררו לפלוטוניום.
לאחר מכן הגיעו שתי חצי הכדור של 10 סנטימטרים של פלוטוניום -239 במצב בעל צפיפות מופחתת. זה הקל על העיבוד של הפלוטוניום, והצפיפות הסופית הנדרשת הייתה תוצאה של התפוצצות. המרחק של 0.1 מ מ בין ההמיספרות התמלא בשכבת זהב, שמנעה חדירה מוקדמת של גל ההלם לנתיך הנויטרונים.
תפקידו של מחזיר נויטרונים בוצע על ידי שכבת אורניום טבעי בעובי 7 ס"מ ומשקלו 120 ק"ג. התקיימה בו תגירת ביקוע עם שחרורם של נויטרונים, שהוחזרו חלקית לפיסת פלוטוניום. אורניום -238 העניק 20% מכוח הפצצה.
שכבת ה"דוחף ", שהיא כדור של אלומיניום בעובי 11.5 ס"מ ומשקלו 120 ק"ג, נועדה לדכא את גל טיילור, מה שמוביל לירידת לחץ חדה מאחורי חזית הפיצוץ.
המבנה היה מוקף במעטפת נפץ בעובי 47 ס"מ ומשקל 2500 ק"ג, שהורכבה ממערכת מורכבת של עדשות נפץ הממוקדות לכיוון מרכז המערכת. 12 עדשות היו מחומשות, 20 היו משושה. כל עדשה כללה חלקים מתחלפים של חומרי נפץ מהירים ואיטיים, בעלי נוסחה כימית שונה.
לפצצה היו שתי מערכות פיצוץ אוטונומיות - מפגיעה בקרקע וכאשר הלחץ האטמוספרי הגיע לערך שנקבע מראש (נתיך בגובה רב).
חמש פצצות RDS-1 יוצרו. הראשון מהם פוצץ במזבלה ליד סמיפלטינסק במצב קרקע. עוצמת הפיצוץ נרשמה רשמית ב -20 ק ט, אך עם הזמן התברר כי מדובר בהערכה גבוהה מדי. אמיתי - במחצית הרמה. עד אז כבר היו לאמריקאים 20 פצצות כאלה, וכל טענה לשוויון הייתה חסרת בסיס. אבל המונופול נשבר.
עוד ארבע מהפצצות הללו מעולם לא הועלו לאוויר. ה- RDS-3, פיתוח סובייטי מקורי, הוכנס לשירות. פצצה זו, על ממדיה ומשקלה הקטנים יותר, הניבה תשואה של 41 ק ט. הדבר התאפשר, במיוחד בשל שיפור תגובת הביקוע של הפלוטוניום על ידי התגובה התרמו -גרעינית של היתוך דוטריום וטריטיום.
