60 anos atrás - em 29 de agosto de 1949 - a primeira bomba atômica soviética RDS-1 com rendimento declarado de 20 kt foi testada com sucesso no local de teste de Semipalatinsk. Graças a este evento, uma paridade militar estratégica entre a URSS e os Estados Unidos teria sido estabelecida no mundo. E uma guerra hipotética com consequências catastróficas para a União Soviética foi realizada em seu estado frio de agregação.
Seguindo os passos do projeto Manhattan
A União Soviética (como, de fato, a Alemanha) tinha todos os motivos para se tornar um líder na corrida nuclear. Isso não aconteceu devido ao grande papel que a ciência desempenhou na ideologia do novo governo. A direção do Partido Comunista, seguindo os preceitos do trabalho imortal "Materialismo e Empirio-Crítica", assistia ansiosamente ao florescimento do "idealismo físico". Na década de 1930, Stalin tendia a confiar não nos físicos que argumentavam que, com a ajuda de uma certa reação em cadeia em isótopos de elementos pesados, era possível liberar uma energia enorme, mas naqueles que defendiam os princípios materialistas da ciência.
É verdade que os físicos soviéticos começaram a falar sobre as possibilidades de uso militar da energia nuclear apenas em 1941. Georgy Nikolaevich Flerov (1913-1990), que antes da guerra no laboratório de Igor Vasilyevich Kurchatov (1903-1960) trabalhou no problema da reação em cadeia da fissão do urânio, e depois serviu como tenente na Força Aérea, enviou duas vezes cartas a Stalin nas quais lamentava “um grande erro” e “rendição voluntária de posições pré-guerra na pesquisa em física nuclear”. Mas em vão.
Somente em setembro de 1942, quando a inteligência tomou conhecimento do desdobramento do American Manhattan Project, liderado por Robert Oppenheimer (1904-1967), fruto das atividades da Anglo-American Uranium Commission, Stalin assinou um decreto “Sobre a organização de trabalho em urânio. "… Ordenou à Academia de Ciências da URSS "que retome os trabalhos de estudo da viabilidade do uso da energia atômica por fissão do urânio e que apresente ao Comitê de Defesa do Estado, até 1º de abril de 1943, um relatório sobre a possibilidade de criação de uma bomba de urânio ou combustível de urânio.."
Em meados de abril de 1943, em Moscou, em Pokrovsky-Streshnevo, foi criado o Laboratório nº 2, que incluía os maiores físicos do país. Kurchatov chefiava o laboratório, e a gestão geral do "trabalho de urânio" foi inicialmente atribuída a Molotov, mas então Beria o substituiu nessa função.
É perfeitamente compreensível que os recursos da União Soviética fossem incomparáveis com as capacidades que os Estados não tão sobrecarregados pela guerra possuíam. No entanto, essa não é a única explicação para a enorme lacuna na escala do desenvolvimento realizado em Los Alamos e Moscou. Participaram do projeto Manhattan 12 prêmios Nobel dos EUA e da Europa, 15 mil cientistas, engenheiros e técnicos, 45 mil trabalhadores, 4 mil estenógrafos, datilógrafos e secretários, mil seguranças que garantiam o regime de sigilo extremo. Há 80 pessoas no Laboratório nº 2, das quais apenas 25 eram pesquisadores.
Ao final da guerra, o trabalho praticamente não decolou: no Laboratório nº 2, assim como nos Laboratórios nº 3 e nº 4 inaugurados no início de 1945, buscavam-se métodos de obtenção de plutônio em reatores de vários princípios operacionais. Ou seja, eles estavam engajados em desenvolvimentos científicos, não experimentais e de design.
Os bombardeios atômicos de Hiroshima e Nagasaki realmente abriram os olhos do governo da URSS para o nível de ameaça que paira sobre o país. E então um comitê especial foi criado, chefiado por Beria, que recebeu poderes de emergência e financiamento ilimitado. O lento trabalho de pesquisa foi substituído por um enérgico salto inovador em frente. Em 1946, o reator urânio-grafite lançado no laboratório Kurchatov começou a produzir plutônio-239 bombardeando urânio com nêutrons lentos. Nos Urais, em particular em Chelyabinsk-40, várias empresas foram criadas para a produção de urânio e plutônio para armas, bem como componentes químicos necessários para criar uma bomba.
Em Sarov, perto de Arzamas, uma filial do Laboratório nº 2 começou a ser criada, chamada KB-11, ele foi encarregado de desenvolver o projeto da bomba e seus testes o mais tardar na primavera de 1948. E no começo foi preciso fazer uma bomba de plutônio. Esta escolha foi predeterminada pelo fato de que o Laboratório nº 2 tinha um diagrama detalhado da bomba americana de plutônio "Fat Man" lançada em Nagasaki, que foi entregue à inteligência soviética pelo físico alemão Claus Foocks (1911-1988), que participou de seu desenvolvimento, que aderiu às visões comunistas. A liderança soviética estava com pressa diante das tensas relações com os Estados Unidos e queria obter um resultado positivo garantido. Nesse sentido, o líder científico do projeto, Kurchatov, não teve escolha.
Urânio ou plutônio?
O esquema clássico de uma reação em cadeia nuclear no isótopo de urânio 235U é uma função exponencial do tempo com base 2. Um nêutron, colidindo com o núcleo de um dos átomos, divide-o em dois fragmentos. Isso libera dois nêutrons. Eles, por sua vez, já dividiram dois núcleos de urânio. No próximo estágio, ocorrem duas vezes mais fissões - 4. Então - 8. E assim por diante, de forma incremental, até, novamente, relativamente falando, toda a matéria não consistirá de fragmentos de dois tipos, as massas atômicas dos quais são aproximadamente 95 / 140 Como resultado, uma enorme energia térmica é liberada, 90% da qual é fornecida pela energia cinética dos fragmentos voadores (cada fragmento é responsável por 167 MeV).
Mas para que a reação prossiga dessa maneira, é necessário que nenhum nêutron seja desperdiçado. Em um pequeno volume de "combustível", nêutrons liberados no processo de fissão dos núcleos voam para fora dele, sem ter tempo de reagir com os núcleos de urânio. A probabilidade de ocorrência de uma reação também depende da concentração do isótopo 235U no "combustível", que consiste em 235U e 238U. Já o 238U absorve nêutrons rápidos que não participam da reação de fissão. O urânio natural contém 0,714% 235U, enriquecido, grau de arma, deve ser pelo menos 80%.
Da mesma forma, embora com suas próprias especificidades, a reação prossegue no isótopo de plutônio 239Pu
Do ponto de vista técnico, era mais fácil criar uma bomba de urânio do que de plutônio. É verdade que exigia uma ordem de grandeza a mais de urânio: a massa crítica do urânio-235, em que ocorre a reação em cadeia, é de 50 kg, e para o plutônio-239 é de 5,6 kg. Ao mesmo tempo, obter plutônio para armas bombardeando urânio-238 em um reator não é menos trabalhoso do que separar o isótopo de urânio-235 do minério de urânio em centrífugas. Ambas as tarefas exigiram pelo menos 200 toneladas de minério de urânio. E sua solução exigia o máximo investimento de recursos financeiros e de produção em relação a todo o custo do projeto nuclear soviético. Quanto aos recursos humanos, a União Soviética ao longo do tempo ultrapassou muitas vezes os Estados Unidos: no final, 700 mil pessoas, a maioria prisioneiros, estiveram envolvidas na produção da bomba.
"Kid" ou "Fat Man"?
A bomba de urânio lançada pelos americanos em Hiroshima e apelidada de "Kid" foi coletada em um barril emprestado de um canhão antiaéreo de 75 milímetros com o diâmetro necessário. Foram colocados seis cilindros de urânio conectados em série uns com os outros com uma massa total de 25,6 kg. O comprimento do projétil era de 16 cm, o diâmetro era de 10 cm. No final do cano havia um alvo - um cilindro oco de urânio com uma massa de 38,46 kg. Seu diâmetro externo e comprimento eram de 16 cm. Para aumentar a potência da bomba, o alvo foi montado em um refletor de nêutrons feito de carboneto de tungstênio, o que possibilitou uma "combustão" mais completa do urânio participante da reação em cadeia.
A bomba tinha 60 cm de diâmetro, mais de dois metros de comprimento e pesava 2.300 kg. Sua operação era realizada com a ignição de uma carga de pólvora, que impulsionava os cilindros de urânio ao longo de um barril de dois metros a uma velocidade de 300 m / s. Ao mesmo tempo, as conchas protetoras de boro foram destruídas. No "fim do caminho", o projétil entrou no alvo, a soma das duas metades excedeu a massa crítica e ocorreu uma explosão.
O desenho da bomba atômica, que apareceu em 1953 no julgamento do caso dos cônjuges de Rosenberg, acusados de espionagem atômica a favor da URSS. Curiosamente, o sorteio era secreto e não foi mostrado ao juiz nem ao júri. O desenho só foi desclassificado em 1966. Foto: Departamento de Justiça. Escritório dos EUA Procurador do Distrito Judicial do Sul de Nova York
Os militares, a quem foi confiado o uso de combate do "Malysh", temiam que, se manejado descuidadamente, qualquer golpe pudesse provocar a detonação do pavio. Portanto, a pólvora foi carregada na bomba somente depois que o avião decolou.
O dispositivo da bomba de plutônio soviética, com exceção de suas dimensões, encaixava-se no compartimento de bombas do bombardeiro pesado Tu-4, e o equipamento de disparo quando a pressão atmosférica de um determinado valor era atingida, repetia exatamente o "enchimento" de outra bomba americana - "Fat Man".
O método do canhão de aproximar duas peças de massa semicrítica uma da outra não é adequado para o plutônio, uma vez que essa substância tem um fundo de nêutrons significativamente mais alto. E quando as peças são reunidas a uma velocidade atingível com o empurrador de detonação, antes do início de uma reação em cadeia devido ao forte aquecimento, deve ocorrer o derretimento e a evaporação do plutônio. E isso deve levar inevitavelmente à destruição mecânica da estrutura e à liberação de substâncias não reagidas para a atmosfera.
Portanto, na bomba soviética, como na americana, foi utilizado o método de compressão dinâmica de um pedaço de plutônio por uma onda de choque esférica. A velocidade da onda chega a 5 km / s, devido ao qual a densidade da substância aumenta em 2, 5 vezes.
A parte mais difícil de uma bomba de implosão é criar um sistema de lentes explosivas, visualmente semelhantes à geometria de uma bola de futebol, que direcionam a energia estritamente para o centro de um pedaço de plutônio, do tamanho de um ovo de galinha, e o comprimem simetricamente com um erro de menos de um por cento. Além disso, cada uma dessas lentes, feita de uma liga de TNT e RDX com adição de cera, tinha dois tipos de fragmentos - rápidos e lentos. Quando, em 1946, um dos participantes do Projeto Manhattan foi questionado sobre as perspectivas de criação de uma bomba soviética, ele respondeu que ela não apareceria antes de 10 anos depois. E só porque os russos vão lutar por muito tempo sobre o problema da simetria ideal de implosão.
"Fat Man" soviético
A bomba soviética RDS-1 tinha 330 cm de comprimento, 150 cm de diâmetro e pesava 4.700 kg. As esferas aninhadas concentricamente foram colocadas dentro do corpo em forma de gota com um estabilizador em forma de X clássico.
No centro de toda a estrutura havia um "fusível de nêutrons", que era uma bola de berílio, dentro da qual havia uma fonte de nêutrons de polônio-210 protegida por uma cápsula de berílio. Quando a onda de choque atingiu o fusível, berílio e polônio foram misturados, e nêutrons "iniciando" uma reação em cadeia foram liberados no plutônio.
Em seguida, vieram dois hemisférios de 10 centímetros de plutônio-239 em um estado de densidade reduzida. Isso tornava o plutônio mais fácil de processar e a densidade final exigida era o resultado da implosão. A distância de 0,1 mm entre os hemisférios foi preenchida com uma camada de ouro, que impediu a penetração prematura da onda de choque no fusível de nêutrons.
A função de refletor de nêutrons era realizada por uma camada de urânio natural de 7 cm de espessura e pesando 120 kg. Uma reação de fissão ocorreu nele com a liberação de nêutrons, que foram parcialmente devolvidos a um pedaço de plutônio. O urânio-238 deu 20% da potência da bomba.
A camada "empurradora", que é uma esfera de alumínio com 11,5 cm de espessura e pesando 120 kg, foi projetada para amortecer a onda de Taylor, que leva a uma queda brusca de pressão atrás da frente de detonação.
A estrutura era cercada por uma cápsula explosiva de 47 cm de espessura e pesando 2.500 kg, que consistia em um complexo sistema de lentes explosivas voltadas para o centro do sistema. 12 lentes eram pentagonais, 20 eram hexagonais. Cada lente consistia em seções alternadas de explosivos de detonação rápida e lenta, que tinham uma fórmula química diferente.
A bomba possuía dois sistemas de detonação autônomos - desde atingir o solo até atingir um valor pré-determinado (fusível de alta altitude).
Cinco bombas RDS-1 foram fabricadas. O primeiro deles foi explodido em um aterro sanitário perto de Semipalatinsk em uma posição no solo. A potência da explosão foi oficialmente registrada em 20 kt, mas com o tempo descobriu-se que essa estimativa era muito alta. Real - na metade do nível. Naquela época, os americanos já tinham 20 dessas bombas e qualquer reivindicação de paridade era infundada. Mas o monopólio foi quebrado.
Mais quatro dessas bombas nunca foram levantadas no ar. O RDS-3, um desenvolvimento soviético original, foi colocado em serviço. Essa bomba, com suas dimensões e peso menores, teve um rendimento de 41 kt. Isso se tornou possível, em particular, devido ao aumento da reação de fissão do plutônio pela reação termonuclear de fusão do deutério e do trítio.
