Fa 60 anys, el 29 d'agost de 1949, es va provar amb èxit al primer lloc de proves de Semipalatinsk la primera bomba atòmica soviètica RDS-1 amb un rendiment declarat de 20 kt. Gràcies a aquest esdeveniment, suposadament es va establir al món la paritat estratègica militar entre la URSS i els Estats Units. I es va realitzar una hipotètica guerra amb conseqüències catastròfiques per a la Unió Soviètica en el seu fred estat d’agregació.
Seguint els passos del projecte Manhattan
La Unió Soviètica (com, de fet, Alemanya) tenia tots els motius per convertir-se en líder de la carrera nuclear. Això no va passar pel gran paper que va tenir la ciència en la ideologia del nou govern. La direcció del Partit Comunista, seguint els preceptes del treball immortal "Materialisme i Empiricritica", observava ansiosament el floriment de l '"idealisme físic". A la dècada de 1930, Stalin es va inclinar a confiar no en aquells físics que argumentaven que amb l'ajut d'una certa reacció en cadena en isòtops d'elements pesats era possible alliberar una enorme energia, sinó en aquells que defensaven els principis materialistes de la ciència.
És cert que els físics soviètics van començar a parlar de les possibilitats d’ús militar de l’energia nuclear només el 1941. Georgy Nikolaevich Flerov (1913-1990), que abans de la guerra al laboratori d'Igor Vasilyevich Kurchatov (1903-1960) va treballar en el problema de la reacció en cadena de la fissió de l'urani, i després va exercir com a lloctinent a la Força Aèria, enviat dues vegades cartes a Stalin en què lamentava “un gran error” i “la rendició voluntària de posicions d’abans de la guerra en la investigació en física nuclear”. Però, en va.
Només el setembre de 1942, quan la intel·ligència es va assabentar del desplegament del Projecte Manhattan americà, liderat per Robert Oppenheimer (1904-1967), que va sorgir de les activitats de la Comissió Anglo-Americana d’Urani, Stalin va signar un decret "Sobre l’organització de treball sobre l’urani. "… Va ordenar a l'Acadèmia de Ciències de l'URSS "reprendre els treballs d'estudi de la viabilitat d'utilitzar l'energia atòmica per fissió d'urani i presentar al Comitè de Defensa de l'Estat abans de l'1 d'abril de 1943 un informe sobre la possibilitat de crear una bomba d'urani o combustible d'urani."
A mitjan abril de 1943 a Moscou, a Pokrovsky-Streshnevo, es va crear el Laboratori núm. 2, que incloïa els físics més importants del país. Kurchatov va dirigir el laboratori i la direcció general del "treball de l'urani" va ser assignada inicialment a Molotov, però després Beria el va substituir en aquesta funció.
És ben comprensible que els recursos de la Unió Soviètica fossin incomparables amb les capacitats que posseïen els estats no massa carregats per la guerra. Tot i això, aquesta no és l’única explicació de l’enorme bretxa en l’escala de desenvolupament realitzada a Los Alamos i Moscou. En el projecte de Manhattan van participar 12 premis Nobel dels Estats Units i Europa, 15 mil científics, enginyers i tècnics, 45 mil treballadors, 4 mil taquígrafs, mecanògrafs i secretaris, mil personal de seguretat que asseguraven el règim de secretisme extrem. Hi ha 80 persones al laboratori núm. 2, de les quals només vint-i-cinc eren investigadors.
Al final de la guerra, el treball pràcticament no va començar a funcionar: al laboratori núm. 2, així com als laboratoris núm. 3 i núm. 4 oberts a principis de 1945, es buscaven mètodes per obtenir plutoni en reactors de diverses principis de funcionament. És a dir, es dedicaven a desenvolupaments científics, no experimentals i de disseny.
Els bombardejos atòmics d'Hiroshima i Nagasaki van obrir els ulls del govern de l'URSS cap al nivell de l'amenaça que sobresortia al país. I després es va crear un comitè especial, dirigit per Beria, que va rebre poders d’emergència i finançament il·limitat. El lent treball de recerca ha estat substituït per un innovador salt endavant. El 1946, el reactor d’urani-grafit llançat al laboratori de Kurchatov va començar a produir plutoni-239 bombardejant l’urani amb neutrons lents. Als Urals, en particular a Chelyabinsk-40, es van crear diverses empreses per a la producció d’urani i plutoni de qualitat armada, així com de components químics necessaris per crear una bomba.
A Sarov, a prop d’Arzamas, es va començar a crear una branca del laboratori núm. 2, anomenada KB-11, que se li va encarregar el desenvolupament del disseny de la bomba i la seva prova com a molt tard a la primavera de 1948. I al principi era necessari fabricar una bomba de plutoni. Aquesta elecció va estar predeterminada pel fet que el Laboratori núm. 2 tenia un esquema detallat de la bomba de plutoni nord-americana "Fat Man" llançada sobre Nagasaki, que va ser lliurada a la intel·ligència soviètica pel físic alemany Claus Foocks (1911-1988) que va participar a el seu desenvolupament, que s’adheria a les opinions comunistes. La direcció soviètica tenia pressa davant de les tenses relacions amb els Estats Units i volia obtenir un resultat positiu garantit. En aquest sentit, el líder científic del projecte, Kurchatov, no va tenir més remei.
Urani o plutoni?
L’esquema clàssic d’una reacció en cadena nuclear a l’isòtop de l’urani 235U és una funció exponencial del temps amb la base 2. Un neutró, que xoca amb el nucli d’un dels àtoms, el divideix en dos fragments. Això allibera dos neutrons. Al seu torn, ja divideixen dos nuclis d’urani. A la següent etapa, es produeixen dues vegades més fissions - 4. Després - 8. I així successivament, de manera incremental, fins que, de nou, relativament parlant, tota la matèria no estarà formada per fragments de dos tipus, les masses atòmiques dels quals siguin aproximadament 95 / 140. Com a resultat, s’allibera una enorme energia tèrmica, el 90% de la qual és proporcionada per l’energia cinètica dels fragments voladors (cada fragment representa 167 MeV).
Però perquè la reacció es desenvolupi d’aquesta manera, és necessari que no es malgasti ni un neutró. En un petit volum de "combustible", els neutrons alliberats en el procés de fissió dels nuclis en surten, sense tenir temps de reaccionar amb els nuclis d'urani. La probabilitat que es produeixi una reacció també depèn de la concentració de l'isòtop 235U al "combustible", que consta de 235U i 238U. Atès que el 238U absorbeix neutrons ràpids que no participen en la reacció de fissió. L’urani natural conté un 0,714% 235U, enriquit, de qualitat armamentística, ha de ser com a mínim del 80%.
De la mateixa manera, encara que amb els seus propis detalls, la reacció es produeix a l’isòtop de plutoni 239Pu
Des del punt de vista tècnic, era més fàcil crear una bomba d’urani que una de plutoni. És cert que requeria un ordre de magnitud més d’urani: la massa crítica de l’urani-235, en què té lloc la reacció en cadena, és de 50 kg i per al plutoni-239 és de 5,6 kg. Al mateix temps, l'obtenció de plutoni de qualitat armada bombardejant urani-238 en un reactor no és menys laboriós que separar l'isòtop urani-235 del mineral d'urani en les centrífugues. Ambdues tasques requerien almenys 200 tones de mineral d’urani. I la seva solució requeria la màxima inversió tant de recursos financers com de producció en relació amb el cost total del projecte nuclear soviètic. Pel que fa als recursos humans, la Unió Soviètica al llarg del temps va superar els Estats Units moltes vegades: al final, 700 mil persones, la majoria presoners, van participar en la creació de la bomba.
"Kid" o "Fat Man"?
La bomba d'urani llançada pels nord-americans a Hiroshima i batejada com a "Kid" va ser recollida en un barril manllevat d'una pistola antiaèria de 75 mil·límetres forada al diàmetre requerit. Es van col·locar sis cilindres d'urani connectats en sèrie entre si amb una massa total de 25,6 kg. La longitud del projectil era de 16 cm, el diàmetre de 10 cm. Al final del canó hi havia un objectiu: un cilindre buit d’urani amb una massa de 38,46 kg. El seu diàmetre exterior i la seva longitud eren de 16 cm. Per augmentar la potència de la bomba, l'objectiu es va muntar en un reflector de neutrons fabricat amb carbur de tungstè, cosa que va permetre aconseguir una "combustió" més completa de l'urani participant en la reacció en cadena.
La bomba tenia un diàmetre de 60 cm, una longitud de més de dos metres i pesava 2300 kg. La seva operació es va dur a terme encenent una càrrega de pols, que conduïa els cilindres d’urani al llarg d’un barril de dos metres a una velocitat de 300 m / s. Al mateix temps, les closques de protecció del bor van ser destruïdes. Al "final del camí" el projectil va entrar a l'objectiu, la suma de les dues meitats va superar la massa crítica i es va produir una explosió.
El dibuix de la bomba atòmica, que va aparèixer el 1953 en el judici pel cas dels cònjuges de Rosenberg, acusat d’espionatge atòmic a favor de l’URSS. Curiosament, el dibuix era secret i no es va mostrar ni al jutge ni al jurat. El dibuix només es va desclassificar el 1966. Foto: Departament de Justícia. Oficina dels EUA Advocat del districte judicial sud de Nova York
Els militars, als quals se'ls va confiar l'ús de combat del "Malysh", temien que, si es manejava sense cura, qualsevol cop pogués provocar la detonació del fusible. Per tant, la pólvora es va carregar a la bomba només després de l’enlairament de l’avió.
El dispositiu de la bomba de plutoni soviètica, amb l’excepció de les seves dimensions, s’adaptava a la badia del bombarder pesat Tu-4 i l’equip de desencadenament quan s’arribava a la pressió atmosfèrica d’un valor determinat, repetia exactament el “farciment” de una altra bomba americana - "Fat Man".
El mètode de canó per apropar dos trossos de massa semicrítica no és adequat per al plutoni, ja que aquesta substància té un fons de neutrons significativament superior. I quan les peces s’uneixen a una velocitat assolible amb l’impulsor de voladura, abans d’iniciar una reacció en cadena a causa d’un fort escalfament, s’hauria de produir la fusió i l’evaporació del plutoni. I això ha de conduir inevitablement a la destrucció mecànica de l’estructura i a l’alliberament de substàncies que no han reaccionat a l’atmosfera.
Per tant, a la bomba soviètica, com a l’americana, es va utilitzar el mètode de compressió dinàmica d’un tros de plutoni per una ona de xoc esfèrica. La velocitat de les ones arriba als 5 km / s, per la qual cosa la densitat de la substància augmenta 2, 5 vegades.
La part més dura d’una bomba d’implosió és crear un sistema de lents explosives, que s’assembla visualment a la geometria d’una pilota de futbol, que dirigeix l’energia estrictament al centre d’un tros de plutoni, de la mida d’un ou de gallina, i esprémer-la simètricament amb un error inferior a un per cent. A més, cada lent, feta d’un aliatge de TNT i RDX amb addició de cera, tenia dos tipus de fragments: ràpids i lents. Quan el 1946 es va preguntar a un dels participants al Projecte Manhattan sobre les possibilitats de crear una bomba soviètica, va respondre que no apareixia abans de deu anys després. I només perquè els russos lluitaran durant molt de temps pel problema de la simetria ideal de la implosió.
"Home gros" soviètic
La bomba soviètica RDS-1 tenia una longitud de 330 cm, un diàmetre de 150 cm i pesava 4.700 kg. Esferes nidificades concentradament es van col·locar dins del cos en forma de gota amb un estabilitzador en forma de X clàssic.
Al centre de tota l'estructura hi havia un "fusible de neutrons", que era una bola de beril·li, dins de la qual hi havia una font de neutrons de poloni-210 protegida per una closca de beril·li. Quan l'ona de xoc va arribar al fusible, es van barrejar beril·li i poloni i es van alliberar neutrons que "encenien" una reacció en cadena al plutoni.
A continuació, van venir dos hemisferis de plutoni-239 de 10 centímetres en un estat amb una densitat reduïda. Això va fer que el plutoni fos més fàcil de processar i la densitat final requerida va ser el resultat de la implosió. La distància de 0,1 mm entre els hemisferis es va omplir amb una capa d’or, que va evitar la penetració prematura de l’ona de xoc al fusible de neutrons.
La funció d’un reflector de neutrons la realitzava una capa d’urani natural de 7 cm de gruix i un pes de 120 kg. Hi va tenir lloc una reacció de fissió amb l'alliberament de neutrons, que van ser parcialment retornats a un tros de plutoni. L’urani-238 va donar el 20% de la potència de la bomba.
La capa "empenyedor", que és una esfera d'alumini d'11,5 cm de gruix i un pes de 120 kg, estava destinada a esmorteir l'ona de Taylor, cosa que provoca una forta caiguda de pressió darrere del front de detonació.
L'estructura estava envoltada per una closca explosiva de 47 cm de gruix i un pes de 2.500 kg, que consistia en un complex sistema de lents explosives enfocat cap al centre del sistema. 12 lents eren pentagonals, 20 eren hexagonals. Cada lent consistia en seccions alternatives d'explosius de detonació ràpida i lents, que tenien una fórmula química diferent.
La bomba tenia dos sistemes de detonació autònoms: des de tocar el terra i quan la pressió atmosfèrica arribava a un valor predeterminat (fusible a gran altitud).
Es van fabricar cinc bombes RDS-1. El primer d'ells va ser explotat en un abocador a prop de Semipalatinsk en posició de terra. La potència d’explosió es va registrar oficialment a 20 kt, però amb el pas del temps va resultar que era una estimació massa alta. Real: a la meitat del nivell. En aquell moment, els nord-americans ja tenien vint bombes d’aquest tipus, i qualsevol reclamació de paritat era infundada. Però es va trencar el monopoli.
Quatre més d’aquestes bombes mai no s’han aixecat a l’aire. El RDS-3, un original desenvolupament soviètic, es va posar en servei. Aquesta bomba, amb les seves dimensions i pes més reduïdes, tenia un rendiment de 41 kt. Això es va fer possible, en particular, a causa de la millora de la reacció de fissió del plutoni per la reacció termonuclear de fusió de deuteri i triti.
