60 tahun yang lalu - pada 29 Agustus 1949 - bom atom Soviet pertama RDS-1 dengan hasil yang dinyatakan 20 kt berhasil diuji di lokasi uji Semipalatinsk. Berkat peristiwa ini, paritas militer strategis antara Uni Soviet dan Amerika Serikat diduga dibangun di dunia. Dan perang hipotetis dengan konsekuensi bencana bagi Uni Soviet diwujudkan dalam keadaan agregasi yang dingin.
Mengikuti jejak proyek Manhattan
Uni Soviet (seperti halnya Jerman) memiliki banyak alasan untuk menjadi pemimpin dalam perlombaan nuklir. Ini tidak terjadi karena peran besar yang dimainkan sains dalam ideologi pemerintahan baru. Pimpinan Partai Komunis, mengikuti prinsip kerja abadi "Materialisme dan Kritik-Empirio", dengan cemas menyaksikan berkembangnya "idealisme fisik". Pada 1930-an, Stalin cenderung tidak memercayai fisikawan yang berpendapat bahwa dengan bantuan reaksi berantai tertentu dalam isotop unsur-unsur berat adalah mungkin untuk melepaskan energi yang sangat besar, tetapi mereka yang mempertahankan prinsip-prinsip materialistik dalam sains.
Benar, fisikawan Soviet mulai berbicara tentang kemungkinan penggunaan energi nuklir oleh militer hanya pada tahun 1941. Georgy Nikolaevich Flerov (1913-1990), yang sebelum perang di laboratorium Igor Vasilyevich Kurchatov (1903-1960) mengerjakan masalah reaksi berantai fisi uranium, dan kemudian menjabat sebagai letnan di Angkatan Udara, dua kali dikirim surat kepada Stalin di mana ia menyesali "kesalahan besar "Dan" penyerahan sukarela posisi pra-perang dalam penelitian dalam fisika nuklir ". Tapi - sia-sia.
Hanya pada bulan September 1942, ketika intelijen mengetahui penyebaran Proyek Manhattan Amerika, yang dipimpin oleh Robert Oppenheimer (1904-1967), yang tumbuh dari kegiatan Komisi Uranium Anglo-Amerika, Stalin menandatangani dekrit "Tentang organisasi pekerjaan pada uranium." … Ia memerintahkan Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet "untuk melanjutkan pekerjaan mempelajari kelayakan penggunaan energi atom dengan fisi uranium dan untuk menyerahkan kepada Komite Pertahanan Negara pada tanggal 1 April 1943, sebuah laporan tentang kemungkinan membuat bom uranium atau bahan bakar uranium.."
Pada pertengahan April 1943 di Moskow, di Pokrovsky-Streshnevo, Laboratorium No. 2 dibuat, yang mencakup fisikawan terbesar di negara itu. Kurchatov mengepalai laboratorium, dan manajemen umum "pekerjaan uranium" awalnya ditugaskan ke Molotov, tetapi kemudian Beria menggantikannya dalam fungsi ini.
Dapat dipahami bahwa sumber daya Uni Soviet tidak sebanding dengan kemampuan yang dimiliki oleh negara-negara yang tidak terlalu terbebani oleh perang. Namun, ini bukan satu-satunya penjelasan untuk kesenjangan besar dalam skala pembangunan yang dilakukan di Los Alamos dan Moskow. 12 Peraih Nobel dari Amerika Serikat dan Eropa, 15 ribu ilmuwan, insinyur dan teknisi, 45 ribu pekerja, 4 ribu stenografer, juru ketik dan sekretaris, seribu personel keamanan yang memastikan rezim kerahasiaan ekstrem ambil bagian dalam proyek Manhattan. Ada 80 orang di Laboratorium No. 2, di mana hanya dua puluh lima orang yang bekerja sebagai peneliti.
Pada akhir perang, pekerjaan praktis tidak berhasil: di Laboratorium No. 2, serta di Laboratorium No. 3 dan No. 4 yang dibuka pada awal 1945, metode sedang dicari untuk mendapatkan plutonium di berbagai reaktor. prinsip-prinsip operasi. Artinya, mereka terlibat dalam pengembangan ilmiah, bukan eksperimental dan desain.
Bom atom Hiroshima dan Nagasaki sebenarnya membuka mata pemerintah Uni Soviet pada tingkat ancaman yang menggantung di negara itu. Dan kemudian komite khusus dibuat, dipimpin oleh Beria, yang menerima kekuatan darurat dan dana tak terbatas. Pekerjaan penelitian yang lamban telah digantikan oleh lompatan inovatif yang energik ke depan. Pada tahun 1946, reaktor uranium-grafit yang diluncurkan di laboratorium Kurchatov mulai memproduksi plutonium-239 dengan membombardir uranium dengan neutron lambat. Di Ural, khususnya di Chelyabinsk-40, beberapa perusahaan diciptakan untuk produksi uranium dan plutonium tingkat senjata, serta komponen kimia yang diperlukan untuk membuat bom.
Di Sarov, dekat Arzamas, cabang Laboratorium No. 2 mulai dibuat, yang disebut KB-11, ia dipercayakan dengan pengembangan desain bom dan pengujiannya selambat-lambatnya pada musim semi 1948. Dan pada awalnya perlu membuat bom plutonium. Pilihan ini telah ditentukan sebelumnya oleh fakta bahwa Laboratorium No. 2 memiliki diagram terperinci tentang bom plutonium Amerika "Pria Gemuk" yang dijatuhkan di Nagasaki, yang diserahkan kepada intelijen Soviet oleh fisikawan Jerman Claus Foocks (1911-1988) yang berpartisipasi dalam perkembangannya, yang menganut pandangan komunis. Kepemimpinan Soviet sedang terburu-buru dalam menghadapi hubungan yang tegang dengan Amerika Serikat dan ingin mendapatkan hasil positif yang terjamin. Dalam hubungan ini, pemimpin ilmiah proyek tersebut, Kurchatov, tidak punya pilihan.
Uranium atau Plutonium?
Skema klasik reaksi berantai nuklir dalam isotop uranium 235U adalah fungsi eksponensial waktu dengan basa 2. Sebuah neutron, yang bertabrakan dengan inti salah satu atom, membelahnya menjadi dua fragmen. Ini melepaskan dua neutron. Mereka, pada gilirannya, sudah membelah dua inti uranium. Pada tahap berikutnya, pembelahan terjadi dua kali lebih banyak - 4. Kemudian - 8. Dan seterusnya, secara bertahap, sampai, sekali lagi, secara relatif, semua materi tidak akan terdiri dari fragmen dari dua jenis, yang massa atomnya kira-kira 95/ 140. Akibatnya, energi panas yang sangat besar dilepaskan, 90% di antaranya disediakan oleh energi kinetik dari fragmen terbang (setiap fragmen menyumbang 167 MeV).
Tetapi agar reaksi berjalan dengan cara ini, perlu tidak ada satu pun neutron yang terbuang. Dalam volume kecil "bahan bakar", neutron yang dilepaskan dalam proses fisi inti terbang keluar darinya, tanpa sempat bereaksi dengan inti uranium. Kemungkinan terjadinya reaksi juga tergantung pada konsentrasi isotop 235U dalam "bahan bakar", yang terdiri dari 235U dan 238U. Karena 238U menyerap neutron cepat yang tidak ikut serta dalam reaksi fisi. Uranium alami mengandung 0,714% 235U, diperkaya, tingkat senjata, harus setidaknya 80%.
Demikian pula, meskipun dengan spesifikasinya sendiri, reaksi berlangsung dalam isotop plutonium 239Pu
Dari sudut pandang teknis, lebih mudah membuat bom uranium daripada bom plutonium. Benar, diperlukan urutan lebih banyak uranium: massa kritis uranium-235, di mana reaksi berantai berlangsung, adalah 50 kg, dan untuk plutonium-239 adalah 5,6 kg. Pada saat yang sama, memperoleh plutonium tingkat senjata dengan membombardir uranium-238 dalam reaktor tidak kalah sulitnya daripada memisahkan isotop uranium-235 dari bijih uranium dalam sentrifugal. Kedua tugas ini membutuhkan setidaknya 200 ton bijih uranium. Dan solusi mereka membutuhkan investasi maksimum baik sumber daya keuangan dan produksi sehubungan dengan seluruh biaya proyek nuklir Soviet. Adapun sumber daya manusia, Uni Soviet dari waktu ke waktu melampaui Amerika Serikat berkali-kali: pada akhirnya, 700 ribu orang, sebagian besar tahanan, terlibat dalam pembuatan bom.
"Anak" atau "Pria Gemuk"?
Bom uranium yang dijatuhkan oleh Amerika di Hiroshima dan dijuluki "Kid" dikumpulkan dalam tong yang dipinjam dari senapan anti-pesawat 75 milimeter yang dibor dengan diameter yang dibutuhkan. Di sana diletakkan enam silinder uranium yang dihubungkan secara seri satu sama lain dengan massa total 25,6 kg. Panjang proyektil adalah 16 cm, diameternya 10 cm, di ujung laras ada target - silinder uranium berongga dengan massa 38, 46 kg. Diameter dan panjang luarnya adalah 16 cm Untuk meningkatkan kekuatan bom, target dipasang di reflektor neutron yang terbuat dari tungsten karbida, yang memungkinkan untuk mencapai "pembakaran" uranium yang lebih lengkap yang berpartisipasi dalam reaksi berantai.
Bom tersebut memiliki diameter 60 cm, panjang lebih dari dua meter dan berat 2.300 kg. Operasinya dilakukan dengan menyalakan muatan bubuk, yang menggerakkan silinder uranium sepanjang laras dua meter dengan kecepatan 300 m / s. Pada saat yang sama, cangkang pelindung boron dihancurkan. Di "ujung jalan" proyektil memasuki target, jumlah dari dua bagian melebihi massa kritis, dan ledakan terjadi.
Gambar bom atom, yang muncul pada tahun 1953 di persidangan dalam kasus pasangan Rosenberg, dituduh melakukan spionase atom yang mendukung Uni Soviet. Menariknya, gambar itu dirahasiakan dan tidak ditunjukkan kepada juri atau juri. Gambar itu baru dideklasifikasi pada tahun 1966. Foto: Departemen Kehakiman. Kantor AS Pengacara Distrik Yudisial Selatan New York
Militer, yang dipercayakan dengan penggunaan tempur "Malysh", khawatir jika ditangani dengan ceroboh, setiap pukulan dapat menyebabkan ledakan sekering. Oleh karena itu, bubuk mesiu dimasukkan ke dalam bom hanya setelah pesawat lepas landas.
Perangkat bom plutonium Soviet, dengan pengecualian dimensinya, dipasang di teluk bom pembom berat Tu-4, dan peralatan pemicu ketika tekanan atmosfer mencapai nilai tertentu, persis mengulangi "isian" dari bom Amerika lainnya - "Pria Gemuk".
Metode meriam untuk mendekatkan dua keping massa semi-kritis tidak cocok untuk plutonium, karena zat ini memiliki latar belakang neutron yang jauh lebih tinggi. Dan ketika potongan-potongan itu disatukan pada kecepatan yang dapat dicapai dengan pendorong peledakan, sebelum dimulainya reaksi berantai karena pemanasan yang kuat, pelelehan dan penguapan plutonium harus terjadi. Dan ini pasti akan mengarah pada penghancuran mekanis struktur dan pelepasan zat yang tidak bereaksi ke atmosfer.
Oleh karena itu, dalam bom Soviet, seperti di Amerika, metode kompresi dinamis sepotong plutonium oleh gelombang kejut bola digunakan. Kecepatan gelombang mencapai 5 km / s, karena kepadatan zat meningkat 2, 5 kali.
Bagian tersulit dari bom ledakan adalah menciptakan sistem lensa peledak, yang secara visual menyerupai geometri bola sepak, yang mengarahkan energi secara ketat ke pusat sepotong plutonium, seukuran telur ayam, dan memerasnya secara simetris dengan kesalahan kurang dari satu persen. Selain itu, setiap lensa tersebut, yang terbuat dari paduan TNT dan RDX dengan tambahan lilin, memiliki dua jenis fragmen - cepat dan lambat. Ketika pada tahun 1946 salah satu peserta Proyek Manhattan ditanya tentang prospek pembuatan bom Soviet, dia menjawab bahwa itu akan muncul tidak lebih awal dari 10 tahun kemudian. Dan hanya karena Rusia akan berjuang untuk waktu yang lama atas masalah simetri ideal ledakan.
Soviet "Pria Gemuk"
Bom Soviet RDS-1 memiliki panjang 330 cm, diameter 150 cm dan berat 4.700 kg. Bola bersarang konsentris ditempatkan di dalam bodi berbentuk drop dengan stabilizer berbentuk X klasik.
Di tengah seluruh struktur adalah "sekering neutron", yang merupakan bola berilium, di dalamnya terdapat sumber neutron polonium-210 yang dilindungi oleh cangkang berilium. Ketika gelombang kejut mencapai sekering, berilium dan polonium dicampur, dan neutron "menyala" reaksi berantai dilepaskan ke plutonium.
Berikutnya datang dua belahan 10 sentimeter plutonium-239 dalam keadaan dengan kepadatan berkurang. Hal ini membuat plutonium lebih mudah untuk diproses, dan kepadatan akhir yang dibutuhkan adalah hasil dari ledakan. Jarak 0,1 mm antara belahan diisi dengan lapisan emas, yang mencegah penetrasi prematur gelombang kejut ke sekering neutron.
Fungsi reflektor neutron dilakukan oleh lapisan uranium alam setebal 7 cm dan berat 120 kg. Reaksi fisi terjadi di dalamnya dengan pelepasan neutron, yang sebagian dikembalikan ke sepotong plutonium. Uranium-238 memberikan 20% kekuatan bom.
Lapisan "pendorong", yang merupakan bola aluminium setebal 11,5 cm dan berat 120 kg, dimaksudkan untuk meredam gelombang Taylor, yang menyebabkan penurunan tajam tekanan di belakang bagian depan detonasi.
Strukturnya dikelilingi oleh cangkang peledak setebal 47 cm dan berat 2.500 kg, yang terdiri dari sistem kompleks lensa peledak yang difokuskan ke pusat sistem. 12 lensa berbentuk segi lima, 20 berbentuk segi enam. Setiap lensa terdiri dari bagian-bagian yang bergantian dari bahan peledak cepat dan bahan peledak lambat, yang memiliki rumus kimia berbeda.
Bom itu memiliki dua sistem detonasi otonom - dari menghantam tanah dan ketika tekanan atmosfer mencapai nilai yang telah ditentukan (sekring ketinggian tinggi).
Lima bom RDS-1 diproduksi. Yang pertama diledakkan di tempat pembuangan sampah dekat Semipalatinsk dalam posisi tanah. Kekuatan ledakan secara resmi tercatat pada 20 kt, tetapi seiring waktu ternyata perkiraan ini terlalu tinggi. Nyata - di setengah level. Pada saat itu, Amerika sudah memiliki 20 bom semacam itu, dan klaim apa pun untuk paritas tidak berdasar. Tapi monopoli itu rusak.
Empat lagi dari bom ini tidak pernah diangkat ke udara. RDS-3, pengembangan asli Soviet, mulai dioperasikan. Bom ini, dengan dimensi dan berat yang lebih kecil, memiliki daya ledak 41 kt. Ini menjadi mungkin, khususnya, karena peningkatan reaksi fisi plutonium oleh reaksi termonuklir fusi deuterium dan tritium.
