Маленький Мальчик и Толстяк впервые сражаются с атомными бомбами

Один из двух самых известных бомбардировщиков Второй мировой войны — Boeing B-29, 44-27297, «Бокскар». Самолет, с которого 9 августа 1945 года на Нагасаки была сброшена вторая боевая атомная бомба. Сейчас это экспонат Национального музея ВВС США на базе ВВС США Райт-Паттерсон поблизости.

Дейтон, Огайо.

Проведенное 16 июля 1945 года испытание «Троица» — первый в истории ядерный взрыв, являлось проверкой одного из конструктивных решений ядерных зарядов. Через три недели на японские города Хиросима и Нагасаки были сброшены две ядерные бомбы «Малыш» и «Толстяк».

Обе боевые задачи описаны в многочисленных публикациях. С другой стороны, гораздо меньше внимания уделялось техническим аспектам разработки и строительства, а также испытаний и подготовки обеих ядерных бомб к боевому применению. В течение многих лет эта информация тщательно охранялась. Даже сегодня, после обнародования большинства материалов Манхэттенского проекта, когда большую его часть можно найти в Интернете, польские публикации на эту тему редки. Данная статья призвана познакомить читателей с этой стороной начала атомного века.

Маленький мальчик L-1 в процессе подготовки к тесту. Хорошо видимая арматура в аппаратном отсеке. Две меньшие коробки слева — это батареи. Рядом с ним должно быть два блока альтиметра Арчи, из которых монтируется только один, нижний. В центре, вверху, еле заметный Часовой ящик, т.е. блок из восьми часовых выключателей и микровыключателей.

Урановая пушка, Плутониевая пушка

В начальный период работы лос-аламосских лабораторий, т. е. весной 1943 года, собравшиеся там ученые и техники, прослушав цикл лекций, направленных на ознакомление их с теоретическими вопросами, приступили к проекту — созданию атомной бомбы. Принятые допущения указывали на то, что сердцевиной бомбы (активной зоной) должен быть шар из металлического урана U-235 или плутония-239, окруженный толстым отражающим слоем из материала, хорошо отражающего нейтроны. Эти материалы могут развивать лавинную реакцию деления, когда масса заряда превышает критическую массу1. Критическая масса урана U-235 первоначально оценивалась в 15 кг, а плутония Pu-239 в 5 кг. Высвобождение большого количества энергии за очень короткое время – взрыв, однако, требует сбора делящегося материала в количестве, в несколько раз превышающем критическую массу. Это условие привело к основной проблеме проектирования – как собрать активную зону, чтобы ни один из ее компонентов не превышал критическую массу. Второй, не менее важной, была возможность преждевременной детонации (предетонации), т.е. инициирования цепной реакции до достижения наиболее удобной конфигурации, т.е. до полной сборки активной зоны.

Предетонация могла быть вызвана нейтронами внешнего происхождения или нейтронами, спонтанно генерируемыми в активной зоне или материалах тела заряда. Энергия, выделяющаяся при преждевременной детонации, оценивалась максимум в несколько десятков тонн тротила. Такой взрыв с выделением очень ограниченной энергии, т. е. на несколько порядков меньше номинальной, ученые из Лос-Аламоса назвали «пшиком», то есть сбросом заряда.

Для того чтобы вызвать ядерный взрыв с силой, эквивалентной взрыву в несколько или десятки тысяч тонн тротила, необходимо было немедленно собрать активную зону, ввести в нее нейтроны, инициирующие цепную реакцию, и выдержать активную зону в сверхкритическое состояние как можно дольше. Так как делящиеся материалы были очень ценны из-за чрезвычайно трудного, сложного и трудоемкого процесса подготовки, атомный заряд нужно было сконструировать таким образом, чтобы обеспечить максимально возможную эффективность – использовать как можно меньше активного материала и максимально использовать его. эффективно.

Основываясь на этих знаниях и теоретических предположениях, первоначально были намечены несколько различных схем конструкции бомбы.

Большинство из них предполагало высокую скорость сборки активной зоны за счет использования обычных взрывчатых веществ. Первой из этой группы была идея стрельбы цилиндрическим штифтом внутри полой сферы. Другая идея заключалась в том, чтобы стрелять кусочками друг в друга, как две половинки, разрезанные по длине яйца, каждая из которых состоит из половинки ядра и отражателя. Еще в одном предполагалось, что сердечник-отражатель состоит из четырех частей, четвертей круга, закрепленных внутри большего кольца, окруженного слоем взрывчатого вещества. Активация его по окружности привела бы к быстрому разрушению кольца и слиянию четвертей в один элемент.

Достаточно быстро были замечены преимущества и недостатки отдельных систем, а также технологические трудности, которые приходилось преодолевать. Первая схема была признана лучшей и наиболее простой в реализации. Его выбрали из-за возможности использования известных, освоенных и отработанных технологий в производстве артиллерийской техники, отсюда он и получил название орудийной сборки. Большая часть сил была сосредоточена на этой системе. Второй из предложенных обусловил необходимость соединения несимметричных элементов с большой массой (около 0,5 т каждый) и инерцией. Третья система на первый взгляд заявила о больших трудностях с синхронизацией всего процесса и также была отвергнута, хотя и подсказала идею другого метода компиляции, позже названного имплозивным. Работа над ним была начата небольшой группой ученых, но поначалу относилась к ней как к чисто исследовательской деятельности.

Ориентируясь на пушечную систему, были разработаны две конструкции: «урановая пушка» и «плутониевая пушка». В обоих случаях подкритическая часть активного материала – «пуля» должна была быть выпущена во вторую часть подходящей формы и также подкритическую «мишень», которая будет прикреплена к концу специального ствола орудия. Однако разработка обоих орудий не шла параллельно. Ранние работы летом и осенью 1943 года были сосредоточены в основном на урановой пушке, но по мере улучшения изучения физико-химических свойств урана и плутония внимание ученых переключилось на плутониевую пушку как на технически более сложную конструкцию. Причина заключалась в гораздо более высокой требуемой скорости сборки активной зоны из-за более высокой скорости спонтанного распада плутония Pu-239. Кроме того, плутоний имел меньшую критическую массу и больший показатель размножения нейтронов — в нем быстрее развивалась лавинная реакция. Все это привело к его более высокой эффективности.

Считалось, что решение технических проблем взводной пушки также обеспечит успех урановой конструкции. Проблемы, возникшие при производстве обоих делящихся материалов, как тогда казалось, также говорили в пользу плутония. U-235 в природном уране присутствует всего в 0,7% (1 из 139 частиц урана). Его производство – т.н. процесс обогащения — сложный и длительный физический процесс, заключающийся в отделении изотопов одного и того же элемента друг от друга. Плутоний Pu-239 — еще один элемент, искусственно созданный путем облучения урана U-238 в реакторе. Его выделение можно проводить обычными химическими методами, хотя из-за высокой радиоактивности всех продуктов это также сложный и опасный для здоровья процесс.