Текст книги "Авиация и космонавтика 2013 03"

Автор книги: Автор Неизвестен

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 8 страниц)

Одно из скальных укрытий авиабазы Ринас. Перед дверями ангара заметны бронеколпаки пулеметных ДОТов. Те, кто проектировал и строил эти укрытия, видимо, всерьез полагали, что «ревизионисты-агрессоры» ворвутся прямо на аэродром… Начало 2000-х гг.

При подготовке статьи использованы материалы и фото из архива автора и сети Internet.

Главный калибр

Ядерное оружие первого поколения

К. Кузнецов, Г. Дьяконов

Мы не будем оригинальными, если скажем, что с двух атомных бомб, сброшенных 6 и 9 августа 1945 г. на Хиросиму и Нагасаки, начался совершенно новый этап в развитии человеческой цивилизации. Глобальные мировые войны навсегда ушли в историю. Осознание этого факта пришло не сразу, но сейчас, после 45 лет холодной войны, стало уже ясно, что ядерное оружие вообще нельзя считать оружием в традиционном смысле этого слова, означающим техническое средство ведения войны. Являясь всё это время наиболее эффективным средством поддержания глобального мира, оно не способно уберечь своих обладателей от позорных поражений в малых войнах (Суэцкий и Карибский кризисы, Корея, Вьетнам, Афганистан и др.).

История создания атомного оружия до сих пор полна белых пятен и ещё ждёт своего летописца, мы же в рамках краткого обзора остановимся только на наиболее важных событиях.

Особый драматизм этой истории придает тот факт, что явление деления ядра урана было открыто на рубеже 1938–1939 гг., когда скорое вооруженное столкновение в Европе стало уже практически неотвратимым, но мировое научное сообщество было ещё единым. Если бы это произошло всего на год-два раньше, а такое вполне могло случиться, очень вероятно, что атомное оружие было бы применено в Европе, причём наибольший научно-технический потенциал для его создания имела Германия. После начала Второй мировой войны, когда коллективный разум физиков был разделен линиями фронтов, а фундаментальная наука была отложена до лучших времен, это открытие вообще могло не состояться.

Как бы там ни было, деление ядер урана было открыто, что послужило толчком к развитию ядерной техники.

Сделаем небольшое отступление для читателей, слегка забывших курс общей физики. Для возникновения и развития цепной реакции деления необходимо, чтобы в данный момент времени число испускаемых нейтронов было больше числа поглощенных ядрами урана и других материалов, а также ушедших через поверхность образца, то есть коэффициент размножения нейтронов должен быть больше единицы. Количество испускаемых при делении нейтронов пропорционально плотности вещества и объёму, а количество уходящих нейтронов пропорционально площади поверхности образца, поэтому коэффициент размножения увеличивается с ростом его размеров. Состояние с коэффициентом размножения нейтронов, равным единице, получило название критического, а соответствующая масса вещества – критической массы. Величина критической массы зависит от формы образца, его плотности, наличия других материалов, играющих роль поглотителя или замедлителя нейтронов, поэтому состояния критичности можно достичь различными способами, иногда даже помимо желания экспериментатора.

Ко времени открытия деления ядер урана было уже известно, что природный уран представляет собой смесь двух основных изотопов – 99,3 % 238U и 0,7 % 235U. Вскоре было показано, что цепная реакция возможна в изотопе 235U.

Таким образом, задача овладения ядерной энергией сводилась к задаче промышленного разделения изотопов урана, технически очень сложной, но вполне разрешимой. В условиях начинавшейся большой войны вопрос создания атомной бомбы становился вопросом времени.

Ещё спустя некоторое время было установлено, что цепная реакция возможна в искусственном элементе – плутонии 239Ри. Его можно было получить облучая природный уран в ядерном реакторе.

Пионером в разработке ядерного оружия, можно считать Францию. Имея отлично оснащённую лабораторию в Коллеж де Франс и государственную поддержку, французы выполнили много фундаментальных работ в ядерной области. В 1930-х гг. Франция скупила все запасы урановой руды в Бельгийском Конго, что составляло половину всего мирового запаса урана. В 1940 г., после падения Франции, эти запасы на двух транспортах были переправлены в Америку. Впоследствии вся американская ядерная программа базировалась именно на этом уране.

Немецкие оккупационные власти не обратили внимания на ядерную лабораторию – такие исследования не были в Германии приоритетными. Лаборатория благополучно пережила оккупацию и сыграла ведущую роль при создании французской бомбы после войны.

В последнее время появилось много публикаций о том, что немцы близко подошли к созданию ядерной бомбы или даже имели её. Данный эпизод показывает, что это не так. В конце войны американцы послали в Европу специальную комиссию, которая шла за наступающими войсками союзников и разыскивала следы немецких ядерных исследований. Её отчёт был опубликован, в том числе и на русском языке. Единственная существенная находка – образец недостроенного ядерного реактора. Его изучение показало, что критического состояния этот реактор достичь не мог. Так что до создания бомбы немцам было очень далеко…

В Англии работы по исследованию деления урана начались позже, чем во Франции, зато сразу с четкой направленностью на создания атомного оружия. Британцы выполнили расчёт, хотя и очень приближённый, критической массы урана 235, который не превышал 100 кг, а не тонн, как предполагалось ранее. Была предложена первая работоспособная схема ядерной бомбы пушечного типа. В ней критическая масса создаётся быстрым сближением двух кусков 235U в пушечном стволе. Скорость сближения оценивалась в 1ОО0…18ОО м/с. В дальнейшем оказалось, что эта скорость была сильно завышена. В связи с уязвимым положением Великобритании под немецкими бомбами, работы были перенесены в Канаду, а потом и в США.

Работы над атомной бомбой в США начались под влиянием Англии, и физиков (как отечественных, так и эмигрировавших из Германии). Основным аргументом был вопрос – а вдруг Германия создаёт атомную бомбу? Деньги на исследования были выделены, и 2 декабря 1942 г в Чикаго был запущен первый атомный реактор на природном уране и графите, в качестве замедлителя, а 13 августа 1942 г. был создан Манхэттенский округ инженерных войск.

Так возник Манхэттенский проект, увенчавшийся созданием атомной бомбы в 1945 г.

Главным вопросом при создании бомбы, было получение пригодных для неё делящихся материалов. Природные изотопы урана – 235U и 238U имеют совершенно одинаковые химические и физические свойства, поэтому разделить их известными на то время методами было невозможно. Разница состоит в ничтожном различии в атомной массе этих изотопов. Только используя эту разницу, можно попробовать разделить изотопы.

Исследования показали практическую осуществимость четырёх методов разделения изотопов урана:

– электромагнитное разделение;

– газодиффузионное разделение;

– термодиффузионное разделение;

– разделение изотопов на высокоскоростных центрифугах.

Все четыре метода требовали строительства огромных заводов с многоступенчатым производственным процессом, потребляющих большое количество электроэнергии, требующих больших объёмов глубокого вакуума и других тонких и сложных технологий. Финансовые и интеллектуальные затраты обещали быть огромными. Тем не менее, в США были построены обогатительные заводы по первым трём методам (высокоскоростные центрифуги в то время оставались лабораторными образцами).

К концу 1945 г. производительность американской промышленности составила 40 кг оружейного урана 235 – 80 % (позже – 90 %) обогащения. Для секретности оружейный уран назвали сплав Оралой. Обогащённый уран использовался не только для создания бомбы. Уран, обогащённый до 3 %…4% нужен для создания реакторов.

В последнее время часто упоминается обеднённый уран. Здесь нужно понимать, что это уран, из которого извлекли какую то часть изотопа 235U. То есть, по сути дела, это отходы ядерного производства. Такой уран используют для легирования твёрдых сплавов, применяемых в бронебойных артиллерийских снарядах. Другое применение урана – создание некоторых красок.

Для производства оружейного плутония в Хэнфорде, шт. Вашингтон, был создан промышленный комплекс, включающий: атомные уран-графитовые реакторы, радиохимическое производство для выделения плутония из извлечённых из реакторов материалов, а также металлургическое производство. Плутоний – металл, и его нужно плавить и рафинировать.

В плутониевом цикле свои трудности: мало того, что атомный реактор сам по себе – сложнейший агрегат, требующий многих знаний и больших затрат, но и весь цикл – грязный. Всё оборудование и выпускаемая продукция были радиоактивными, что требовало применения особых методов производства и средств защиты.

Первую продукцию – металлический плутоний-239 – завод в Хэнфорде выдал в начале 1945 г. Его производительность в 1945 г. составляла около 20 кг плутония в месяц, что позволяло изготавливать в месяц до трех атомных бомб.

До середины 1942 г. разработке собственно атомной бомбы особого внимания не уделялось. Главным считалось получение для неё делящихся материалов – урана-235 и плутония-239. Для разработки и сборки атомных бомб в пустынном штате Нью-Мексико был построен закрытый научный городок Лос-Аламос (Лагерь V).

Весной 1945 г. в Лос-Аламосе действовали следующие подразделения: теоретической физики (директор X. Бете), экспериментальной ядерной физики (Дж. Кеннеди и С. Смит), военное (У. Парсонс), взрывчатых веществ (Г. Кистяковский), физики бомбы (Р. Бахер), перспективных исследований (Э. Ферми), химии и металлургии. Каждое подразделение делилось на группы по усмотрению их руководителей.

Схема атомной бомбы Mk.I Little Boy.

1 – стальной отражатель; 2 – нейтронный инициатор; 3 – мишень (три кольца из урана-235); 4 – антенна радиовысотомера Арчи (4 шт.); 5 – узел подвески бомбы; 6 – ствол пушки; 7 – корпус бомбы; 8 – электроразъём; 9 – блок автоматики подрыва; 10 – разъём корпуса; 11 – коллектор бародатчика; 12 – воздухозаборники бародатчика; 13 – цилиндрический снаряд из урана-235; 14 – затвор; 15 – электродетонатор; 16 – съёмное хвостовое оперение; 17 – пороховой заряд.

Создание американских атомных бомб обошлось недёшево. Общие затраты оцениваются суммой, превышающей 2 млрд. долл. Только в Лос-Аламосе на начальном этапе создания ядерного оружия произошло семь радиационных аварий с человеческими жертвами. Наиболее известна гибель от переоблучения молодого физика Луи Слотина, занимавшегося опасными экспериментами с подкритическими сборками.

30 декабря 1944 г ген. Гровс докладывал своему начальству:

«Теперь можно учитывать в наших оперативных планах существование бомбы пушечного типа, которая должна предположительно иметь мощность, эквивалентную взрыву 10000 т тринитротолуола (ТНТ). Если не производить настоящего испытания (нам это не кажется необходимым), первая бомба должна быть готова к 1 августа 1945 г. Вторая должна быть закончена к концу года, а последующие… через промежутки времени, которые предстоит уточнить.

Сначала мы надеялись, что к концу весны станет возможным создать бомбу компрессионного (имплозивного – авт.) типа, однако эти надежды не сбылись вследствие трудностей научного характера, которые пока не удалось преодолеть. В настоящее время эти осложнения приводят к тому, что нам необходимо большее количество материала, который будет использован с меньшей эффективностью, чем это предполагалось ранее. Мы будем располагать достаточным количеством сырья для изготовления бомбы компрессионного типа к концу июля. Эта бомба должна будет иметь мощность, эквивалентную примерно 500 т ТИТ. Можно надеяться, что во второй половине 1945 г. нам удастся изготовить… другие дополнительные бомбы. Они будут иметь большую мощность: по мере продолжения работ мощность каждой бомбы сможет достичь эквивалента 1000 т ТИТ; если нам удастся разрешить некоторые проблемы, мощность атомной бомбы сможет достичь 2500 т ТНТ.

Оперативный план, основанный в настоящее время на более надежном использовании мощной бомбы пушечного типа, предполагает также использований бомб компрессионноно типа, когда их будет достаточное количество. Осуществление различных стадий нашего плана не должны препятствовать никакие трудности, за исключением тех, которые связаны с решением проблем, имеющих чисто научный характер».

Обращает на себя внимание уверенность генерала в успехе урановой бомбы и очень осторожное его отношение к бомбе плутониевой.

Здесь настало время перейти к конкретному описанию конструкции первых американских атомных бомб – знаменитых «Малыша» и «Толстяка», а также их послевоенных модификаций.

В период разработки и в 1945 г. они назывались (совсем как у нас) скромным словом изделие (gadget), но после войны, с официальным принятием изделий на вооружение, они получили соответствующую маркировку. «Малыш» и «Толстяк» получили обозначение соответственно Mk.I и Mk.III, нереализованный проект плутониевой бомбы военного времени – Mk.II.

Конструкция бомбы пушечного типа Little Boy («Малыш») была разработана под руководством Уильяма Парсонса. Принцип её действия был основан на создании критической массы урана-235 путём сближения двух подкритических масс в орудийном стволе. Схема такой бомбы и основные методы разделения изотопов урана были изложены ещё в английском отчете Комитета Томсона, переданном американским специалистам осенью 1941 г., поэтому «Малыша» можно с полным основанием называть бомбой английского типа.

В отчёте Комитета Томсона указывалась основная трудность на пути реализации пушечной схемы – большая требуемая скорость сближения подкритических масс. Она необходима для того, чтобы не допустить преждевременного разлёта урана при начале цепной реакции. По оценкам английских специалистов, эта скорость составляла примерно 1000–1800 м/с, что близко к предельной для артиллерийских систем величине. Дальнейшие исследования показали, что эта оценка завышена, и при условии использования для начала цепной реакции нейтронного инициатора, скорость сближения подкритических масс может быть намного меньшей – порядка 300–500 м/с. Кроме того, задача существенно облегчалась тем, что конструкция была одноразовой, поэтому запас прочности ствола можно было принять близким к единице. Интересно, что по воспоминаниям Гровса, это было осознано разработчиками бомбы не сразу, поэтому первоначально её конструкция получалась сильно перетяжелённой.

Ядерный заряд из урана-235 – 80 % обогащения состоит из двух подкритических масс – цилиндрического снаряда и мишени, помещённых в ствол из легированной стали. Мишень представляет собой три кольца диаметром 152 мм 6 дюймов) и общей длиной 203 мм 8 дюймов), установленных в массивном стальном отражателе нейтронов диаметром 610 мм (24 дюйма). Отражатель выполняет также роль инертной массы, препятствующей быстрому разлёту делящихся материалов при развитии цепной реакции. Масса стального отражателя составляет 2270 кг – больше половины всей массы бомбы.

Масса уранового заряда «Малыша» составляет 60 кг, из которых 42 % (25 кг) приходятся на снаряд, а 58 % (35 кг) – на мишень. Это значение примерно соответствует критической массе урана-235 – 80 % обогащения. Для быстрого развития цепной реакции и, следовательно, высокого коэффициента использования делящихся материалов применён нейтронный инициатор, установленный на дне мишени.

В принципе, заряд пушечного типа может работать и без нейтронного инициатора, но тогда цепная реакция в массе, незначительно превышающей критическую, будет развиваться медленнее, что уменьшит коэффициент использования делящихся материалов.

Калибр пушечного ствола составляет 76,2 мм (3 дюйма – один из стандартных артиллерийских калибров), а его длина – 1830 мм. В хвостовой части бомбы помещается поршневой затвор, урановый снаряд и картузный заряд бездымного пороха, массой несколько фунтов (1 фунт – 0,454 кг). Масса ствола составляет 450 кг, затвора – 35 кг. При выстреле урановый снаряд разгоняется в стволе до скорости около 300 м/с. В популярных фильмах, посвящённых ядерному I оружию, показывают драматическую сцену, как в полёте, в бомбовом отсеке, специалист по ядерному оружию откручивает какие-то гайки и выполняет какие-то манипуляции с бомбой, тщательно пересчитывая гайки. Так он заряжает «Малыша» перед сбросом.

Корпус «Малыша» имел цилиндрическую форму и, по мнению летчиков, больше всего напоминал мусорный бак с хвостом. Для защиты от осколков |зенитных снарядов он выполнен из легированной стали толщиной 51 мм (2 дюйма).

Сборка бомбы «Малыш» (Little boy) на о. Тиниан перед боевым применением

Бомба «Малыш» после частичной контрольной сборки. Антенна радиовысотомера установлено

Требование защиты от зенитной артиллерии после войны было признано надуманным, привёдшим лишь к неоправданному перетяжелению первых атомных бомб. Действительно, попасть в небольшую бомбу, падающую с околозвуковой скоростью, практически невозможно.

Бомба имеет стандартное для американских авиабомб Второй мировой войны довольно громоздкое хвостовое оперение. Длина «Малыша» составляет 3200 мм, диаметр – 710 мм, полный вес – 4090 кг. Бомба имеет один узел подвески. После отделения от самолёта бомба свободно падала по баллистической траектории, достигая у земли околозвуковых скоростей. Никакой парашютной системы, упоминаемой в некоторых популярных книгах, не было. Благодаря передней центровке и большому удлинению, «Малыш» выгодно отличался от «Толстяка» устойчивостью на траектории и, следовательно, хорошей точностью попадания.

Система подрыва бомбы должна была обеспечить её взрыв на высоте 500–600 м над землёй, оптимальной для образования у поверхности мощной ударной волны. Известно, что ядерный взрыв имеет четыре основных поражающих фактора: ударную волну, световое излучение, проникающую радиацию и радиоактивное заражение местности. Последнее максимально при наземном взрыве, когда большинство радиоактивных продуктов деления остается на месте взрыва. Система подрыва должна удовлетворять двум совершенно противоположным требованиям:

1. Бомба должна быть безопасной в обращении, поэтому несанкционированный ядерный взрыв должен быть совершенно исключён.

2. При сбросе над целью должен быть гарантирован взрыв на заданной высоте, в крайнем случае – самоликвидация бомбы при ударе о землю, чтобы она не попала в руки противника.

Основными компонентами системы подрыва являются четыре радиовысотомера, барометрический и временной предохранители, блок автоматики, источник питания (аккумулятор).

Радиовысотомеры APS-13 Арчи обеспечивают взрыв бомбы на заданной высоте. При этом для повышения надёжности блок автоматики подрыва срабатывает при получении сигнала от любых двух из четырех высотомеров. Малогабаритный высотомер Арчи был разработан ранее в лаборатории Альвареса по заказу ВВС как радиодальномер защиты хвоста самолёта, но в этом качестве он не нашёл широкого применения. Дальность действия Арчи составляла 600–800 м; используемый как радиовысотомер, он выдавал команду на подрыв бомбы на высоте 500–600 м. Так как носовая часть бомбы занята массивным стальным отражателем, характерные штыревые антенны Арчи размещаются на боковой поверхности корпуса. Антенны были весьма уязвимы, поэтому при хранении и транспортировке бомбы они снимались. Интересно, что 6 и 9 августа 1945 г., в дни атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, чтобы не помешать работе радиовзрывателей «Малыша» и «Толстяка», всей американской авиации, действовавшей над Японией, было запрещено ставить радиопомехи.

Для предотвращения несанкционированного взрыва бомбы служит барометрический предохранитель, который блокирует цепи подрыва на высотах, больших 2135 м. Давление к бародатчику подаётся через снабженные дефлекторами воздухозаборники, симметрично расположенные вокруг хвостовой части бомбы.

Временной предохранитель (таймер) предотвращает срабатывание радиовысотомера по сигналу, отражённому от самолёта-носителя в случае неисправности барометрического предохранителя. Он блокирует цепь подрыва в течение первых 15 с после отделения от самолёта.

Таким образом, автоматика бомбы работает следующим образом:

1. Сброс бомбы осуществляется с высоты 9500-10000 м. Через 15 с после отделения от самолёта– носителя, когда бомба удаляется от него примерно на 1100 м, временной предохранитель включает систему подрыва.

2. На высоте 2100–2200 м барометрический предохранитель включает радиовысотомеры и цепь зарядки высоковольтного конденсатора подрыва по схеме: аккумулятор – инвертор – трансформатор – выпрямитель – конденсатор.

3. На высоте 500–600 м при срабатывании двух из четырёх радиовысотомеров, блок автоматики подрыва разряжает конденсатор на электродетонатор пушечного заряд а

4. В случае полного отказа всех вышеперечисленных систем, бомба взрывается от обычного взрывателя, при ударе о землю.

Расчетный тротиловый эквивалент (ТЭ) «Малыша» составлял от 10 до 15 кт.

На изготовление первой атомной бомбы, сброшенной 6 августа 1945 г. на Хиросиму, ушёл практически весь полученный к тому времени оружейный уран, поэтому полигонные испытания бомбы не проводились, тем более, что работоспособность её несложной и хорошо отработанной конструкции сомнений не вызывала. Вообще разработка и доводка «Малыша» были практически закончены к концу 1944 г., и его применение задерживалось только отсутствием необходимого количества урана-235. Обогащённый уран с большими трудностями был получен только в июне 1945 г.

По разрушениям в Хиросиме была проведена приблизительная оценка мощности бомбы, которая реально составляла 12–15 кт тротилового эквивалента. Количество урана, вступившего в реакцию деления, не превышало 1,3 %.

На производство 1 кг урана-235 80 % обогащения по технологии 1945 г. требовалось около 600000 кВт-ч электроэнергии и более 200 кг природного урана, соответственно один «Малыш» с урановым зарядом массой 60 кг обходился в 36000 МВт– ч энергии, более 12 т урана и полтора месяца непрерывной работы промышленного гиганта в Ок-Ридже. Именно из-за неэкономичного использования крайне дорогостоящих делящихся материалов, ядерные заряды пушечного типа, впоследствии, были почти полностью вытеснены имплозивными.

После войны история «Малыша» не закончилась. Между августом 1945 г. и февралем 1950 г. было изготовлено пять урановых бомб типа Mk.I, все они были сняты с вооружения уже в январе 1951 г. Вновь о «Малыше» вспомнили, когда флоту США потребовалась малогабаритная атомная бомба для разрушения сильно защищённых целей. Модернизированный вариант «Малыша» получил обозначение Мк.8 и состоял на вооружении с 1952 по 1957 гг.

Другой путь создания атомной бомбы базировался на использовании плутония. Основная трудность в создании плутониевой бомбы заключалась в свойствах самого плутония. Он делится интенсивнее, чем уран, поэтому критическая масса для плутония существенно меньше, чем у урана (11 кг для 239Ри и 48 кг для 235U). Плутоний радиоактивен и ядовит, поэтому при работах с ним нужно использовать средства защиты.

Металлический плутоний имеет малую прочность, в диапазоне температур от комнатной до температуры плавления проходит шесть модификаций строения кристаллической решётки, с разной плотностью и подвергается интенсивной коррозии на открытом воздухе. Кроме того, он постоянно выделяет тепло, которое необходимо отводить. Для преодоления этих черт, детали из плутония приходится легировать другими металлами и наносить защитные покрытия.

Как было сказано ранее, критическое состояние можно получить не только быстрым сближением двух масс (для плутония этот путь не выгоден, в силу ряда причин), но и путём увеличения плотности подкритической массы делящегося материала. Плутоний для этого подходил лучше, чем уран.

Из школьного курса физики мы знаем, что твёрдые тела и жидкости несжимаемы. Для повседневной жизни – это действительно так. Но если приложить ОЧЕНЬ большое давление, то твёрдое тело (кусок плутония) можно сжать. Тогда он достигнет критического состояния, и произойдёт ядерный взрыв. Достичь этого давления можно с помощью взрыва обычной взрывчатки.

Для этого нужно ядро из плутония поместить в сферу из обычного взрывчатого вещества (ВВ). По всей поверхности взрывчатки расположить детонаторы и одновременно их подорвать. Тогда внешняя поверхность сферы будет разлетаться в стороны, а детонационная волна пойдёт внутрь и сожмёт ядерный заряд.

Практически осуществить мы это не можем – ведь невозможно на поверхности сферы разместить огромное количество детонаторов. Решением проблемы стала нетривиальная идея имплозии (Implosion) – взрыва, направленного вовнутрь, предложенная Сетом Неддермейером. Процесс взрыва нам кажется мгновенным, но на самом деле процесс детонации ВВ происходит во фронте детонационной волны, которая распространяется в взрывчатке со скоростью 5200…7800 м/с. Для разных сортов взрывчатки скорость детонации разная.

Для получения сферически сходящейся волны, поверхность сферы была разделена на отдельные блоки. В каждом блоке детонация инициируется в одной точке, а затем расходящаяся из этой точки волна детонации преобразуется линзой в сходящуюся. Принцип действия линзы из ВВ совершенно аналогичен принципу действия обычной оптической линзы. Преломление фронта волны детонации осуществляется за счет различной скорости детонации в различных взрывчатых веществах. Чем больше разница скоростей детонации в элементах линзового блока, тем он получается компактнее. Из геометрических соображений, на поверхности сферы можно разместить 32, 60 или 92 линзы.

Чем больше линз в сферически симметричном заряде, тем он компактнее, а сферичность имплозии выше, но сложнее автоматика подрыва. Последняя должна обеспечить одновременный подрыв всех детонаторов с разбросом по времени не более 0,5–1,0 мкс.

В первые послевоенные годы, в печати часто обсуждался вопрос о секрете атомной бомбы. И хотя Вячеслав Молотов, в одной из своих речей сказал, что для нас никакого секрета не существует, мы должны понимать, что этот «секрет» распадается на множество составляющих секретов, каждый из которых важен для общего успеха. О трудностях получения делящихся материалов мы уже упоминали. Не менее важно было понимать свойства взрывчатки и процессов её детонации. Необходимо было обеспечить стабильность качества взрывчатки независимо от партии и внешних условий. Это потребовало проведения больших исследовательских работ.

Другой секрет – разработка системы подрыва и детонаторов, одновременно срабатывающих на всей сфере заряда. Это так же является технологическим секретом.

Кольцо из оружейного плутония, после электрорафинирования. Такие кольца были типичными для колец, очищенных в Лос-Аламосе.

Потом плутоний будет ещё не раз переплавлен и очищен, прежде чем его зальют в форму для ядра атомной бомбы.

Плутоний, современная фотография. Если её сравнить со старыми фото, то кажется, что сейчас плутоний отливают в те же изложницы, что и

(так в оригинале – издательская ошибка)

Рафинированные отливки из плутония. Их ещё раз переплавят и отольют ядро для бомбы

Плутоний – вещество опасное. Оно не только радиоактивно, но и просто ядовито. Поэтому в руки брать его можно в толстых резиновых перчатках

Схема работы имплозивного заряда.

1 – электродетонаторы; 2 – баротоловая линза; 3 – блок ВВ (состав В); 4 – внутренний слой составного заряда (состав В); 5 – отражатель нейтронов; 6 – ядро из делящихся материалов; 7 – нейтронный инициатор.

Центральный металлический узел ядерного заряда, состоит из концентрически установленных (от центра к периферии) импульсного источника нейтронов, ядра из делящихся материалов и отражателя нейтронов из природного урана. После войны, центральный узел усовершенствовали – между внутренним слоем отражателя нейтронов и ядром из плутония оставили некоторый зазор. Ядро оказывается как бы висящим, левитирующим внутри заряда. При взрыве (имплозии) отражатель, в этом зазоре, успевает набрать дополнительную скорость до удара в ядро. Это позволяет существенно увеличить степень сжатия ядра и, соответственно, коэффициент использования делящихся материалов. Левитирующее ядро использовалось в зарядах послевоенных бомб Мк.4, Мк.5, Мк.6, Мк.7 и др.

Из сказанного выше вытекает один из способов обеспечения безопасности при хранении ядерных боеприпасов: нужно извлечь делящееся ядро из взрывающейся сферы, и хранить его отдельно. Тогда в случае аварии взорвётся обыкновенная взрывчатка, но ядерного взрыва не будет. Вводить ядро в боеприпас нужно непосредственно перед применением.

Отработка имплозивного заряда требовала большого объёма взрывных экспериментов с инертным веществом вместо плутониевого ядра. Конечной целью было добиться правильного сферического обжатия центрального ядра. После интенсивных работ, 7 февраля 1945 г. был испытан имплозивный заряд (без делящихся материалов) давший удовлетворительные результаты. Это открыло путь к созданию «Толстяка».

Принцип действия бомбы имплозивного типа и само слово имплозия оставались в США секретными даже после опубликования в 1946 г. известного официального отчета «Атомная энергия для военных целей». Впервые краткое описание имплозивной бомбы появилось только в 1951 г. в материалах судебного расследования по делу советского агента Дэвида Грингласса, работавшего механиком в Лос-Аламосе.

Вершиной второго, плутониевого, направления Манхэттенского проекта стала бомба Mk.III «Fat Man» («Толстяк»).

В центре заряда помещён источник нейтронов (инициатор), за характерный внешний вид получивший прозвище шарик для гольфа.

Активным материалом атомной бомбы является легированный плутоний-239, с плотностью 15,8 г/см³. Заряд изготовлен в виде полого шара, состоящего из двух половинок. Внешний диаметр шара 80–90 мм, масса – 6,1 кг. Это значение массы плутониевого ядра приведено в рассекреченном ныне докладе генерала Гровса от 18 июня 1945 г. о результатах первого ядерного испытания.

Плутониевое ядро установлено внутри полого шара из металлического природного урана с внешним диаметром 460 мм (18 дюймов). Урановая оболочка играет роль отражателя нейтронов и также состоит из двух полусфер. Снаружи урановый шар окружен тонким слоем боросодержащего материала, уменьшающего вероятность преждевременного начала цепной реакции. Масса уранового отражателя – 960 кг.

Вокруг центрального металлического узла размещается составной заряд взрывчатого вещества. Заряд ВВ состоит из двух слоёв. Внутренний формируется двумя полусферическими блоками, изготовленными из мощной взрывчатки. Внешний слой ВВ образован линзовыми блоками, схема которых описана выше. Детали блоков изготовлены из ВВ с точными (машиностроительными) допусками размеров. Всего во внешнем слое составного заряда 60 блоков ВВ с 32 взрывными линзами.