قنبلة سوفيتية بلكنة أمريكية
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. وقد تحققت الحرب الافتراضية ذات العواقب الوخيمة على الاتحاد السوفيتي في حالته الباردة من التجمعات.
على خطى مشروع مانهاتن
كان لدى الاتحاد السوفيتي (وكذلك ألمانيا) كل الأسباب ليصبحوا روادًا في السباق النووي. لم يحدث هذا بسبب الدور الكبير الذي لعبه العلم في أيديولوجية الحكومة الجديدة. تبعت 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 ادعوا أنه بمساعدة نوع من التفاعل المتسلسل في نظائر العناصر الثقيلة ، يمكن إطلاق طاقة هائلة ، ولكن أولئك الذين دافعوا عن المبادئ المادية في العلم.
صحيح أن علماء الفيزياء السوفييت بدأوا الحديث عن إمكانيات التطبيق العسكري لطاقة النواة الذرية فقط في عام 1941. جورجي نيكولايفيتش فليروف (1913-1990) ، الذي عمل قبل الحرب في مختبر إيغور فاسيليفيتش كورتشاتوف (1903-1960) على مشكلة تفاعل تسلسلي لانشطار نوى اليورانيوم ، ثم عمل كملازم في سلاح الجو ، أرسل مرتين رسائل إلى ستالين أعرب فيها عن أسفه "للخطأ الكبير" وعن "التنازل الطوعي عن المناصب التي تم كسبها قبل الحرب في مجال البحث في الفيزياء النووية. لكن عبثا.
فقط في سبتمبر 1942 ، عندما أصبح معروفًا من الاستخبارات حول نشر مشروع مانهاتن الأمريكي برئاسة روبرت أوبنهايمر (جوليوس روبرت أوبنهايمر ، 1904-1967) ، والذي نشأ من أنشطة لجنة اليورانيوم الأنجلو أمريكية ، وقع ستالين على مرسوم "بشأن تنظيم العمل 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 GKO بحلول 1 أبريل 1943 حول إمكانية إنشاء قنبلة يورانيوم أو وقود يورانيوم. . "
في منتصف أبريل 1943 ، في موسكو ، في Pokrovsky-Streshnev ، 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 تم استبداله في هذه الوظيفة من قبل بيريا.
من الواضح تمامًا أن موارد الاتحاد السوفيتي كانت لا تضاهى بالقدرات التي كانت تمتلكها الدول ، التي لم تكن مثقلة بأعباء الحرب. ومع ذلك ، ليس هذا هو التفسير الوحيد للفجوة الهائلة في حجم التطورات التي تم تنفيذها في لوس ألاموس وموسكو. شارك في مشروع مانهاتن 12 من الحائزين على جائزة نوبل من الولايات المتحدة وأوروبا ، و 15 عالم ومهندس وفني ، و 45 عامل ، و 4 كاتب اختزال ، وكاتب وسكرتير ، وألف من ضباط الأمن الذين كفلوا السرية الشديدة. كان هناك 2 شخصًا في المختبر رقم 80 ، منهم XNUMX باحثًا فقط.
بحلول نهاية الحرب ، لم يكن العمل قد تقدم عمليًا: في المختبر رقم 2 ، وكذلك في المختبرات رقم 1945 ورقم 3 التي افتتحت في أوائل عام 4 ، تم البحث عن طرق للحصول على البلوتونيوم في المفاعلات بمبادئ تشغيل مختلفة . أي أنهم شاركوا في تطويرات علمية ، وليست تجريبية.
لقد فتح القصفان الذريان لهيروشيما وناجازاكي أعين الحكومة السوفيتية على مستوى التهديد الذي يلوح في الأفق على البلاد. ثم تم إنشاء لجنة خاصة برئاسة بيريا ، والتي 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 ، بالإضافة إلى المكونات الكيميائية اللازمة لصنع قنبلة.
في ساروف ، بالقرب من أرزاماس ، بدأ إنشاء فرع للمختبر رقم 2 ، يسمى KB-11 ، وعُهد إليه 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 بلوتونيوم الرجل السمين الأمريكي التي تم إسقاطها على ناغازاكي ، والتي تم تسليمها إلى المخابرات السوفيتية من قبل الفيزيائي الألماني كلاوس فووكس (1911-1988) الذي شارك في تطويرها ، الذين التزموا الآراء الشيوعية. كانت القيادة السوفيتية ، في مواجهة العلاقات المتوترة مع الولايات المتحدة ، في عجلة من أمرها وأرادت الحصول على نتيجة إيجابية مضمونة. في هذا الصدد ، لم يكن لدى القائد العلمي لمشروع كورتشاتوف أي خيار.
اليورانيوم أم البلوتونيوم؟
المخطط الكلاسيكي لتفاعل نووي متسلسل يحدث 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 الانقسامات - 4. ثم - 8. وهكذا ، بترتيب تصاعدي ، حتى ، مرة أخرى ، من الناحية الشرطية ، لن تتكون المادة بأكملها من شظايا من نوعين ، كتلتهما الذرية هي ذات الصلة حوالي 95/140. نتيجة لذلك ، يتم إطلاق طاقة حرارية ضخمة ، 90 ٪ منها تأتي من الطاقة الحركية للشظايا الطائرة (167 ميغا فولت لكل جزء).
ولكن لكي يستمر التفاعل بهذه الطريقة ، من الضروري ألا يضيع أي نيوترون واحد. في حجم صغير من "الوقود" ، تطير النيوترونات المنبعثة في عملية الانشطار النووي منه ، دون أن يكون لديها وقت للتفاعل مع نوى اليورانيوم. يعتمد احتمال التفاعل 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 ، يستخدم في صنع الأسلحة ، يجب 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 يستمر 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 ، فقد 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"؟
قنبلة اليورانيوم التي أسقطها الأمريكيون على هيروشيما وتدعى "كيد" تم تجميعها في برميل مستعار من مدفع مضاد للطائرات عيار 75 ملم ومثقوب إلى القطر المطلوب. تم وضع ست اسطوانات من اليورانيوم متصلة ببعضها البعض على التوالي بكتلة إجمالية قدرها 25,6 كجم. كان طول القذيفة 16 سم وقطرها 10 سم وفي نهاية البرميل كان هدفًا - أسطوانة يورانيوم مجوفة كتلتها 38,46 كجم. كان قطرها الخارجي وطولها 16 سم ، ولزيادة قوة القنبلة ، تم تثبيت الهدف في عاكس نيوتروني من كربيد التنجستن ، مما جعل من الممكن تحقيق "احتراق" كامل لليورانيوم المتضمن في التفاعل المتسلسل.
كان 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 المقذوفة 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 المدعي العام الأمريكي للمنطقة القضائية الجنوبية في نيويورك
ويخشى الجيش ، الذي عُهد إليه باستخدام "كيد" القتالي ، أن تؤدي أي ضربة إلى تفجير الفتيل إذا تم التعامل معها بلا مبالاة. لذلك ، تم تحميل البارود في القنبلة فقط بعد إقلاع الطائرة.
جهاز القنبلة السوفيتية البلوتونيوم ، باستثناء أبعادها ، والمثبت في حجرة القاذفة الثقيلة من طراز Tu-4 ، والمعدات اللازمة لإطلاقها عندما يصل الضغط الجوي إلى قيمة معينة ، كرر بالضبط "حشو" آخر القنبلة الأمريكية - "فات مان".
طريقة الاقتراب من قطعتين بكتلة شبه حرجة ليست مناسبة للبلوتونيوم ، لأن هذه المادة لها خلفية نيوترونية أعلى بكثير. وعندما تتجمع القطع بسرعة يمكن تحقيقها بمساعدة دافع التفجير ، قبل أن يبدأ التفاعل المتسلسل ، بسبب التسخين القوي ، يجب أن يحدث ذوبان وتبخر للبلوتونيوم. ويجب أن يؤدي هذا حتمًا إلى تدمير ميكانيكي للهيكل وإطلاق مواد غير متفاعلة في الغلاف الجوي.
لذلك ، في القنبلة السوفيتية ، كما في القنبلة الأمريكية ، تم استخدام طريقة لضغط قطعة من البلوتونيوم ديناميكيًا بموجة صدمة كروية. تصل سرعة الموجة إلى 5 كم / ثانية ، مما أدى إلى زيادة كثافة المادة بمقدار 2,5 مرة.
أصعب شيء في القنبلة الداخلية هو إنشاء نظام من العدسات المتفجرة ، يذكرنا بصريًا بهندسة كرة القدم ، والتي توجه الطاقة مباشرة إلى مركز قطعة من البلوتونيوم ، وهي بحجم بيضة الدجاج ، وتضغط. 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"
كان طول القنبلة السوفيتية RDS-1 330 سم وقطرها 150 سم ووزنها 4700 كجم. داخل العلبة على شكل قطرة مع مثبت كلاسيكي على شكل X ، تم وضع الكرات متداخلة بشكل متداخل مع بعضها البعض.
في وسط الهيكل بأكمله كان يوجد "فتيل نيوتروني" ، والذي كان عبارة عن كرة بريليوم ، كان بداخلها مصدرًا لنيوترونات البولونيوم 210 ، محميًا بقشرة من البريليوم. عندما وصلت موجة الصدمة إلى المصهر ، اختلط البريليوم والبولونيوم ، و "أشعلت" النيوترونات التفاعل المتسلسل وتحرر في البلوتونيوم.
بعد ذلك جاء نصفي الكرة الأرضية 10 سم من البلوتونيوم 239 في حالة كثافة منخفضة. لذلك كانت معالجة البلوتونيوم أسهل ، ونشأت 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 النيوترونات ، 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 ، تهدف إلى تخفيف موجة تايلور ، مما يؤدي إلى انخفاض حاد في الضغط خلف مقدمة التفجير.
كان البناء محاطًا بقذيفة متفجرة بسماكة 47 سم ووزنها 2500 كجم ، تتكون من نظام معقد من العدسات المتفجرة مركزة باتجاه مركز النظام. كانت 12 عدسة خماسية ، 20 كانت سداسية. تتكون كل عدسة من أقسام متناوبة من التفجير السريع والانفجار البطيء ، والتي لها تركيبة كيميائية مختلفة.
كان للقنبلة نظامان مستقلان للتفجير - بدءًا من الاصطدام بالتربة وعندما وصل الضغط الجوي إلى قيمة محددة مسبقًا (فتيل عالي الارتفاع).
تم صنع 5 قنابل RDS-1. تم تفجير أولهم على الأرض بالقرب من سيميبالاتينسك. تم تحديد قوة الانفجار رسميًا عند 20 كيلوطن ، ولكن مع مرور الوقت تبين أن هذا كان تقديرًا كبيرًا جدًا. الحقيقي هو ضعف الانخفاض. بحلول ذلك الوقت ، كان لدى الأمريكيين بالفعل 20 من هذه القنابل ، وكانت أي ادعاءات بالتكافؤ لا أساس لها. لكن الاحتكار انكسر.
أربع قنابل أخرى من هذه القنابل لم تنطلق في الهواء. تم وضع RDS-3 ، وهو تطوير سوفيتي أصلي ، في الخدمة. كان لهذه القنبلة ، ذات الأبعاد والكتلة الأصغر ، قوة 41 كيلو طن. أصبح هذا ممكنًا ، على وجه الخصوص ، بسبب تعزيز تفاعل انشطار البلوتونيوم عن طريق تفاعل الاندماج الحراري النووي للديوتيريوم والتريتيوم.
معلومات