قبل 60 عامًا - في 29 أغسطس 1949 - تم اختبار أول قنبلة ذرية سوفيتية RDS-1 ذات العائد المعلن 20 كيلو طن بنجاح في موقع اختبار سيميبالاتينسك. بفضل هذا الحدث ، تم تأسيس التكافؤ العسكري الاستراتيجي بين الاتحاد السوفياتي والولايات المتحدة في العالم. ونشبت حرب افتراضية ذات عواقب وخيمة على الاتحاد السوفيتي في حالته الباردة من التجمعات.
على خطى مشروع مانهاتن
كان لدى الاتحاد السوفيتي (مثل ألمانيا بالفعل) كل الأسباب ليصبح رائدًا في السباق النووي. لم يحدث هذا بسبب الدور الكبير الذي لعبه العلم في أيديولوجية الحكومة الجديدة. راقبت قيادة الحزب الشيوعي ، باتباع مبادئ العمل الخالد "المادية والنقد التجريبي" ، بقلق ازدهار "المثالية الجسدية". في الثلاثينيات من القرن الماضي ، كان ستالين يميل إلى الثقة ليس بهؤلاء الفيزيائيين الذين جادلوا أنه بمساعدة تفاعل تسلسلي معين في نظائر العناصر الثقيلة كان من الممكن إطلاق طاقة هائلة ، ولكن أولئك الذين دافعوا عن المبادئ المادية في العلم.
صحيح أن علماء الفيزياء السوفييت بدأوا الحديث عن إمكانيات الاستخدام العسكري للطاقة النووية فقط في عام 1941. جورجي نيكولايفيتش فليروف (1913-1990) ، الذي عمل قبل الحرب في مختبر إيغور فاسيليفيتش كورتشاتوف (1903-1960) على مشكلة التفاعل المتسلسل لانشطار اليورانيوم ، ثم عمل كملازم في سلاح الجو ، أرسل مرتين رسائل إلى ستالين أعرب فيها عن أسفه "لخطأ كبير" و "الاستسلام الطوعي لمواقع ما قبل الحرب في مجال البحث في الفيزياء النووية". لكن - عبثا.
فقط في سبتمبر 1942 ، عندما علمت المخابرات بنشر مشروع مانهاتن الأمريكي ، بقيادة روبرت أوبنهايمر (1904-1967) ، والذي انبثق عن أنشطة لجنة اليورانيوم الأنجلو أمريكية ، وقع ستالين مرسومًا "بشأن التنظيم للعمل على اليورانيوم. "… أمرت أكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية "باستئناف العمل في دراسة جدوى استخدام الطاقة الذرية عن طريق انشطار اليورانيوم وتقديم تقرير إلى لجنة الدفاع الحكومية بحلول 1 أبريل 1943 ، حول إمكانية صنع قنبلة يورانيوم أو وقود يورانيوم.."
في منتصف أبريل 1943 في موسكو ، في Pokrovsky-Streshnevo ، تم إنشاء المختبر رقم 2 ، والذي ضم أكبر علماء الفيزياء في البلاد. ترأس كورشاتوف المختبر ، وتم تعيين الإدارة العامة لـ "عمل اليورانيوم" في البداية إلى مولوتوف ، ولكن بعد ذلك حل محله بيريا في هذه الوظيفة.
من المفهوم تمامًا أن موارد الاتحاد السوفيتي كانت لا تضاهى بالقدرات التي تمتلكها الدول التي لم تكن مثقلة بأعباء الحرب. ومع ذلك ، ليس هذا هو التفسير الوحيد للفجوة الهائلة في حجم التنمية التي تم تنفيذها في لوس ألاموس وموسكو. شارك في مشروع مانهاتن 12 حائزًا على جائزة نوبل من الولايات المتحدة وأوروبا ، و 15 ألف عالم ومهندس وفني ، و 45 ألف عامل ، و 4 آلاف كاتب اختزال وكاتب وسكرتير ، وألف من أفراد الأمن الذين كفلوا نظام السرية الشديدة. يوجد 80 شخصًا في المختبر رقم 2 ، منهم خمسة وعشرون فقط من الباحثين.
بحلول نهاية الحرب ، لم يبدأ العمل عمليًا: في المختبر رقم 2 ، وكذلك في المختبرات رقم 3 ورقم 4 التي افتتحت في أوائل عام 1945 ، تم البحث عن طرق للحصول على البلوتونيوم في مفاعلات مختلفة مبادئ التشغيل. أي أنهم شاركوا في تطويرات علمية وليست تجريبية وتصميمية.
لقد فتح القصفان الذريان لهيروشيما وناغازاكي أعين حكومة الاتحاد السوفيتي على مستوى التهديد المليء بالبلاد. ثم تم إنشاء لجنة خاصة برئاسة بيريا حصلت على صلاحيات طارئة وتمويل غير محدود. تم استبدال العمل البحثي البطيء بقفزة إبداعية نشطة إلى الأمام. في عام 1946 ، بدأ مفاعل اليورانيوم-الجرافيت الذي تم إطلاقه في مختبر كورتشاتوف في إنتاج البلوتونيوم 239 عن طريق قصف اليورانيوم بالنيوترونات البطيئة. في جبال الأورال ، ولا سيما في تشيليابينسك -40 ، تم إنشاء العديد من الشركات لإنتاج اليورانيوم والبلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة ، وكذلك المكونات الكيميائية اللازمة لصنع قنبلة.
في ساروف ، بالقرب من أرزاماس ، بدأ إنشاء فرع للمختبر رقم 2 ، يسمى KB-11 ، تم تكليفه بتطوير تصميم القنبلة واختبارها في موعد لا يتجاوز ربيع عام 1948. وفي البداية كان من الضروري صنع قنبلة بلوتونيوم. تم تحديد هذا الاختيار مسبقًا من خلال حقيقة أن المختبر رقم 2 كان لديه رسم تخطيطي مفصل لقنبلة البلوتونيوم الأمريكية "فات مان" التي ألقيت على ناغازاكي ، والتي تم تسليمها إلى المخابرات السوفيتية من قبل الفيزيائي الألماني كلاوس فووكس (1911-1988) الذي شارك في تطورها ، الذين التمسك وجهات النظر الشيوعية. كانت القيادة السوفيتية في عجلة من أمرها في مواجهة العلاقات المتوترة مع الولايات المتحدة وأرادت الحصول على نتيجة إيجابية مضمونة. في هذا الصدد ، لم يكن لدى القائد العلمي للمشروع ، كورتشاتوف ، أي خيار.
اليورانيوم أم البلوتونيوم؟
المخطط الكلاسيكي للتفاعل النووي المتسلسل في نظير اليورانيوم 235U هو دالة أسية للوقت مع القاعدة 2. يصطدم النيوترون بنواة إحدى الذرات ، ويقسمها إلى جزأين. هذا يطلق نيوترونين. هم ، بدورهم ، قاموا بالفعل بتقسيم نواتين من اليورانيوم. في المرحلة التالية ، يحدث ضعف عدد الانشقاقات - 4. ثم - 8. وهكذا ، بشكل تدريجي ، حتى ، مرة أخرى ، نسبيًا ، لن تتكون كل المادة من شظايا من نوعين ، كتلتهما الذرية تقارب 95 / 140. نتيجة لذلك ، يتم إطلاق طاقة حرارية ضخمة ، يتم توفير 90 ٪ منها بواسطة الطاقة الحركية للشظايا المتطايرة (كل جزء يمثل 167 ميجا فولت).
ولكن لكي يستمر التفاعل بهذه الطريقة ، من الضروري ألا يضيع نيوترون واحد. في حجم صغير من "الوقود" ، تطير النيوترونات المنبعثة في عملية انشطار النوى منه ، دون أن يكون لديها وقت للتفاعل مع نوى اليورانيوم. يعتمد احتمال حدوث تفاعل أيضًا على تركيز نظير 235U في "الوقود" ، والذي يتكون من 235U و 238U. منذ 238U تمتص النيوترونات السريعة التي لا تشارك في تفاعل الانشطار. يحتوي اليورانيوم الطبيعي على 0.714٪ 235U مخصب بدرجة أسلحة ويجب أن يكون 80٪ على الأقل.
وبالمثل ، وإن كان مع خصائصه الخاصة ، يستمر التفاعل في نظير البلوتونيوم 239Pu
من الناحية الفنية ، كان صنع قنبلة يورانيوم أسهل من صنع قنبلة بلوتونيوم. صحيح أنها تطلبت قدرًا أكبر من اليورانيوم: الكتلة الحرجة لليورانيوم -235 ، التي يحدث فيها التفاعل المتسلسل ، هي 50 كجم ، وبالنسبة للبلوتونيوم 239 فهي 5.6 كجم. في الوقت نفسه ، فإن الحصول على البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة عن طريق قصف اليورانيوم 238 في مفاعل لا يقل صعوبة عن فصل نظير اليورانيوم 235 عن خام اليورانيوم في أجهزة الطرد المركزي. تتطلب هاتان المهمتان 200 طن على الأقل من خام اليورانيوم. وتطلب حلهم أقصى استثمار لكل من الموارد المالية والإنتاجية فيما يتعلق بالتكلفة الكاملة للمشروع النووي السوفيتي. بالنسبة للموارد البشرية ، تجاوز الاتحاد السوفيتي الولايات المتحدة بمرور الوقت عدة مرات: في النهاية ، شارك 700 ألف شخص ، معظمهم من السجناء ، في صنع القنبلة.
"كيد" أم "سمين مان"؟
تم جمع قنبلة اليورانيوم التي أسقطها الأمريكيون على هيروشيما وأطلق عليها اسم "كيد" في برميل مستعار من مدفع مضاد للطائرات عيار 75 ملم ومضجر للقطر المطلوب. تم وضع ست أسطوانات من اليورانيوم متصلة ببعضها البعض على التوالي بكتلة إجمالية قدرها 25.6 كجم.كان طول القذيفة 16 سم ، وكان قطرها 10 سم ، وفي نهاية البرميل كان هناك هدف - أسطوانة يورانيوم مجوفة كتلتها 38 ، 46 كجم. كان قطرها الخارجي وطولها 16 سم. لزيادة قوة القنبلة ، تم تثبيت الهدف في عاكس نيوتروني مصنوع من كربيد التنجستن ، مما جعل من الممكن تحقيق "احتراق" أكثر اكتمالاً لليورانيوم المشارك في التفاعل المتسلسل.
يبلغ قطر القنبلة 60 سم وطولها أكثر من مترين ووزنها 2300 كجم. تم تشغيلها عن طريق إشعال شحنة مسحوق ، والتي دفعت اسطوانات اليورانيوم على طول برميل بطول مترين بسرعة 300 م / ث. في نفس الوقت تم تدمير قذائف البورون الواقية. في "نهاية المسار" دخلت القذيفة الهدف ، وتجاوز مجموع النصفين الكتلة الحرجة ، وحدث انفجار.
رسم القنبلة الذرية ، التي ظهرت عام 1953 في المحاكمة في قضية زوجي روزنبرغ المتهمين بالتجسس الذري لصالح الاتحاد السوفيتي. ومن المثير للاهتمام أن الرسم كان سريًا ولم يُعرض على القاضي أو هيئة المحلفين. تم رفع السرية عن الرسم فقط في عام 1966. الصورة: وزارة العدل. مكتب الولايات المتحدة محامي المقاطعة القضائية الجنوبية في نيويورك
ويخشى الجيش ، الذي عُهد إليه بالاستخدام القتالي لـ "ماليش" ، من أن تؤدي أي ضربة ، إذا تم التعامل معها بلا مبالاة ، إلى تفجير الفتيل. لذلك ، تم تحميل البارود في القنبلة فقط بعد إقلاع الطائرة.
جهاز القنبلة السوفيتية البلوتونيوم ، باستثناء أبعادها ، التي تم تركيبها على حجرة القاذفة الثقيلة من طراز Tu-4 ، ومعدات الزناد عندما تم الوصول إلى الضغط الجوي بقيمة معينة ، كرر بالضبط "حشو" قنبلة أمريكية أخرى - "فات مان".
طريقة المدفع لتقريب قطعتين من الكتلة شبه الحرجة إلى بعضهما البعض ليست مناسبة للبلوتونيوم ، لأن هذه المادة لها خلفية نيوترونية أعلى بكثير. وعندما يتم تجميع القطع معًا بسرعة يمكن الوصول إليها باستخدام دافع التفجير ، قبل بدء تفاعل متسلسل بسبب التسخين القوي ، يجب أن يحدث ذوبان وتبخر للبلوتونيوم. وينبغي أن يؤدي هذا حتمًا إلى تدمير ميكانيكي للهيكل وإطلاق مادة غير متفاعلة في الغلاف الجوي.
لذلك ، في القنبلة السوفيتية ، كما في القنبلة الأمريكية ، تم استخدام طريقة الضغط الديناميكي لقطعة من البلوتونيوم بواسطة موجة صدمة كروية. تصل سرعة الموجة إلى 5 كم / ثانية ، بسبب زيادة كثافة المادة بمقدار 2 ، 5 مرات.
أصعب جزء في القنبلة الداخلية هو إنشاء نظام من العدسات المتفجرة ، يشبه بصريًا هندسة كرة القدم ، والتي توجه الطاقة بشكل صارم إلى مركز قطعة من البلوتونيوم ، بحجم بيضة الدجاج ، وتضغطها بشكل متماثل مع خطأ أقل من واحد بالمائة. علاوة على ذلك ، فإن كل عدسة مصنوعة من سبيكة من مادة TNT و RDX مع إضافة الشمع بها نوعان من الشظايا - سريعة وبطيئة. عندما سُئل أحد المشاركين في مشروع مانهاتن عام 1946 عن احتمالات صنع قنبلة سوفيتية ، أجاب بأنه لن يظهر قبل 10 سنوات. وفقط لأن الروس سيكافحون لفترة طويلة حول مشكلة التناظر المثالي للانفجار الداخلي.
السوفياتي "فات مان"
يبلغ طول القنبلة السوفيتية RDS-1 330 سم وقطرها 150 سم ووزنها 4700 كجم. تم وضع الكرات المتداخلة مركزيا داخل الجسم على شكل قطرة مع مثبت كلاسيكي على شكل X.
في وسط الهيكل بأكمله كان يوجد "فتيل نيوتروني" ، والذي كان عبارة عن كرة بريليوم ، يوجد بداخلها مصدر نيوتروني بولونيوم 210 محمي بقشرة من البريليوم. عندما وصلت موجة الصدمة إلى المصهر ، اختلط البريليوم والبولونيوم ، وأطلقت النيوترونات "إشعالًا" سلسلة من التفاعلات إلى البلوتونيوم.
بعد ذلك جاء نصفي الكرة الأرضية 10 سم من البلوتونيوم 239 في حالة ذات كثافة منخفضة. هذا جعل البلوتونيوم أسهل في المعالجة ، وكانت الكثافة النهائية المطلوبة نتيجة للانفجار الداخلي. تمتلئ المسافة التي تبلغ 0.1 مم بين نصفي الكرة الأرضية بطبقة من الذهب ، مما حال دون الاختراق المبكر لموجة الصدمة في فتيل النيوترون.
تم تنفيذ وظيفة عاكس النيوترون بواسطة طبقة من اليورانيوم الطبيعي بسمك 7 سم ووزنها 120 كجم. حدث تفاعل انشطار فيه مع إطلاق نيوترونات ، والتي عادت جزئيًا إلى قطعة من البلوتونيوم. أعطى اليورانيوم 238 20٪ من قوة القنبلة.
طبقة "الدافع" ، وهي عبارة عن كرة من الألومنيوم بسماكة 11.5 سم ووزنها 120 كجم ، كان الغرض منها إخماد موجة تايلور ، مما يؤدي إلى انخفاض حاد في الضغط خلف مقدمة التفجير.
كان الهيكل محاطًا بقذيفة متفجرة يبلغ سمكها 47 سم ووزنها 2500 كجم ، وتتكون من نظام معقد من العدسات المتفجرة مركزة باتجاه مركز النظام. كانت 12 عدسة خماسية ، 20 كانت سداسية. تتكون كل عدسة من أقسام متناوبة من المتفجرات سريعة التفجير والبطيئة ، والتي لها صيغة كيميائية مختلفة.
كان للقنبلة نظامان مستقلان للتفجير - من الاصطدام بالأرض وعندما يصل الضغط الجوي إلى قيمة محددة مسبقًا (فتيل عالي الارتفاع).
تم تصنيع خمس قنابل RDS-1. تم تفجير أولها في مكب نفايات بالقرب من سيميبالاتينسك في موقع أرضي. تم تسجيل قوة الانفجار رسميًا عند 20 كيلو طن ، ولكن مع مرور الوقت تبين أن هذا كان تقديرًا مرتفعًا للغاية. حقيقي - على نصف المستوى. بحلول ذلك الوقت ، كان لدى الأمريكيين بالفعل 20 قنبلة من هذا القبيل ، وكانت أي ادعاءات بالتكافؤ لا أساس لها من الصحة. لكن الاحتكار انكسر.
لم يتم إطلاق أربع قنابل أخرى في الهواء. تم وضع RDS-3 ، وهو تطوير سوفيتي أصلي ، في الخدمة. كان لهذه القنبلة ، بأبعادها ووزنها الأصغر ، عائد 41 كيلوطن. أصبح هذا ممكنًا ، على وجه الخصوص ، بسبب تعزيز تفاعل انشطار البلوتونيوم عن طريق التفاعل الحراري النووي لانصهار الديوتيريوم والتريتيوم.
