Hace 60 años, el 29 de agosto de 1949, la primera bomba atómica soviética RDS-1 con un rendimiento declarado de 20 kt se probó con éxito en el sitio de pruebas de Semipalatinsk. Gracias a este evento, supuestamente se estableció en el mundo la paridad militar estratégica entre la URSS y los Estados Unidos. Y una guerra hipotética con consecuencias catastróficas para la Unión Soviética se realizó en su frío estado de agregación.
Tras las huellas del proyecto Manhattan
La Unión Soviética (como, de hecho, Alemania) tenía todas las razones para convertirse en líder de la carrera nuclear. Esto no sucedió por el gran papel que jugó la ciencia en la ideología del nuevo gobierno. La dirección del Partido Comunista, siguiendo los preceptos del trabajo inmortal "Materialismo y empiriocriticismo", miraba ansiosamente el florecimiento del "idealismo físico". En la década de 1930, Stalin se inclinaba a confiar no en aquellos físicos que sostenían que con la ayuda de una determinada reacción en cadena en isótopos de elementos pesados era posible liberar una enorme energía, sino en aquellos que defendían los principios materialistas de la ciencia.
Es cierto que los físicos soviéticos comenzaron a hablar sobre las posibilidades del uso militar de la energía nuclear solo en 1941. Georgy Nikolaevich Flerov (1913-1990), quien antes de la guerra en el laboratorio de Igor Vasilyevich Kurchatov (1903-1960) trabajó en el problema de la reacción en cadena de la fisión de uranio, y luego se desempeñó como teniente en la Fuerza Aérea, enviado dos veces cartas a Stalin en las que lamentó "un gran error" y "la rendición voluntaria de puestos de antes de la guerra en la investigación de la física nuclear". Pero en vano.
Solo en septiembre de 1942, cuando la inteligencia se enteró del despliegue del Proyecto Manhattan estadounidense, dirigido por Robert Oppenheimer (1904-1967), que surgió de las actividades de la Comisión Angloamericana de Uranio, Stalin firmó un decreto "Sobre la organización del trabajo sobre el uranio. "… Ordenó a la Academia de Ciencias de la URSS "reanudar el trabajo sobre el estudio de la viabilidad de utilizar energía atómica por fisión del uranio y presentar al Comité de Defensa del Estado antes del 1 de abril de 1943, un informe sobre la posibilidad de crear una bomba de uranio o combustible de uranio.."
A mediados de abril de 1943 en Moscú, en Pokrovsky-Streshnevo, se creó el Laboratorio No. 2, que incluía a los físicos más grandes del país. Kurchatov dirigió el laboratorio, y la dirección general del "trabajo de uranio" se asignó inicialmente a Molotov, pero luego Beria lo reemplazó en esta función.
Es bastante comprensible que los recursos de la Unión Soviética fueran incomparables con las capacidades que poseían los Estados no demasiado agobiados por la guerra. Sin embargo, esta no es la única explicación de la enorme brecha en la escala de desarrollo llevada a cabo en Los Álamos y Moscú. En el proyecto Manhattan participaron 12 premios Nobel de Estados Unidos y Europa, 15 mil científicos, ingenieros y técnicos, 45 mil trabajadores, 4 mil taquígrafos, mecanógrafos y secretarias, mil agentes de seguridad que aseguraron el régimen de extremado secreto. Hay 80 personas en el Laboratorio No. 2, de las cuales solo veinticinco eran investigadores.
Al final de la guerra, el trabajo prácticamente no despegó: en el Laboratorio No. 2, así como en los Laboratorios No. 3 y No. 4 abiertos a principios de 1945, se estaban buscando métodos para obtener plutonio en reactores de varios Principios de operacion. Es decir, se dedicaron a desarrollos científicos, no experimentales y de diseño.
Los bombardeos atómicos de Hiroshima y Nagasaki abrieron los ojos del gobierno de la URSS al nivel de amenaza que se cernía sobre el país. Y luego se creó un comité especial, encabezado por Beria, que recibió poderes de emergencia y financiamiento ilimitado. El lento trabajo de investigación ha sido reemplazado por un enérgico e innovador salto hacia adelante. En 1946, el reactor de uranio-grafito lanzado en el laboratorio de Kurchatov comenzó a producir plutonio-239 bombardeando uranio con neutrones lentos. En los Urales, en particular en Chelyabinsk-40, se crearon varias empresas para la producción de uranio y plutonio para armas, así como componentes químicos necesarios para crear una bomba.
En Sarov, cerca de Arzamas, comenzó a crearse una rama del Laboratorio No. 2, llamada KB-11, se le encomendó el desarrollo del diseño de la bomba y su prueba a más tardar en la primavera de 1948. Y al principio fue necesario hacer una bomba de plutonio. Esta elección fue predeterminada por el hecho de que el Laboratorio No. 2 tenía un diagrama detallado de la bomba de plutonio estadounidense "Fat Man" lanzada sobre Nagasaki, que fue entregada a la inteligencia soviética por el físico alemán Claus Foocks (1911-1988) que participó en su desarrollo, que se adhirió a las opiniones comunistas. La dirección soviética tenía prisa ante las tensas relaciones con Estados Unidos y quería obtener un resultado positivo garantizado. En este sentido, el líder científico del proyecto, Kurchatov, no tuvo otra opción.
¿Uranio o plutonio?
El esquema clásico de una reacción en cadena nuclear en el isótopo de uranio 235U es una función exponencial del tiempo con base 2. Un neutrón, al chocar con el núcleo de uno de los átomos, lo divide en dos fragmentos. Esto libera dos neutrones. Ellos, a su vez, ya dividieron dos núcleos de uranio. En la siguiente etapa, ocurren el doble de fisiones - 4. Luego - 8. Y así sucesivamente, de manera incremental, hasta que, de nuevo, relativamente hablando, toda la materia no estará formada por fragmentos de dos tipos, cuyas masas atómicas son aproximadamente 95 / 140. Como resultado, se libera una enorme energía térmica, el 90% de la cual es proporcionada por la energía cinética de los fragmentos voladores (cada fragmento representa 167 MeV).
Pero para que la reacción proceda de esta manera, es necesario que no se desperdicie ni un solo neutrón. En un pequeño volumen de "combustible", los neutrones liberados en el proceso de fisión de los núcleos salen volando de él, sin tener tiempo de reaccionar con los núcleos de uranio. La probabilidad de que se produzca una reacción también depende de la concentración del isótopo 235U en el "combustible", que consta de 235U y 238U. Dado que 238U absorbe neutrones rápidos que no participan en la reacción de fisión. El uranio natural contiene 0,714% de 235U, enriquecido, grado armamentístico, debe ser al menos del 80%.
De manera similar, aunque con sus propios detalles, la reacción procede en el isótopo de plutonio 239Pu
Desde un punto de vista técnico, era más fácil crear una bomba de uranio que una de plutonio. Es cierto que requirió un orden de magnitud más de uranio: la masa crítica del uranio-235, en la que tiene lugar la reacción en cadena, es de 50 kg, y para el plutonio-239 es de 5,6 kg. Al mismo tiempo, obtener plutonio apto para armas bombardeando uranio-238 en un reactor no es menos laborioso que separar el isótopo de uranio-235 del mineral de uranio en centrifugadoras. Ambas tareas requirieron al menos 200 toneladas de mineral de uranio. Y su solución requirió la máxima inversión de recursos financieros y de producción en relación con el costo total del proyecto nuclear soviético. En cuanto a recursos humanos, la Unión Soviética superó con el tiempo a Estados Unidos muchas veces: al final, 700 mil personas, en su mayoría prisioneros, participaron en la creación de la bomba.
¿"Niño" o "Hombre Gordo"?
La bomba de uranio lanzada por los estadounidenses en Hiroshima y apodada "Kid" se recogió en un cañón prestado de un cañón antiaéreo de 75 milímetros perforado con el diámetro requerido. Se colocaron seis cilindros de uranio conectados en serie entre sí con una masa total de 25,6 kg. La longitud del proyectil era de 16 cm, el diámetro era de 10 cm. En el extremo del cañón había un objetivo: un cilindro de uranio hueco con una masa de 38, 46 kg. Su diámetro exterior y longitud eran 16 cm. Para aumentar la potencia de la bomba, el objetivo se montó en un reflector de neutrones fabricado en carburo de tungsteno, lo que permitió lograr una "combustión" más completa del uranio participando en la reacción en cadena.
La bomba tenía un diámetro de 60 cm, una longitud de más de dos metros y pesaba 2300 kg. Su operación se llevó a cabo encendiendo una carga de pólvora, que impulsó los cilindros de uranio a lo largo de un barril de dos metros a una velocidad de 300 m / s. Al mismo tiempo, se destruyeron las capas protectoras de boro. Al "final del camino", el proyectil entró en el objetivo, la suma de las dos mitades excedió la masa crítica y se produjo una explosión.
El dibujo de la bomba atómica, que apareció en 1953 en el juicio en el caso de los cónyuges Rosenberg, acusados de espionaje atómico a favor de la URSS. Curiosamente, el dibujo era secreto y no se mostró ni al juez ni al jurado. El dibujo no se desclasificó hasta 1966. Foto: Departamento de Justicia. Oficina de los EE. UU. Abogado del Distrito Judicial Sur de Nueva York
Los militares, a quienes se les confió el uso de combate del "Malysh", temían que, si se manejaba con descuido, cualquier golpe pudiera provocar la detonación de la mecha. Por lo tanto, la pólvora se cargó en la bomba solo después de que el avión despegó.
El dispositivo de la bomba de plutonio soviética, con la excepción de sus dimensiones, instalado en la bahía de bombas del bombardero pesado Tu-4, y el equipo de activación cuando se alcanzó la presión atmosférica de un valor dado, repitió exactamente el "relleno" de otra bomba estadounidense - "Fat Man".
El método de cañón de acercar dos piezas de masa semicrítica entre sí no es adecuado para el plutonio, ya que esta sustancia tiene un fondo de neutrones significativamente más alto. Y cuando las piezas se juntan a una velocidad alcanzable con el empujador de granallado, antes del inicio de una reacción en cadena debido al fuerte calentamiento, debe ocurrir la fusión y evaporación del plutonio. Y esto debería conducir inevitablemente a la destrucción mecánica de la estructura y la liberación de la sustancia sin reaccionar a la atmósfera.
Por lo tanto, en la bomba soviética, como en la estadounidense, se utilizó el método de compresión dinámica de una pieza de plutonio mediante una onda de choque esférica. La velocidad de la onda alcanza los 5 km / s, por lo que la densidad de la sustancia aumenta en 2, 5 veces.
La parte más difícil de una bomba de implosión es crear un sistema de lentes explosivos, que se asemejan visualmente a la geometría de un balón de fútbol, que dirigen la energía estrictamente al centro de un trozo de plutonio, del tamaño de un huevo de gallina, y lo exprimen simétricamente con un error de menos del uno por ciento. Además, cada uno de estos lentes, hecho de una aleación de TNT y RDX con la adición de cera, tenía dos tipos de fragmentos: rápidos y lentos. Cuando en 1946 se le preguntó a uno de los participantes del Proyecto Manhattan sobre las perspectivas de crear una bomba soviética, respondió que no aparecería antes de 10 años después. Y solo porque los rusos lucharán durante mucho tiempo por el problema de la simetría ideal de la implosión.
"Gordo" soviético
La bomba soviética RDS-1 tenía una longitud de 330 cm, un diámetro de 150 cm y pesaba 4.700 kg. Se colocaron esferas anidadas concéntricamente dentro del cuerpo en forma de gota con un estabilizador clásico en forma de X.
En el centro de toda la estructura había un "fusible de neutrones", que era una bola de berilio, dentro de la cual había una fuente de neutrones de polonio 210 protegida por una capa de berilio. Cuando la onda de choque alcanzó la mecha, el berilio y el polonio se mezclaron y los neutrones que "encendieron" una reacción en cadena se liberaron en plutonio.
Luego vinieron dos hemisferios de 10 centímetros de plutonio-239 en un estado con una densidad reducida. Esto hizo que el plutonio fuera más fácil de procesar y la densidad final requerida fue el resultado de la implosión. La distancia de 0,1 mm entre los hemisferios se rellenó con una capa de oro, que evitó la penetración prematura de la onda de choque en el fusible de neutrones.
La función de reflector de neutrones la realizaba una capa de uranio natural de 7 cm de espesor y 120 kg de peso. En él tuvo lugar una reacción de fisión con la liberación de neutrones, que fueron parcialmente devueltos a un trozo de plutonio. El uranio-238 dio el 20% de la potencia de la bomba.
La capa "empujadora", que es una esfera de aluminio de 11,5 cm de espesor y 120 kg de peso, estaba destinada a amortiguar la onda de Taylor, lo que provoca una fuerte caída de presión detrás del frente de detonación.
La estructura estaba rodeada por un proyectil explosivo de 47 cm de espesor y un peso de 2500 kg, que consistía en un complejo sistema de lentes explosivos enfocados hacia el centro del sistema. 12 lentes eran pentagonales, 20 eran hexagonales. Cada lente constaba de secciones alternas de explosivos lentos y de detonación rápida, que tenían una fórmula química diferente.
La bomba tenía dos sistemas de detonación autónomos: al golpear el suelo y cuando la presión atmosférica alcanzaba un valor predeterminado (fusible de gran altitud).
Se fabricaron cinco bombas RDS-1. El primero de ellos explotó en un vertedero cerca de Semipalatinsk en una posición en el suelo. La potencia de explosión se registró oficialmente en 20 kt, pero con el tiempo resultó que era una estimación demasiado alta. Real - a la mitad del nivel. En ese momento, los estadounidenses ya tenían 20 bombas de este tipo, y cualquier reclamo de paridad carecía de fundamento. Pero el monopolio se rompió.
Cuatro más de estas bombas nunca se han lanzado al aire. Se puso en servicio el RDS-3, un desarrollo soviético original. Esta bomba, con sus menores dimensiones y peso, tenía un rendimiento de 41 kt. Esto fue posible, en particular, debido a la mejora de la reacción de fisión del plutonio por la reacción termonuclear de fusión de deuterio y tritio.
