Vor 60 Jahren - am 29. August 1949 - wurde auf dem Testgelände Semipalatinsk die erste sowjetische Atombombe RDS-1 mit einer angegebenen Ausbeute von 20 kt erfolgreich getestet. Dank dieses Ereignisses wurde angeblich eine strategische militärische Parität zwischen der UdSSR und den Vereinigten Staaten in der Welt hergestellt. Und ein hypothetischer Krieg mit katastrophalen Folgen für die Sowjetunion wurde in ihrem kalten Aggregatzustand realisiert.
Auf den Spuren des Manhattan-Projekts
Die Sowjetunion (wie auch Deutschland) hatte allen Grund, im nuklearen Wettlauf führend zu werden. Dies geschah nicht wegen der großen Rolle, die die Wissenschaft in der Ideologie der neuen Regierung spielte. Die Führung der Kommunistischen Partei, die den Grundsätzen der unsterblichen Arbeit "Materialismus und Empiriekritik" folgte, beobachtete ängstlich das Aufblühen des "physischen Idealismus". In den 1930er Jahren neigte Stalin dazu, nicht den Physikern zu vertrauen, die argumentierten, dass mit Hilfe einer bestimmten Kettenreaktion in Isotopen schwerer Elemente enorme Energie freigesetzt werden konnte, sondern denen, die materialistische Prinzipien in der Wissenschaft verteidigten.
Zwar begannen sowjetische Physiker erst 1941 über die Möglichkeiten der militärischen Nutzung der Kernenergie zu sprechen. Georgy Nikolaevich Flerov (1913-1990), der vor dem Krieg im Labor von Igor Vasilyevich Kurchatov (1903-1960) am Problem der Kettenreaktion der Uranspaltung arbeitete und dann als Leutnant in der Luftwaffe diente, zweimal geschickt Briefe an Stalin, in denen er „einen großen Fehler“bedauerte und „die freiwillige Aufgabe von Vorkriegspositionen in der Kernphysikforschung“. Aber vergeblich.
Erst im September 1942, als der Geheimdienst von der Stationierung des amerikanischen Manhattan-Projekts unter der Leitung von Robert Oppenheimer (1904-1967), das aus den Aktivitäten der Anglo-American Uranium Commission hervorgegangen war, erfuhr, unterzeichnete Stalin ein Dekret "Über die Organisation". der Arbeit an Uran." … Es befahl der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, "die Arbeiten zur Untersuchung der Machbarkeit der Nutzung der Atomenergie durch Uranspaltung wieder aufzunehmen und dem Staatlichen Verteidigungsausschuss bis zum 1. April 1943 einen Bericht über die Möglichkeit der Herstellung einer Uranbombe oder eines Uranbrennstoffs vorzulegen".."
Mitte April 1943 wurde in Moskau in Pokrovsky-Streshnevo das Labor Nr. 2 geschaffen, dem die größten Physiker des Landes angehörten. Kurchatov leitete das Labor, und die allgemeine Leitung der "Uran-Arbeit" wurde zunächst Molotow übertragen, aber dann ersetzte ihn Beria in dieser Funktion.
Es ist durchaus verständlich, dass die Ressourcen der Sowjetunion unvergleichbar waren mit den Fähigkeiten, die die vom Krieg nicht allzu belasteten Staaten besaßen. Dies ist jedoch nicht die einzige Erklärung für die große Lücke im Umfang der Entwicklung von Los Alamos und Moskau. An dem Manhattan-Projekt nahmen 12 Nobelpreisträger aus den USA und Europa, 15.000 Wissenschaftler, Ingenieure und Techniker, 45.000 Arbeiter, 4.000 Stenografen, Schreibkräfte und Sekretärinnen, tausend Sicherheitspersonal teil, das für extreme Geheimhaltung sorgte. Im Labor Nr. 2 arbeiten 80 Personen, von denen nur 25 Forscher waren.
Bis Kriegsende kam die Arbeit praktisch nicht in Gang: Im Labor Nr. 2 sowie in den Anfang 1945 eröffneten Laboren Nr. 3 und Nr. 4 wurde nach Methoden zur Gewinnung von Plutonium an Reaktoren verschiedener gesucht Betriebsprinzipien. Das heißt, sie beschäftigten sich mit wissenschaftlichen, nicht mit experimentellen und gestalterischen Entwicklungen.
Die Atombombenabwürfe von Hiroshima und Nagasaki öffneten der Regierung der UdSSR tatsächlich die Augen für die Bedrohung, die über dem Land schwebt. Und dann wurde ein Sonderausschuss unter der Leitung von Beria geschaffen, der Notstandsbefugnisse und unbegrenzte Mittel erhielt. An die Stelle schleppender Forschungsarbeit trat ein energischer Innovationssprung. Im Jahr 1946 begann der im Kurchatov-Labor gestartete Uran-Graphit-Reaktor mit der Produktion von Plutonium-239 durch Beschuss von Uran mit langsamen Neutronen. Im Ural, insbesondere in Tscheljabinsk-40, wurden mehrere Unternehmen zur Herstellung von waffenfähigem Uran und Plutonium sowie chemischer Komponenten zur Herstellung einer Bombe gegründet.
In Sarov, in der Nähe von Arzamas, wurde eine Zweigstelle des Labors Nr. 2 namens KB-11 gegründet. Er wurde spätestens im Frühjahr 1948 mit der Entwicklung des Designs der Bombe und ihrer Erprobung betraut. Und am Anfang war es notwendig, eine Plutoniumbombe zu bauen. Diese Wahl wurde durch die Tatsache vorgegeben, dass Labor Nr. 2 ein detailliertes Diagramm der amerikanischen Plutoniumbombe "Fat Man" hatte, die auf Nagasaki abgeworfen wurde und die der deutsche Physiker Claus Foocks (1911-1988) dem sowjetischen Geheimdienst übergeben hatte seine Entwicklung, die an kommunistischen Ansichten festhielten. Die sowjetische Führung hatte es angesichts der angespannten Beziehungen zu den USA eilig und wollte ein garantiert positives Ergebnis erzielen. Dem wissenschaftlichen Leiter des Projekts, Kurchatov, blieb in diesem Zusammenhang keine Wahl.
Uran oder Plutonium?
Das klassische Schema einer nuklearen Kettenreaktion im Isotop des Urans 235U ist eine exponentielle Funktion der Zeit mit der Base 2. Ein Neutron, das mit dem Kern eines der Atome kollidiert, spaltet es in zwei Fragmente. Dabei werden zwei Neutronen freigesetzt. Sie wiederum haben bereits zwei Urankerne gespalten. Auf der nächsten Stufe treten doppelt so viele Spaltungen auf - 4. Dann - 8. Und so weiter, inkrementell, bis wiederum relativ gesehen nicht alle Materie aus Fragmenten zweier Arten besteht, deren Atommassen ungefähr 95/ 140. Als Ergebnis wird eine enorme thermische Energie freigesetzt, die zu 90% durch die kinetische Energie der fliegenden Fragmente bereitgestellt wird (jedes Fragment macht 167 MeV aus).
Damit die Reaktion auf diese Weise abläuft, darf jedoch kein einziges Neutron verschwendet werden. In einer kleinen Menge "Brennstoff" fliegen Neutronen, die bei der Kernspaltung freigesetzt werden, heraus, ohne Zeit zu haben, mit Urankernen zu reagieren. Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Reaktion hängt auch von der Konzentration des 235U-Isotops im „Kraftstoff“ab, der aus 235U und 238U besteht. Da 238U schnelle Neutronen absorbiert, die nicht an der Spaltungsreaktion teilnehmen. Natururan enthält 0,714% 235U, angereichert, Waffenqualität, es muss mindestens 80% sein.
Ähnlich, wenn auch mit eigenen Besonderheiten, verläuft die Reaktion im Plutoniumisotop 239Pu
Aus technischer Sicht war es einfacher, eine Uranbombe zu bauen als eine Plutoniumbombe. Es war zwar eine Größenordnung mehr Uran erforderlich: Die kritische Masse von Uran-235, in der die Kettenreaktion stattfindet, beträgt 50 kg und für Plutonium-239 5,6 kg. Gleichzeitig ist die Gewinnung von waffenfähigem Plutonium durch Beschuss von Uran-238 in einem Reaktor nicht weniger aufwendig als die Abtrennung des Uran-235-Isotops vom Uranerz in Zentrifugen. Für beide Aufgaben wurden mindestens 200 Tonnen Uranerz benötigt. Und ihre Lösung erforderte die maximale Investition sowohl der finanziellen als auch der Produktionsressourcen im Verhältnis zu den Gesamtkosten des sowjetischen Atomprojekts. Was die Humanressourcen angeht, hat die Sowjetunion im Laufe der Zeit die Vereinigten Staaten um ein Vielfaches übertroffen: Am Ende waren 700.000 Menschen, hauptsächlich Gefangene, an der Herstellung der Bombe beteiligt.
"Kind" oder "Fat Man"?
Die von den Amerikanern auf Hiroshima abgeworfene Uranbombe mit dem Namen "Kid" wurde in einem Lauf gesammelt, der einer 75-Millimeter-Flugabwehrkanone entlehnt war, die auf den erforderlichen Durchmesser gebohrt wurde. Es wurden sechs in Reihe geschaltete Uranzylinder mit einer Gesamtmasse von 25,6 kg verlegt. Die Länge des Projektils betrug 16 cm, der Durchmesser 10 cm, am Ende des Laufs befand sich ein Ziel - ein hohler Uranzylinder mit einer Masse von 38, 46 kg. Sein Außendurchmesser und seine Länge betrugen 16 cm Um die Leistung der Bombe zu erhöhen, wurde das Ziel in einem Neutronenreflektor aus Wolframkarbid montiert, wodurch eine vollständigere "Verbrennung" des an der Kettenreaktion beteiligten Urans erreicht wurde.
Die Bombe hatte einen Durchmesser von 60 cm, eine Länge von mehr als zwei Metern und wog 2300 kg. Sein Betrieb erfolgte durch Zünden einer Pulverladung, die die Uranzylinder mit einer Geschwindigkeit von 300 m / s durch einen zwei Meter langen Lauf trieb. Gleichzeitig wurden die Bor-Schutzhüllen zerstört. Am „Ende der Bahn“drang das Geschoss in das Ziel ein, die Summe der beiden Hälften überschritt die kritische Masse und es kam zu einer Explosion.
Die Zeichnung der Atombombe, die 1953 im Prozess gegen die Ehegatten Rosenberg erschien, beschuldigte die Atomspionage zugunsten der UdSSR. Interessanterweise war die Zeichnung geheim und wurde weder dem Richter noch der Jury gezeigt. Die Zeichnung wurde erst 1966 freigegeben. Foto: Justizministerium. Büro der USA Rechtsanwalt für den Southern Judicial District of New York
Die mit dem Kampfeinsatz der "Malysh" betrauten Militärs befürchteten, dass jeder Schlag bei unachtsamer Handhabung zur Detonation des Zünders führen könnte. Daher wurde das Schießpulver erst nach dem Abheben des Flugzeugs in die Bombe geladen.
Das Gerät der sowjetischen Plutoniumbombe, mit Ausnahme seiner Abmessungen, das in den Bombenschacht des schweren Bombers Tu-4 eingebaut wurde, und die Auslöseausrüstung bei Erreichen des Luftdrucks eines bestimmten Wertes wiederholten genau das "Füllen" von eine weitere amerikanische Bombe - "Fat Man".
Die Kanonenmethode, zwei Stücke halbkritischer Masse einander näher zu bringen, ist für Plutonium nicht geeignet, da dieser Stoff einen deutlich höheren Neutronenuntergrund hat. Und wenn die Teile mit einer mit dem Strahlschieber erreichbaren Geschwindigkeit zusammengeführt werden, sollte vor Beginn einer Kettenreaktion durch starke Erwärmung das Schmelzen und Verdampfen von Plutonium erfolgen. Und dies sollte unweigerlich zur mechanischen Zerstörung der Struktur und zur Freisetzung von nicht umgesetztem Stoff in die Atmosphäre führen.
Daher wurde bei der sowjetischen Bombe wie bei der amerikanischen die Methode der dynamischen Kompression eines Plutoniumstücks durch eine kugelförmige Stoßwelle verwendet. Die Wellengeschwindigkeit erreicht 5 km / s, wodurch die Dichte der Substanz um das 2, 5-fache zunimmt.
Der schwierigste Teil einer Implosionsbombe besteht darin, ein System explosiver Linsen zu schaffen, die optisch der Geometrie eines Fußballs ähneln, die Energie streng in die Mitte eines Plutoniumstücks von der Größe eines Hühnereis lenken und es symmetrisch mit einem Fehler von weniger als einem Prozent. Darüber hinaus hatte jede dieser Linsen, die aus einer Legierung aus TNT und RDX mit Zusatz von Wachs bestanden, zwei Arten von Fragmenten - schnell und langsam. Als 1946 einer der Teilnehmer des Manhattan-Projekts nach den Aussichten für die Herstellung einer sowjetischen Bombe gefragt wurde, antwortete er, dass sie frühestens 10 Jahre später erscheinen würde. Und nur, weil die Russen noch lange um das Problem der idealen Symmetrie der Implosion kämpfen werden.
Sowjetischer "fetter Mann"
Die sowjetische Bombe RDS-1 hatte eine Länge von 330 cm, einen Durchmesser von 150 cm und wog 4.700 kg. Im Inneren des tropfenförmigen Körpers wurden konzentrisch ineinander verschachtelte Kugeln mit einem klassischen X-förmigen Stabilisator platziert.
Im Zentrum der gesamten Struktur befand sich eine "Neutronenzündung", die eine Berylliumkugel war, in der sich eine Polonium-210-Neutronenquelle befand, die von einer Berylliumhülle abgeschirmt war. Als die Stoßwelle den Zünder erreichte, vermischten sich Beryllium und Polonium, und Neutronen, die eine Kettenreaktion "zünden", wurden in Plutonium freigesetzt.
Als nächstes kamen zwei 10-Zentimeter-Halbkugeln aus Plutonium-239 in einem Zustand mit reduzierter Dichte. Dies erleichterte die Verarbeitung von Plutonium und die erforderliche Enddichte war das Ergebnis einer Implosion. Der Abstand von 0,1 mm zwischen den Halbkugeln wurde mit einer Goldschicht ausgefüllt, die das vorzeitige Eindringen der Stoßwelle in den Neutronenzünder verhinderte.
Die Funktion eines Neutronenreflektors wurde von einer 7 cm dicken und 120 kg schweren Schicht aus natürlichem Uran übernommen. Darin fand eine Spaltungsreaktion unter Freisetzung von Neutronen statt, die teilweise an ein Stück Plutonium zurückgegeben wurden. Uran-238 lieferte 20% der Kraft der Bombe.
Die "Pusher"-Schicht, eine 11,5 cm dicke und 120 kg schwere Aluminiumkugel, sollte die Taylor-Welle dämpfen, die zu einem starken Druckabfall hinter der Detonationsfront führt.
Die Struktur war von einer 47 cm dicken und 2500 kg schweren Sprenggranate umgeben, die aus einem komplexen System von Sprenglinsen bestand, die auf das Zentrum des Systems gerichtet waren. 12 Linsen waren fünfeckig, 20 waren sechseckig. Jede Linse bestand aus abwechselnden Abschnitten schnell detonierender und langsamer Sprengstoffe, die eine andere chemische Formel hatten.
Die Bombe hatte zwei autonome Detonationssysteme - vom Aufprall auf den Boden und wenn der Luftdruck einen vorbestimmten Wert erreichte (Höhenzündung).
Fünf RDS-1-Bomben wurden hergestellt. Der erste wurde auf einer Deponie bei Semipalatinsk in Bodenstellung gesprengt. Die Explosionskraft wurde offiziell mit 20 kt gemessen, aber im Laufe der Zeit stellte sich heraus, dass dies eine zu hohe Schätzung war. Real - auf halbem Niveau. Zu diesem Zeitpunkt verfügten die Amerikaner bereits über 20 solcher Bomben, und jegliche Paritätsansprüche waren unbegründet. Aber das Monopol war gebrochen.
Vier weitere dieser Bomben wurden nie in die Luft gehoben. Das RDS-3, eine ursprüngliche sowjetische Entwicklung, wurde in Dienst gestellt. Diese Bombe hatte mit ihren geringeren Abmessungen und ihrem geringeren Gewicht eine Ausbeute von 41 kt. Dies wurde insbesondere durch die Verstärkung der Spaltungsreaktion von Plutonium durch die thermonukleare Fusionsreaktion von Deuterium und Tritium möglich.
