60 ปีที่แล้ว - เมื่อวันที่ 29 สิงหาคม พ.ศ. 2492 - ระเบิดปรมาณูโซเวียตลูกแรก RDS-1 ที่มีผลผลิต 20 kt ได้รับการทดสอบที่ไซต์ทดสอบ Semipalatinsk ต้องขอบคุณเหตุการณ์นี้ ความเท่าเทียมกันทางทหารเชิงกลยุทธ์ระหว่างสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกาจึงถูกสร้างขึ้นในโลก และสงครามสมมติที่ส่งผลร้ายแรงต่อสหภาพโซเวียตก็เกิดขึ้นจริงในสถานะการรวมตัวที่เยือกเย็น
ตามรอยโครงการแมนฮัตตัน
สหภาพโซเวียต (เช่นเดียวกับเยอรมนี) มีเหตุผลทุกประการที่จะเป็นผู้นำในการแข่งขันนิวเคลียร์ สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้นเพราะบทบาทอันยิ่งใหญ่ที่วิทยาศาสตร์มีต่ออุดมการณ์ของรัฐบาลใหม่ ความเป็นผู้นำของพรรคคอมมิวนิสต์ตามศีลของแรงงานอมตะ "วัตถุนิยมและการวิจารณ์เอ็มปิริโอ" เฝ้าดูความเจริญรุ่งเรืองของ "อุดมคติทางกายภาพ" อย่างกระวนกระวายใจ ในช่วงทศวรรษที่ 1930 สตาลินมีแนวโน้มที่จะไม่ไว้วางใจนักฟิสิกส์เหล่านั้นที่อ้างว่าด้วยความช่วยเหลือของปฏิกิริยาลูกโซ่บางอย่างในไอโซโทปของธาตุหนัก มันเป็นไปได้ที่จะปล่อยพลังงานมหาศาลออกมา แต่ผู้ที่ปกป้องหลักการทางวัตถุในวิทยาศาสตร์
จริงอยู่ นักฟิสิกส์โซเวียตเริ่มพูดถึงความเป็นไปได้ของการใช้พลังงานนิวเคลียร์ในกองทัพในปี 1941 เท่านั้น Georgy Nikolaevich Flerov (2456-2533) ซึ่งก่อนสงครามในห้องปฏิบัติการของ Igor Vasilyevich Kurchatov (1903-1960) ทำงานเกี่ยวกับปัญหาของปฏิกิริยาลูกโซ่ของการแตกตัวของยูเรเนียมและทำหน้าที่เป็นผู้หมวดในกองทัพอากาศส่งสองครั้ง จดหมายถึงสตาลินซึ่งเขารู้สึกเสียใจ "ความผิดพลาดครั้งใหญ่" และ "การยอมจำนนโดยสมัครใจของตำแหน่งก่อนสงครามในการวิจัยฟิสิกส์นิวเคลียร์" แต่ - เปล่าประโยชน์
เฉพาะในเดือนกันยายน พ.ศ. 2485 เมื่อหน่วยข่าวกรองตระหนักถึงการติดตั้งโครงการ American Manhattan นำโดย Robert Oppenheimer (1904-1967) ซึ่งเติบโตจากกิจกรรมของคณะกรรมาธิการยูเรเนียมแองโกล - อเมริกันสตาลินได้ลงนามในพระราชกฤษฎีกา "ในองค์กร ของงานยูเรเนียม" … มันสั่งให้ USSR Academy of Sciences "กลับมาทำงานเพื่อศึกษาความเป็นไปได้ของการใช้พลังงานปรมาณูโดยการแยกตัวของยูเรเนียมและส่งไปยังคณะกรรมการป้องกันประเทศภายในวันที่ 1 เมษายน พ.ศ. 2486 รายงานเกี่ยวกับความเป็นไปได้ในการสร้างระเบิดยูเรเนียมหรือเชื้อเพลิงยูเรเนียม."
ในกลางเดือนเมษายน 2486 ในมอสโกใน Pokrovsky-Streshnevo ห้องปฏิบัติการหมายเลข 2 ถูกสร้างขึ้นซึ่งรวมถึงนักฟิสิกส์รายใหญ่ที่สุดของประเทศ Kurchatov เป็นหัวหน้าห้องปฏิบัติการและการจัดการทั่วไปของ "งานยูเรเนียม" ได้รับมอบหมายให้เป็นโมโลตอฟในขั้นต้น แต่จากนั้นเบเรียก็เข้ามาแทนที่เขาในหน้าที่นี้
เป็นที่เข้าใจได้ค่อนข้างดีว่าทรัพยากรของสหภาพโซเวียตนั้นเทียบไม่ได้กับความสามารถที่สหรัฐฯ ไม่ได้รับภาระหนักจากสงคราม อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่คำอธิบายเพียงอย่างเดียวสำหรับช่องว่างขนาดใหญ่ในระดับการพัฒนาที่ดำเนินการที่ลอส อาลามอสและมอสโก ผู้ได้รับรางวัลโนเบล 12 คนจากสหรัฐอเมริกาและยุโรป นักวิทยาศาสตร์ วิศวกร และช่างเทคนิค 15,000 คน คนงาน 45,000 คน นักชวเลข 4,000 คน พนักงานพิมพ์ดีดและเลขานุการ เจ้าหน้าที่รักษาความปลอดภัยหนึ่งพันคนซึ่งรับรองระบอบการปกครองของความลับสุดขั้วได้เข้าร่วมในโครงการแมนฮัตตัน มี 80 คนในห้องปฏิบัติการหมายเลข 2 ซึ่งมีเพียง 25 คนเท่านั้นที่เป็นนักวิจัย
เมื่อสิ้นสุดสงคราม งานในทางปฏิบัติไม่ได้เกิดขึ้นจริง: ในห้องปฏิบัติการหมายเลข 2 เช่นเดียวกับห้องปฏิบัติการหมายเลข 3 และหมายเลข 4 ที่เปิดขึ้นในต้นปี 2488 มีการแสวงหาวิธีการเพื่อให้ได้พลูโทเนียมที่เครื่องปฏิกรณ์ต่างๆ หลักการทำงาน นั่นคือพวกเขามีส่วนร่วมในการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์ไม่ใช่การทดลองและการออกแบบ
การทิ้งระเบิดปรมาณูที่ฮิโรชิมาและนางาซากิทำให้รัฐบาลของสหภาพโซเวียตมองเห็นถึงระดับของภัยคุกคามที่เกิดขึ้นทั่วประเทศ จากนั้นมีการสร้างคณะกรรมการพิเศษขึ้นซึ่งนำโดยเบเรียซึ่งได้รับอำนาจฉุกเฉินและเงินทุนไม่ จำกัด งานวิจัยที่เฉื่อยชาถูกแทนที่ด้วยนวัตกรรมที่ก้าวกระโดดไปข้างหน้า ในปี ค.ศ. 1946 เครื่องปฏิกรณ์ยูเรเนียม-กราไฟต์ที่เปิดตัวในห้องปฏิบัติการ Kurchatov เริ่มผลิตพลูโทเนียม -239 โดยการทิ้งระเบิดยูเรเนียมด้วยนิวตรอนช้า ในเทือกเขาอูราล โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเชเลียบินสค์-40 องค์กรหลายแห่งถูกสร้างขึ้นเพื่อผลิตยูเรเนียมและพลูโทเนียมเกรดอาวุธ ตลอดจนส่วนประกอบทางเคมีที่จำเป็นในการสร้างระเบิด
ใน Sarov ใกล้ Arzamas เริ่มสร้างสาขาของห้องปฏิบัติการหมายเลข 2 เรียกว่า KB-11 เขาได้รับความไว้วางใจให้พัฒนาการออกแบบระเบิดและการทดสอบไม่ช้ากว่าฤดูใบไม้ผลิปี 2491 และในตอนแรกจำเป็นต้องทำระเบิดพลูโทเนียม ทางเลือกนี้ถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าโดยข้อเท็จจริงที่ว่าห้องปฏิบัติการหมายเลข 2 มีแผนภาพโดยละเอียดของระเบิดพลูโทเนียมอเมริกัน "ชายอ้วน" ที่ทิ้งที่นางาซากิ ซึ่งถูกส่งไปให้หน่วยข่าวกรองโซเวียตโดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน คลอส ฟ็อคส์ (2454-2531) ซึ่งเข้าร่วม การพัฒนาที่ยึดมั่นในมุมมองของคอมมิวนิสต์ ผู้นำโซเวียตกำลังเผชิญกับความสัมพันธ์ที่ตึงเครียดกับสหรัฐฯ และต้องการได้รับผลในเชิงบวกที่รับประกัน ด้วยเหตุนี้ Kurchatov ผู้นำทางวิทยาศาสตร์ของโครงการจึงไม่มีทางเลือก
ยูเรเนียมหรือพลูโทเนียม?
รูปแบบคลาสสิกของปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ในไอโซโทปของยูเรเนียม 235U เป็นฟังก์ชันเลขชี้กำลังของเวลาที่มีฐาน 2 นิวตรอนซึ่งชนกับนิวเคลียสของอะตอมตัวใดตัวหนึ่ง แยกออกเป็นสองส่วน นี้จะปล่อยสองนิวตรอน ในทางกลับกันพวกเขาแยกนิวเคลียสยูเรเนียมสองนิวเคลียสแล้ว ในขั้นต่อไป การเกิดฟิชชันเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า - 4. จากนั้น - 8. และต่อๆ ไป จนกระทั่งพูดอีกครั้ง สสารทั้งหมดจะไม่ประกอบด้วยเศษของสองประเภท ซึ่งมีมวลอะตอมประมาณ 95/ 140. เป็นผลให้พลังงานความร้อนจำนวนมากถูกปล่อยออกมาซึ่ง 90% มาจากพลังงานจลน์ของชิ้นส่วนที่บินได้ (แต่ละส่วนคิดเป็น 167 MeV)
แต่เพื่อให้ปฏิกิริยาดำเนินไปในลักษณะนี้ จำเป็นจะต้องไม่สูญเสียนิวตรอนเพียงตัวเดียว ใน "เชื้อเพลิง" ในปริมาณเล็กน้อย นิวตรอนที่ปล่อยออกมาในกระบวนการฟิชชันของนิวเคลียสจะบินออกมาโดยไม่มีเวลาทำปฏิกิริยากับนิวเคลียสของยูเรเนียม ความน่าจะเป็นของการเกิดปฏิกิริยายังขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของไอโซโทป 235U ใน "เชื้อเพลิง" ซึ่งประกอบด้วย 235U และ 238U เนื่องจาก 238U ดูดซับนิวตรอนเร็วที่ไม่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาฟิชชัน ยูเรเนียมธรรมชาติประกอบด้วย 0.714% 235U เสริมสมรรถนะอาวุธเกรดต้องมีอย่างน้อย 80%
ในทำนองเดียวกัน ปฏิกิริยายังคงดำเนินต่อไปในไอโซโทปพลูโทเนียม 239Pu ด้วยลักษณะเฉพาะของตัวเอง
จากมุมมองทางเทคนิค การสร้างระเบิดยูเรเนียมทำได้ง่ายกว่าระเบิดพลูโทเนียม จริงอยู่ที่มันต้องการลำดับความสำคัญของยูเรเนียมมากกว่า: มวลวิกฤตของยูเรเนียม-235 ซึ่งปฏิกิริยาลูกโซ่เกิดขึ้นคือ 50 กก. และสำหรับพลูโทเนียม -239 นั้นคือ 5.6 กก. ในเวลาเดียวกัน การได้รับพลูโทเนียมเกรดอาวุธโดยการทิ้งระเบิดยูเรเนียม -238 ในเครื่องปฏิกรณ์ไม่ลำบากน้อยกว่าการแยกไอโซโทปยูเรเนียม-235 ออกจากแร่ยูเรเนียมในเครื่องหมุนเหวี่ยง งานทั้งสองนี้ต้องใช้แร่ยูเรเนียมอย่างน้อย 200 ตัน และการแก้ปัญหาของพวกเขาต้องการการลงทุนสูงสุดของทั้งทรัพยากรทางการเงินและการผลิตที่เกี่ยวข้องกับต้นทุนทั้งหมดของโครงการนิวเคลียร์ของสหภาพโซเวียต ในด้านทรัพยากรมนุษย์ เมื่อเวลาผ่านไปสหภาพโซเวียตแซงหน้าสหรัฐอเมริกาหลายครั้ง ในท้ายที่สุด ผู้คนจำนวน 700,000 คนซึ่งส่วนใหญ่เป็นนักโทษมีส่วนร่วมในการสร้างระเบิด
"เด็ก" หรือ "คนอ้วน"?
ระเบิดยูเรเนียมที่ทิ้งโดยชาวอเมริกันที่ฮิโรชิมาและขนานนามว่า "เด็ก" ถูกรวบรวมไว้ในถังที่ยืมมาจากปืนต่อต้านอากาศยานขนาด 75 มม. ที่เจาะถึงขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางที่กำหนด มีกระบอกสูบยูเรเนียมจำนวน 6 กระบอกวางเรียงต่อกันเป็นชุดซึ่งมีมวลรวม 25.6 กก.ความยาวของกระสุนปืนคือ 16 ซม. เส้นผ่านศูนย์กลาง 10 ซม. ที่ปลายกระบอกมีเป้าหมาย - กระบอกยูเรเนียมกลวงที่มีมวล 38, 46 กก. เส้นผ่านศูนย์กลางและความยาวภายนอกของมันคือ 16 ซม. เพื่อเพิ่มพลังของระเบิด เป้าหมายถูกติดตั้งในแผ่นสะท้อนแสงนิวตรอนที่ทำจากทังสเตนคาร์ไบด์ ซึ่งทำให้ได้ "การเผาไหม้" ที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นของยูเรเนียมที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาลูกโซ่
ระเบิดมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 60 ซม. ยาวกว่า 2 เมตร และหนัก 2300 กก. การดำเนินการของมันดำเนินการโดยจุดประกายประจุผงซึ่งขับกระบอกสูบยูเรเนียมไปตามลำกล้องปืนสองเมตรด้วยความเร็ว 300 m / s ในเวลาเดียวกัน เกราะป้องกันโบรอนก็ถูกทำลาย ที่ "จุดสิ้นสุดของเส้นทาง" กระสุนปืนเข้าสู่เป้าหมาย ผลรวมของทั้งสองส่วนเกินมวลวิกฤต และเกิดการระเบิดขึ้น
ภาพวาดของระเบิดปรมาณูซึ่งปรากฏในปี 2496 ในการพิจารณาคดีในกรณีของคู่สมรสโรเซนเบิร์กซึ่งถูกกล่าวหาว่าจารกรรมปรมาณูเพื่อสนับสนุนสหภาพโซเวียต ที่น่าสนใจคือภาพวาดนี้เป็นความลับและไม่แสดงต่อผู้พิพากษาหรือคณะลูกขุน ภาพวาดถูกยกเลิกการจัดประเภทในปี 2509 เท่านั้น ภาพ: กระทรวงยุติธรรม สำนักงานแห่งสหรัฐอเมริกา อัยการฝ่ายตุลาการภาคใต้ของนิวยอร์ก
กองทัพซึ่งได้รับมอบหมายให้ใช้งานการต่อสู้ของ "มาลิช" กลัวว่าหากจัดการอย่างไม่ระมัดระวัง การโจมตีใดๆ อาจนำไปสู่การระเบิดของฟิวส์ได้ ดังนั้นดินปืนจึงถูกบรรจุลงในระเบิดหลังจากเครื่องบินออกเท่านั้น
อุปกรณ์ของระเบิดพลูโทเนียมของสหภาพโซเวียต ยกเว้นขนาด ติดตั้งกับช่องวางระเบิดของเครื่องบินทิ้งระเบิดหนัก Tu-4 และอุปกรณ์กระตุ้นเมื่อถึงความดันบรรยากาศของค่าที่กำหนด ทำซ้ำ "การบรรจุ" ของระเบิดซ้ำทุกประการ ระเบิดอเมริกันอีกอัน - "Fat Man"
วิธีปืนใหญ่ในการนำมวลกึ่งวิกฤตสองชิ้นเข้ามาใกล้กันไม่เหมาะสำหรับพลูโทเนียม เนื่องจากสารนี้มีพื้นหลังของนิวตรอนที่สูงกว่าอย่างเห็นได้ชัด และเมื่อชิ้นส่วนถูกนำมารวมกันด้วยความเร็วที่สามารถทำได้ด้วยตัวดันระเบิด ก่อนเริ่มปฏิกิริยาลูกโซ่เนื่องจากความร้อนแรง การหลอมเหลว และการระเหยของพลูโทเนียมควรเกิดขึ้น และสิ่งนี้ย่อมจะนำไปสู่การทำลายโครงสร้างทางกลและการปล่อยสารที่ไม่ทำปฏิกิริยาสู่ชั้นบรรยากาศอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้
ดังนั้นในระเบิดโซเวียตเช่นเดียวกับในอเมริกาจึงใช้วิธีการบีบอัดพลูโทเนียมชิ้นหนึ่งโดยใช้คลื่นกระแทกทรงกลม ความเร็วคลื่นถึง 5 km / s เนื่องจากความหนาแน่นของสารเพิ่มขึ้น 2, 5 เท่า
ส่วนที่ยากที่สุดของระเบิดลูกระเบิดคือการสร้างระบบเลนส์ระเบิด ซึ่งมีลักษณะคล้ายกับรูปทรงเรขาคณิตของลูกฟุตบอล ซึ่งส่งพลังงานตรงไปยังศูนย์กลางของชิ้นส่วนของพลูโทเนียมอย่างเคร่งครัด ขนาดของไข่ไก่ และบีบให้สมมาตรด้วย ผิดพลาดน้อยกว่าหนึ่งเปอร์เซ็นต์ นอกจากนี้ เลนส์แต่ละชนิด ซึ่งทำจากโลหะผสมของ TNT และ RDX พร้อมการเติมขี้ผึ้ง มีชิ้นส่วนสองประเภท - เร็วและช้า เมื่อในปี 1946 ผู้เข้าร่วมโครงการแมนฮัตตันคนหนึ่งถูกถามเกี่ยวกับโอกาสในการสร้างระเบิดโซเวียต เขาตอบว่ามันจะปรากฏขึ้นไม่ช้ากว่า 10 ปีต่อมา และเพียงเพราะว่ารัสเซียจะต่อสู้เป็นเวลานานกว่าปัญหาสมมาตรในอุดมคติของการระเบิด
โซเวียต "คนอ้วน"
ระเบิดโซเวียต RDS-1 มีความยาว 330 ซม. เส้นผ่านศูนย์กลาง 150 ซม. และหนัก 4,700 กก. ทรงกลมที่ซ้อนกันแบบศูนย์กลางถูกวางไว้ภายในตัวเครื่องรูปทรงหยดน้ำพร้อมด้วยเหล็กกันโคลงรูปตัว X แบบคลาสสิก
ที่ศูนย์กลางของโครงสร้างทั้งหมดคือ "ฟิวส์นิวตรอน" ซึ่งเป็นลูกบอลเบริลเลียม ภายในซึ่งมีแหล่งกำเนิดนิวตรอนพอโลเนียม-210 ที่หุ้มด้วยเปลือกเบริลเลียม เมื่อคลื่นกระแทกไปถึงฟิวส์ เบริลเลียมและพอโลเนียมก็ผสมกัน และนิวตรอน "จุดไฟ" ปฏิกิริยาลูกโซ่ก็ถูกปลดปล่อยออกมาเป็นพลูโทเนียม
ถัดมาคือพลูโทเนียม -239 ซีกโลกขนาด 10 เซนติเมตรสองซีกในสถานะที่มีความหนาแน่นลดลง ทำให้พลูโทเนียมง่ายต่อการประมวลผล และความหนาแน่นสุดท้ายที่ต้องการเป็นผลมาจากการระเบิด ระยะห่าง 0.1 มม. ระหว่างซีกโลกเต็มไปด้วยชั้นของทองคำ ซึ่งทำให้คลื่นกระแทกแทรกซึมเข้าไปในฟิวส์นิวตรอนก่อนเวลาอันควร
การทำงานของตัวสะท้อนแสงนิวตรอนดำเนินการโดยชั้นของยูเรเนียมธรรมชาติที่มีความหนา 7 ซม. และมีน้ำหนัก 120 กก. ปฏิกิริยาฟิชชันเกิดขึ้นพร้อมกับการปลดปล่อยนิวตรอน ซึ่งบางส่วนกลับคืนสู่พลูโทเนียมบางส่วน ยูเรเนียม-238 ให้พลังงาน 20% ของระเบิด
ชั้น "ดัน" ซึ่งเป็นทรงกลมอลูมิเนียมหนา 11.5 ซม. และหนัก 120 กก. มีวัตถุประสงค์เพื่อซับคลื่นเทย์เลอร์ ซึ่งทำให้ความดันลดลงอย่างรวดเร็วหลังด้านหน้าของการระเบิด
โครงสร้างนี้ล้อมรอบด้วยเปลือกระเบิดที่มีความหนา 47 ซม. และหนัก 2,500 กก. ซึ่งประกอบด้วยระบบที่ซับซ้อนของเลนส์ระเบิดซึ่งมุ่งเน้นไปที่ศูนย์กลางของระบบ เลนส์ 12 ชิ้นเป็นเลนส์ห้าเหลี่ยม 20 ชิ้นเป็นเลนส์หกเหลี่ยม เลนส์แต่ละตัวประกอบด้วยส่วนที่สลับกันของการระเบิดเร็วและระเบิดช้า ซึ่งมีสูตรทางเคมีต่างกัน
ระเบิดมีระบบการระเบิดอัตโนมัติสองระบบ - จากการกระแทกพื้นและเมื่อความดันบรรยากาศถึงค่าที่กำหนดไว้ (ฟิวส์ระดับความสูง)
ผลิตระเบิด RDS-1 จำนวน 5 ลูก คนแรกถูกเป่าขึ้นที่หลุมฝังกลบใกล้เซมิปาลาตินสค์ในตำแหน่งพื้นดิน แรงระเบิดถูกบันทึกอย่างเป็นทางการที่ 20 kt แต่เมื่อเวลาผ่านไปกลับกลายเป็นว่านี่เป็นการประมาณการที่สูงเกินไป จริง - ครึ่งระดับ เมื่อถึงเวลานั้น ชาวอเมริกันมีระเบิดดังกล่าวแล้ว 20 ลูก และการเรียกร้องใด ๆ ในเรื่องความเท่าเทียมกันก็ไม่มีมูล แต่การผูกขาดถูกทำลาย
ระเบิดเหล่านี้อีกสี่ลูกไม่เคยถูกยกขึ้นไปในอากาศ RDS-3 ซึ่งเป็นการพัฒนาดั้งเดิมของโซเวียต ถูกนำไปใช้งาน ระเบิดนี้ซึ่งมีขนาดและน้ำหนักที่เล็กกว่า ให้ผลผลิต 41 นอต สิ่งนี้เป็นไปได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เนื่องจากการเพิ่มประสิทธิภาพของปฏิกิริยาฟิชชันของพลูโทเนียมโดยปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ของการหลอมรวมของดิวเทอเรียมและทริเทียม