Советская бомба с американским акцентом. Плутониевая бомба Уран атомная бомба

Интегральный быстрый реактор (ИБР) не просто новый тип реактора, это новый топливный цикл. Интегральный быстрый реактор − реактор на быстрых нейтронах без замедлителя. В нем есть только активная зона и отсутствует бланкет.
В ИБР используется металлическое топливо − сплав урана и плутония.
В его топливном цикле используется восстановление топлива непосредственно в самом реакторе с помощью пиропроцессинга . В пиропроцессинге на ИБР практически чистый уран собирается на твердом катоде, а смесьплутония , америция , нептуния , кюрия , урана и некоторые продукты деления собираются нажидкий кадмиевый катод, плавающий в соли электролита.Остальные продукты деления собираются в соли электролита и в слое кадмия.
Интегральный быстрый реактор охлаждается жидким натрием или свинцом. Производство металлического топлива проще и дешевле, чем керамического. Металлическое топливо делает выбор пиропроцесса естественным. У металлического топлива лучшая теплопроводность теплоемкость, чем у оксидного Топливом служит сплав урана и плутония.
Первоначальная закладка в интегральный быстрый реактор должна содержать больше делящихся под действием тепловых нейтронов изотопов (> 20%), чем в реактор на тепловых нейтронах. Это могут быть сильно обогащенные уран или плутоний, списанное ядерное оружие и т.п. За время работы реактор преобразует неделящиеся под действием тепловых нейтронов материалы(фертильные) в делящиеся. Фертильными материалами быстром реакторе могут быть обедненный уран (в основном U-238) природный уран, торий или уран переработанный из облученного топлива обычного водяного реактора.
Топливо содержится в стальной оболочке с жидким натрием, расположенным между топливом и оболочкой. Свободное пространство над топливом позволяет гелию и радиоактивному ксенону свободно собираться без существенного увеличения давления внутри топливного элемента и позволяет топливу расширятся не повреждая оболочки реактора.
Преимущество свинца по сравнению с натрием заключается в его химической инертности, в особенности по отношению в воде или воздуху. С другой стороны, свинец гораздо более вязок, что затрудняет его перекачку. Кроме того, в нем содержатся активируемые нейтронами изотопы, которых практически отсутствуют в натрии.
Контуры охлаждения сконструированы таким образом, что позволяют передачу тепла конвекцией. Так что при потере питания насосами или неожиданной остановки реактор, тепло вокруг активной зоны будет достаточно для циркуляции охладителя.
В ИБР делящиеся изотопы не разделяются с изотопами плутония, а также с продуктами деления и поэтому использование такого процесса для производства оружия практически невозможно. Кроме того плутоний не извлекается из реактора, что делает его несанкционированное использование нереальным. После того, как актиниды (уран, плутоний и минорные актиниды) переработаны, остаются отходы − продукты деления Sm-151 с периодом полураспада 90 л или долгоживущие как Tc-99 с периодом полураспада 211000 л и более.
Отходы ИБР либо имеют малые периоды полураспада, либо очень большие, что означает, что они слабо радиоактивны. Общее количество отходов ИБР составляет 1/20 от переработанного топлива (которое обычно считается отходами) реакторов на тепловых нейтронах с той же мощностью. 70% продуктов деления либо стабильны, либо имеют периоды полураспада около года. Технеций-99 и иод-129, которых 6% в в продуктах деления имеют очень большие периоды полураспада, но могут быть трансмутированы в реакторе в изотопы с малыми периодами полураспада (15.46 с и 12.36 ч) поглощением нейтронов в реакторе. Цирконий-93 (5% в отходах) может быть переработаны в оболочки для топлива, где радиоактивность не имеет значения. Остальные компоненты отходов менее радиоактивны, чем естественный уран.
В ИБР используется топливный цикл на два порядка более эффективный, в части использования топлива, по сравнению с традиционными циклами в реакторах на медленных нейтронах, препятствующий распространению ядерного оружия, минимизирующий высокоактивные отходы, более того, использующий некоторые отходы как топливо.
В ИБР топливо и оболочка сконструирована так, что при повышении температуры и их расширении все больше нейтронов покидают активную зону, уменьшая интенсивность цепной реакции. То есть работает отрицательный коэффициент реактивности. В ИБР этот эффект настолько силен, что способен остановить цепную реакцию без вмешательства операторов

Пиропрцессинг ‒ высокотемпературный метод электролитической переработки ОЯТ . По сравнению с гидрометаллургическим методом (например PUREX), пиропроцессинг используется непосредственно на реакторе. Растворителями являются расплавленные соли (например, LiCl + KCl или LiF + CaF 2) и расплавленные металлы (например, кадмий, висмут, магний), а не вода и органические соединения. В пиропроцессинге извлечение урана, а также плутония и минорных актинидов происходит одновременно и они могут тут же использоваться как топливо. Объем отходов при этом меньше и в них содержатся в основном продукты деления. Пиропрцессинг используется в ИБР и реакторах с расплавленными солями.

Актуальность важнейшей задачи, поставленной перед специальной лабораторией атомного ядра (с марта 1943 г. - Лабораторией № 2), - проведение необходимых исследований и представление в ГКО доклада "о возможности создания урановой бомбы или уранового топлива ", - усиливалась тем, что разведывательная информация 1941 г., что отмечал, как уже говорилось выше, И.В. Курчатов в своём письме от 27 ноября 1942 г. на имя В.М. Молотова, не содержала исчерпывающего ответа на вопрос о возможности создания урановой бомбы.

В то же время экспериментальная и теоретическая базы, которыми располагала Лаборатория № 2 в первой половине 1943 г., да и в относительно длительный последующий период, были недостаточными для того, чтобы дать определённый ответ на вопрос о реальности атомной бомбы только на основании собственных экспериментальных и теоретических данных.

Однако продолжавшие поступать разведывательные материалы, в том числе материалы, которыми И.В. Курчатов располагал уже к весне 1943 г., по существу не оставляли у него сомнений в осуществимости бомбы из урана-235. Из уже упоминавшегося выше отзыва И.В. Курчатова от 4 июля 1943 г. на поступивший по каналам разведки перечень американских работ по проблеме урана следует, что его беспокоила уже не сама возможность создания бомбы из урана-235, а озабоченность вызывали противоречия в данных различных работ по сечениям деленияурана-235 в области средних энергий нейтронов. И.В. Курчатов отмечал: "Вопрос этот имеет кардинальное значение, так как от величины сечения деления в этой области крайне резко зависят размеры бомбы из урана-235 и самая возможность осуществления котла из металлического урана " .

Весной 1943 г. И.В. Курчатову стала принципиально ясной и новая возможность конструирования атомной бомбы. В записке на имя М.Г. Первухина от 22 марта 1943 г. И.В. Курчатов писал: "В материалах, рассмотрением которых занимался в последнее время… указано, что, может быть, продукты сгорания ядерного топлива в "урановом котле" могут быть использованы вместо урана-235 в качестве материала для бомбы. Имея в виду эти замечания, я внимательно рассмотрел последние из опубликованных американцами в "Physical Review" работ по трансурановым элементам (эка-рению-239 и эка-осьмию-239) и смог установить новое направление в решении всей проблемы урана… ". Речь шла об использовании в атомной бомбе плутония-239, который И.В. Курчатов называл в своём письме эка-осьмием-239. Он писал, что "перспективы этого направления необычайно увлекательны ". "По всем существующим сейчас теоретическим представлениям попадание нейтрона в ядро эка-осьмия должно сопровождаться большим выделением энергии и испусканием вторичных нейтронов, так что в этом отношении он должен быть эквивалентен урану-235". "Если в действительности эка-осьмий обладает такими же свойствами, каки уран-235, его можно будет выделить из "уранового котла" и употребить в качестве материала для эка-осьмиевой бомбы. Бомба будет сделана, следовательно, из "неземного" материала, исчезнувшего на нашей планете .

Как видно, при таком решении всей проблемы отпадает необходимость разделения изотопов урана, который используется и как топливо, и как взрывчатое вещество ".

"Разобранные необычайные возможности, конечно, во многом ещё не обоснованы. Их реализация мыслима лишь в том случае, еслиэка-осьмий-239 действительно аналогичен урану-235 и если, кроме того, так или иначе может быть пущен в ход "урановый котёл". Кроме того, развитая схема нуждается в проведении количественного учёта всех деталей процесса. Эта последняя работа в ближайшее время будет мной поручена проф. Я.Б. Зельдовичу ".

С сообщением о пуске в США первого уранового котла, открывающего перспективы крупномасштабного использования атомной энергии и получения нового делящегося материала с атомным весом 239, пригодного для изготовления атомной бомбы (имелся в виду ядерный реактор Э. Ферми, пущенный 2 декабря 1942 г. в г. Чикаго), И.В. Курчатов был ознакомлен в июле 1943 г. вскоре после получения по каналам разведки этого сообщения.

Он дал чрезвычайно высокую оценку факту пуска в США первого в мире ядерного реактора. В своём отзыве на указанный материал разведки он писал: "Рассмотренный материал содержит исключительной важности сообщение о пуске в Америке первого уран-графитового котла - сообщение о событии, которое нельзя оценить иначе, как крупнейшее явление в мировой науке и технике "

Отметим, что в уже упоминавшемся докладе английского "Комитета MAUD", который поступил в СССР по каналам разведки в 1941 г. и с которым в конце 1942 г. был ознакомлен И.В. Курчатов, говорилось о том, что элемент с массой 239 весьма вероятно будет иметь делительные свойства, подобные свойствам урана-235, и может быть использован как взрывчатое вещество в атомной бомбе(см. ).

В очередную годовщину бадабума на Хиросиме и Нагасаки я решил прошерстить интернет на вопросы ядерного оружия, где почему и как создавалось меня мало интересовало (я уже знал)-меня больше интересовала как 2 куска плутония не плавятся а делают большой бабах.

Приглядывайте за инженерами - они начинают с сеялки, а заканчивают атомной бомбой.

Ядерная физика - одна из самых скандальных областей почтенной естественной науки. Именно в эту область человечество на протяжении полувека бросало миллиарды долларов, фунтов, франков и рублей, как в паровозную топку опаздывающего поезда. Теперь поезд, похоже, уже не опаздывает. Бушующее пламя сгорающих средств и человеко-часов утихло. Попробуем вкратце разобраться, что же это за поезд под названием «ядерная физика».

Изотопы и радиоактивность

Как известно, все сущее состоит из атомов. Атомы, в свою очередь состоят из электронных оболочек, живущих по своим умопомрачительным законам, и ядра. Классическая химия совершенно не интересуется ядром и его личной жизнью. Для нее атом - это его электроны и их способность к обменному взаимодействию. А от ядра химии нужна только его масса, чтобы рассчитывать пропорции реагентов. В свою очередь, ядерной физике глубоко плевать на электроны. Ее интересует крохотная (в 100 тысяч раз меньше радиуса орбит электронов) пылинка внутри атома, в которой сосредоточена практически вся его масса.

Что мы знаем о ядре? Да, оно состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих электрического заряда нейтронов. Впрочем, это не совсем верно. Ядро - это не горсточка шариков двух цветов, как на иллюстрации из школьного учебника. Здесь работают совсем другие законы под названиемсильное взаимодействие, превращающие и протоны, и нейтроны в какое-то неразличимое месиво. Однако заряд этого месива в точности равен суммарному заряду входящих в него протонов, а масса - почти (повторяю, почти) совпадает с массой нейтронов и протонов, из которых состоит ядро.

Кстати, количество протонов неионизированного атома всегда совпадает с количеством электронов, имеющих честь его окружать. А вот с нейтронами дело не так просто. Собственно говоря, задача нейтронов - стабилизировать ядро, поскольку без них одноименно заряженные протоны не ужились бы вместе и микросекунды.

Возьмем для определенности водород. Самый обычный водород. Его устройство до хохота просто - один протон, окруженный одним орбитальным электроном. Водорода во Вселенной навалом. Можно сказать, что Вселенная состоит в основном из водорода.

Теперь аккуратно добавим к протону нейтрон. С точки зрения химии это все равно водород. А вот с точки зрения физики уже нет. Обнаружив два разных водорода, физики забеспокоились и тут же придумали называть обычный водород протием, а водород с нейтроном при протоне - дейтерием.

Наберемся наглости и скормим ядру еще один нейтрон. Теперь у нас еще один водород, еще более тяжелый - тритий. Он, опять же, с точки зрения химии практически не отличается от двух других водородов (ну, разве что в реакцию теперь вступает чуть менее охотно). Сразу хочу предупредить - никакими усилиями, угрозами и увещеваниями вы не сможете добавить к ядру трития еще один нейтрон. Здешние законы куда более строги, чем человеческие.

Итак, протий, дейтерий и тритий - это изотопы водорода. Их атомная масса различна, а заряд - нет. А ведь именно зарядом ядра определяется местоположение в периодической системе элементов. Потому и назвали изотопы изотопами. В переводе с греческого это означает «занимающие одно и то же место». Кстати говоря, всем известная тяжелая вода - это та же вода, но с двумя атомами дейтерия вместо протия. Соответственно, сверхтяжелая вода содержит вместо протия тритий.

Давайте взглянем снова на наши водороды. Так… Протий на месте, дейтерий на месте… А это еще кто? Куда делся мой тритий и откуда здесь появился гелий-3? У нашего трития один из нейтронов явно соскучился, решил сменить профессию и стал протоном. При этом он породил электрон и антинейтрино. Потеря трития - это, конечно, огорчительно, но зато мы теперь знаем, что он нестабилен. Кормежка нейтронами даром не прошла.

Итак, как вы поняли, изотопы бывают стабильные и нестабильные. Стабильных изотопов вокруг нас полно, а вот нестабильных, слава богу, практически нет. То есть они имеются, но в настолько рассеянном состоянии, что добывать их приходится ценой очень большого труда. К примеру, уран-235, который доставил столько нервотрепки Оппенгеймеру, составляет в природном уране всего лишь 0,7%.

Период полураспада

Здесь все просто. Периодом полураспада нестабильного изотопа называется промежуток времени, за который ровно половина атомов изотопа распадется и превратится в какие-то другие атомы. Уже знакомый нам тритий имеет период полураспада 12,32 года. Это - достаточно короткоживущий изотоп, хотя по сравнению с францием-223, у которого период полураспада составляет 22,3 минуты, тритий покажется седобородым аксакалом.

Никакие макроскопические внешние факторы (давление, температура, влажность, настроение исследователя, количество ассигнований, расположение звезд) не влияют на период полураспада. Квантовая механика нечувствительна к подобным глупостям.

Популярная механика взрыва

Суть любого взрыва - это стремительное высвобождение энергии, ранее находившейся в несвободном, связанном состоянии. Освободившаяся энергия рассеивается, преимущественно переходя в тепло (кинетическую энергию неупорядоченного движения молекул), ударную волну (тут тоже движение, но уже упорядоченное, по направлению от центра взрыва) и излучение - от мягкого инфракрасного до жестких коротковолновых квантов.

При химическом взрыве все относительно просто. Происходит энергетически-выгодная реакция, когда между собой взаимодействуют некие вещества. В реакции участвуют только верхние электронные слои некоторых атомов, а глубже взаимодействие не идет. Несложно догадаться, что скрытой энергии в любом веществе гораздо больше. Но каковы бы ни были условия опыта, сколь бы удачные реагенты мы ни подобрали, как бы ни выверяли пропорции - глубже в атом химия нас не пустит. Химический взрыв - явление примитивное, малоэффективное и, с точки зрения физики, до неприличия слабое.

Ядерная цепная реакция позволяет копнуть чуть глубже, включая в игру не только электроны, но и ядра. По-настоящему весомо это звучит, пожалуй, только для физика, а остальным приведу простую аналогию. Представьте себе гигантскую гирю, вокруг которой на расстоянии нескольких километров порхают наэлектризованные пылинки. Это атом, «гиря» - ядро, а «пылинки» - электроны. Что с этими пылинками ни делай, они не дадут и сотой доли той энергии, которую можно получить от увесистой гири. Особенно если в силу каких-то причин она расколется, и массивные обломки на огромной скорости разлетятся в разные стороны.

Ядерный взрыв задействует потенциал связи тяжелых частиц, из которых состоит ядро. Но это еще далеко не предел: скрытой энергии в веществе гораздо больше. И имя этой энергии - масса. Опять же, для не-физика это звучит немного непривычно, но масса - это энергия, только предельно сконцентрированная. Каждая частица: электрон, протон, нейтрон - все это мизерные сгустки невероятно плотной энергии, до поры до времени пребывающей в покое. Вы наверняка знаете формулу E=mc2, которую так полюбили авторы анекдотов, редакторы стенгазет и оформители школьных кабинетов. Она именно об этом, и именно она постулирует массу как не более чем одну из форм энергии. И она же дает ответ на вопрос, сколько энергии можно получить из вещества по максимуму.

Процесс полного перехода массы, то есть энергии связанной, в энергию свободную, называетсяаннигиляцией. По латинскому корню «nihil» несложно догадаться о ее сути - это превращение в «ничто», вернее - в излучение. Для ясности - немного цифр.

Взрыв Тротиловый эквивалент Энергия (Дж)

Граната Ф-1 60 грамм 2,50*105

Бомба, сброшенная на Хиросиму 16 килотонн 6,70*1013

Аннигиляция одного грамма материи 21,5 килотонн 8,99*1013

Один грамм любой материи (важна только масса) при аннигиляции даст больше энергии, чем небольшая ядерная бомба. По сравнению с такой отдачей смешными кажутся и упражнения физиков над расщеплением ядра, и уж тем более опыты химиков с активными реагентами.

Для аннигиляции нужны соответствующие условия, а именно - контакт материи с антиматерией. И, в отличие от «красной ртути» или «философского камня», антиматерия более чем реальна - для известных нам частиц существуют и исследованы аналогичные античастицы, а эксперименты по аннигиляции пар «электрон + позитрон» неоднократно проводились на практике. Но чтобы создать аннигиляционное оружие, необходимо собрать воедино некоторый весомый объем античастиц, а также ограничить их от контакта с любой материей вплоть до, собственно, боевого применения. Это, тьфу-тьфу, еще далекая перспектива.

Дефект массы

Последний вопрос, который осталось уяснить относительно механики взрыва, - это откуда все-таки берется энергия: та самая, которая высвобождается в ходе цепной реакции? Тут опять не обошлось без массы. Вернее, без ее «дефекта».

Вплоть до прошлого века ученые полагали, что масса сохраняется при любых условиях, и были по-своему правы. Вот мы опустили металл в кислоту - в реторте забурлило и сквозь толщу жидкости наверх устремились пузырьки газа. Но если взвесить реагенты до и после реакции, не забыв при этом и выделившийся газ, - масса сходится. И так будет всегда, пока мы оперируем килограммами, метрами и химическими реакциями.

Но стоит углубиться в область микрочастиц, как и масса тоже преподносит сюрприз. Оказывается, что масса атома может отнюдь не в точности равняться сумме масс частиц, его составляющих. При делении на части тяжелого ядра (к примеру, того же урана) «осколки» в сумме весят меньше, чем ядро до деления. За «разницу», также называемую дефектом массы, отвечают энергии связей внутри ядра. И именно эта разница уходит в тепло и излучение во время взрыва, причем все по той же простенькой формуле: E=mc2.

Это интересно: так сложилось, что тяжелые ядра энергетически выгодно делить, а легкие - объединять. Первый механизм работает в урановой или плутониевой бомбе, второй - в водородной. А из железа бомбу не сделать при всем желании: оно в этой линейке стоит ровно посередине.

Ядерная бомба

Соблюдая историческую последовательность, рассмотрим сначала ядерные бомбы и осуществим свой маленький «Манхэттенский проект». Я не стану утомлять вас занудными методиками разделения изотопов и математическими выкладками теории цепной реакции деления. У нас с вами есть уран, плутоний, прочие материалы, инструкция по сборке и необходимая доля научного любопытства.

Все изотопы урана нестабильны в той или иной степени. Но уран-235 - на особом положении. При самопроизвольном распаде ядра урана-235 (его еще называют альфа-распадом) образуются два осколка (ядра других, гораздо более легких элементов) и несколько нейтронов (обычно 2-3). Если образовавшийся при распаде нейтрон ударится о ядро другого атома урана, будет обычное упругое соударение, нейтрон отскочит и продолжит поиски приключений. Но через какое-то время он растратит энергию (идеально упругие соударения бывают только у сферических коней в вакууме), и очередное ядро окажется ловушкой - нейтрон поглотится им. Кстати, такой нейтрон физики называюттепловым.

Посмотрите на перечень известных изотопов урана. Среди них нет изотопа с атомной массой 236. А знаете, почему? Такое ядро живет доли микросекунд, а затем распадается с выделением огромного количества энергии. Это называется вынужденный распад. Изотоп с таким временем жизни даже как-то неловко называть изотопом.

Энергия, выделившаяся при распаде ядра урана-235, - это кинетическая энергия осколков и нейтронов. Если подсчитать общую массу продуктов распада ядра урана, а затем сравнить ее с массой первоначального ядра, то окажется, что эти массы не совпадают - первоначальное ядро было больше. Это явление называется дефектом массы, а его объяснение заложено в формуле E0=mс2. Кинетическая энергия осколков, деленная на квадрат скорости света, в точности будет равна разности масс. Осколки тормозятся в кристаллической решетке урана, рождая рентгеновское излучение, а нейтроны, попутешествовав, поглощаются другими ядрами урана или покидают урановую отливку, где все события и происходят.

Если урановая отливка маленькая, то большая часть нейтронов покинет ее, не успев затормозиться. А вот если каждый акт вынужденного распада вызовет хотя бы еще один такой же акт за счет испущенного нейтрона - это уже самоподдерживающаяся цепная реакция деления.

Соответственно, если увеличивать размер отливки, все большее количество нейтронов станет причиной актов вынужденного деления. И в какой-то момент цепная реакция станет неуправляемой. Но это еще далеко не ядерный взрыв. Просто очень «грязный» термический взрыв, при котором выделится большое количество очень активных и ядовитых изотопов.

Вполне закономерный вопрос - сколько нужно урана-235, чтобы цепная реакция деления стала лавинообразной? На самом деле не все так просто. Здесь играют роль свойства расщепляющегося материала и отношение объема к поверхности. Представьте себе тонну урана-235 (сразу оговорюсь - это очень много), которая существует в виде тонкой и очень длинной проволоки. Да, нейтрон, летящий вдоль нее, разумеется, вызовет акт вынужденного распада. Но доля нейтронов, летящих вдоль проволоки, окажется настолько малой, что говорить о самоподдерживающейся цепной реакции просто смешно.

Поэтому условились считать критическую массу для сферической отливки. Для чистого урана-235 критическая масса составляет 50 кг (это шарик радиусом 9 см). Сами понимаете, такой шарик долго не просуществует, впрочем, как и те, кто его отлили.

Если же шарик меньшей массы окружить отражателем нейтронов (для него прекрасно подходит бериллий), а в состав шарика ввести материал - замедлитель нейтронов (вода, тяжелая вода, графит, тот же бериллий), то критическая масса станет гораздо меньшей. Применяя наиболее эффективные отражатели и замедлители нейтронов, можно довести критическую массу до 250 грамм. Этого, к примеру, можно достигнуть, если поместить в сферическую бериллиевую емкость насыщенный раствор соли урана-235 в тяжелой воде.

Критическая масса существует не только для урана-235. Есть еще ряд изотопов, способных к цепной реакции деления. Главное условие - продукты распада ядра должны вызывать акты распада других ядер.

Итак, у нас есть две полусферических отливки урана массой по 40 кг. Пока они находятся на почтительном отдалении друг от друга, все будет спокойно. А если начать их медленно сдвигать? Вопреки распространенному мнению, не произойдет ничего грибообразного. Просто куски по мере сближения начнут нагреваться, а затем, если вовремя не одуматься, раскаляться. В конце концов они просто расплавятся и растекутся, а все, кто двигал отливки, дадут дуба от облучения нейтронами. А те, кто с интересом наблюдал за этим, склеят ласты.

А если быстрее? Быстрее расплавятся. Еще быстрее? Еще быстрее расплавятся. Охладить? Да хоть в жидкий гелий опустите - толку не будет. А если выстрелить одним куском в другой? О! Момент истины. Мы только что придумали урановую пушечную схему. Впрочем, гордиться нам особенно нечем, эта схема - самая простая и безыскусная из всех возможных. Да и от полушарий придется отказаться. Они, как показала практика, не склонны ровненько слипаться плоскостями. Малейший перекос - и получится очень дорогостоящий «пук», после которого долго придется убирать.

Лучше сделаем короткую толстостенную трубу из урана-235 с массой 30-40 кг, к отверстию которой приставим высокопрочный стальной ствол того же калибра, заряженный цилиндром из такого же урана примерно такой же массы. Окружим урановую мишень бериллиевым отражателем нейтронов. Вот теперь, если пальнуть урановой «пулей» по урановой «трубе» - будет полная «труба». То есть будет ядерный взрыв. Только пальнуть надо по-серьезному, так, чтобы дульная скорость уранового снаряда была хотя бы 1 км/с. Иначе опять же будет «пук», но погромче. Дело в том, что при сближении снаряда и мишени они настолько разогреваются, что начинают интенсивно испаряться с поверхности, тормозясь встречными газовыми потоками. Более того, если скорость недостаточна, то есть шанс, что снаряд просто не долетит до мишени, а испарится по дороге.

Разогнать до такой скорости болванку массой в несколько десятков килограмм, причем на отрезке в пару метров - задача крайне непростая. Именно поэтому потребуется не порох, а мощная взрывчатка, способная создать в стволе должное давление газов за очень короткое время. А ствол потом чистить не придется, не беспокойтесь.

Бомба Mk-I «Little Boy», сброшенная на Хиросиму, была устроена именно по пушечной схеме.

Есть, конечно, незначительные детали, которые мы не учли в нашем проекте, но против самого принципа не погрешили совершенно.

Так. Урановую бомбу мы взорвали. Грибом полюбовались. Теперь будем взрывать плутониевую. Только не надо тащить сюда мишень, снаряд, ствол и прочий хлам. Этот номер с плутонием не пройдет. Даже если мы пальнем одним куском в другой со скоростью в 5 км/с, все равно надкритической сборки не выйдет. Плутоний-239 успеет разогреться, испариться и изгадить все вокруг. Его критическая масса - чуть больше 6 кг. Можете себе представить, насколько он активнее в плане захвата нейтронов.

Плутоний - металл необычный. В зависимости от температуры, давления и примесей он существует в шести модификациях кристаллической решетки. Есть даже такие модификации, в которых он сжимается при нагревании. Переходы из одной фазы в другую могут совершаться скачкообразно, при этом плотность плутония может меняться на 25%.Давайте, как все нормальные герои, пойдем в обход. Вспомним, что критическая масса определяется, в частности, отношением объема к поверхности. Ладно, у нас есть шарик докритической массы, имеющий минимальную поверхность при заданном объеме. Скажем, 6 килограмм. Радиус шарика - 4,5 см. А если этот шарик сжать со всех сторон? Плотность возрастет пропорционально кубу линейного сжатия, а поверхность уменьшится пропорционально его же квадрату. И вот что получится: атомы плутония уплотнятся, то есть тормозной путь нейтрона сократится, а значит, увеличится вероятность его поглощения. Но, опять же, сжать с нужной скоростью (порядка 10 км/с) все равно не выйдет. Тупик? А вот и нет.

При 300°С наступает так называемая дельта-фаза - самая рыхлая. Если легировать плутоний галлием, нагреть его до этой температуры, а затем медленно охладить, то дельта-фаза сможет существовать и при комнатной температуре. Но она не будет стабильной. При большом давлении (порядка десятков тысяч атмосфер) произойдет скачкообразный переход в очень плотную альфа-фазу.

Поместим плутониевый шарик в большой (диаметр 23 см) и тяжелый (120 кг) пустотелый шар из урана-238. Не переживайте, у него нет критической массы. Зато он прекрасно отражает быстрые нейтроны. А они нам еще пригодятся.Думаете, взорвали? Как бы не так. Плутоний - чертовски капризная сущность. Придется еще поработать. Сделаем две полусферы из плутония в дельта-фазе. Сформируем в центре сферическую полость. И в эту полость поместим квинтэссенцию ядерно-оружейной мысли - нейтронный инициатор. Это такой маленький пустотелый шарик из бериллия диаметром 20 и толщиной 6 мм. Внутри его - еще один шарик из бериллия диаметром 8 мм. На внутренней поверхности пустотелого шарика - глубокие бороздки. Все это щедро никелировано и покрыто золотом. В бороздки помещается полоний-210, который активно испускает альфа-частицы. Вот такое вот чудо технологии. Как оно работает? Секундочку. У нас еще есть несколько дел.

Окружим урановую оболочку еще одной, из сплава алюминия с бором. Ее толщина - около 13 см. Итого, наша «матрешка» теперь растолстела до полуметра и поправилась с 6 до 250 кг.

Теперь изготовим имплозионные «линзы». Представьте себе футбольный мяч. Классический, состоящий из 20 шестиугольников и 12 пятиугольников. Изготовим такой «мяч» из взрывчатки, а каждый из сегментов снабдим несколькими электродетонаторами. Толщина сегмента - около полуметра. При изготовлении «линз» есть тоже масса тонкостей, но если их описывать, то на все остальное не хватит места. Основное - максимальная точность линз. Малейшая погрешность - и всю сборку раздробит бризантным действием взрывчатки. Полная сборка теперь имеет диаметр около полутора метров и массу 2,5 тонны. Завершает конструкцию электрическая схема, задача которой - подорвать детонаторы в строго определенной последовательности с точностью до микросекунды.

Все. Перед нами - плутониевая имплозионная схема.

А теперь - самое интересное.

При детонации взрывчатка обжимает сборку, а алюминиевый «толкатель» не дает распространиться спаду взрывной волны, распространяющемуся вслед за ее фронтом внутрь. Пройдя через уран со встречной скоростью около 12 км/с, волна сжатия уплотнит и его, и плутоний. Плутоний при давлениях в зоне сжатия порядка сотен тысяч атмосфер (эффект фокусировки взрывного фронта) перейдет скачком в альфа-фазу. За 40 микросекунд описанная здесь сборка уран-плутоний станет не просто надкритической, а превышающей критическую массу в несколько раз.

Дойдя до инициатора, волна сжатия сомнет всю его конструкцию в монолит. При этом золото-никелевая изоляция разрушится, полоний-210 за счет диффузии проникнет в бериллий, испускаемые им альфа-частицы, проходящие через бериллий, вызовут колоссальный поток нейтронов, запускающих цепную реакцию деления во всем объеме плутония, а поток «быстрых» нейтронов, рожденный распадом плутония, вызовет взрыв урана-238. Готово, мы вырастили второй гриб, ничуть не хуже первого.

Пример плутониевой имплозионной схемы - бомба Mk-III «Fatman», сброшенная на Нагасаки.

Все описанные здесь ухищрения нужны для того, чтобы заставить вступить в реакцию максимальное количество атомных ядер плутония. Основная задача - как можно дольше удержать заряд в компактном состоянии, не дать ему разлететься плазменным облаком, в котором цепная реакция мгновенно прекратится. Здесь каждая выигранная микросекунда - прирост одной-двух килотонн мощности.

Термоядерная бомба

Существует расхожее мнение, что ядерная бомба - запал для термоядерной. В принципе, все гораздо сложнее, но суть ухвачена верно. Оружие, основанное на принципах термоядерного синтеза, позволило добиться такой мощности взрыва, которая ни при каких условиях не может быть достигнута цепной реакцией деления. Но единственный пока источник энергии, позволяющий «поджечь» термоядерную реакцию синтеза, - это ядерный взрыв.

Помните, как мы с вами «кормили» ядро водорода нейтронами? Так вот, если попытаться подобным образом соединить между собой два протона, ничего не выйдет. Протоны не удержатся вместе из-за кулоновских сил отталкивания. Либо они разлетятся, либо произойдет бета-распад и один из протонов станет нейтроном. А вот гелий-3 существует. Благодаря одному-единственному нейтрону, который делает протоны более уживчивыми друг с другом.

В принципе, на основании состава ядра гелия-3 можно сделать вывод, что из ядер протия и дейтерия можно вполне собрать одно ядро гелия-3. Теоретически это так, но такая реакция может идти только в недрах больших и горячих звезд. Более того, в недрах звезд даже из одних протонов можно собрать гелий, превращая часть их в нейтроны. Но это уже вопросы астрофизики, а достижимый для нас вариант - это слить два ядра дейтерия или дейтерий и тритий.

Для слияния ядер необходимо одно очень специфическое условие. Это очень высокая (109 К) температура. Только при средней кинетической энергии ядер в 100 килоэлектронвольт они способны сблизиться на расстояние, при котором сильное взаимодействие начинает преодолевать кулоновское.

Вполне законный вопрос - зачем городить этот огород? Дело в том, что при синтезе легких ядер выделяется энергия порядка 20 МэВ. Разумеется, при вынужденном делении ядра урана эта энергия в 10 раз больше, но есть один нюанс - при самых больших ухищрениях урановый заряд мощностью даже в 1 мегатонну невозможен. Даже для более совершенной плутониевой бомбы достижимый выход энергии - не более чем 7-8 килотонн с одного килограмма плутония (при теоретическом максимуме 18 килотонн). И не забывайте о том, что ядро урана почти в 60 раз тяжелее двух ядер дейтерия. Если считать удельный выход энергии, то термоядерный синтез заметно впереди.

И еще - для термоядерного заряда не существует никаких ограничений по критической массе. У него попросту ее нет. Есть, правда, другие ограничения, но о них - ниже.

В принципе, запустить термоядерную реакцию как источник нейтронов достаточно несложно. Гораздо труднее запустить ее как источник энергии. Здесь мы сталкиваемся с так называемым критерием Лоусона, который определяет энергетическую выгодность термоядерной реакции. Если произведение плотности реагирующих ядер и времени их удержания на расстоянии слияния больше, чем 1014 сек/см3, энергия, даваемая синтезом, превысит энергию, вводимую в систему.

Именно достижению этого критерия и были посвящены все термоядерные программы.

Первая схема термоядерной бомбы, пришедшая в голову Эдварду Теллеру, была чем-то сродни попытке создать плутониевую бомбу по пушечной схеме. То есть вроде бы все правильно, но не работает. Устройство «классического супера» - жидкий дейтерий, в который погружена плутониевая бомба, - было и вправду классическим, но далеко не супер.

Мысль о взрыве ядерного заряда в среде жидкого дейтерия оказалась тупиковой изначально. При таких условиях мало-мальский выход энергии термоядерного синтеза мог быть достигнут при подрыве ядерного заряда мощностью 500 кт. А о достижении критерия Лоусона вообще говорить не приходилось.

Идея окружить ядерный заряд-триггер слоями термоядерного топлива, перемежающегося ураном-238 в качестве теплоизолятора и усилителя взрыва, Теллеру тоже приходила в голову. Да и не только ему. Первые советские термоядерные бомбы были построены именно по этой схеме. Принцип был достаточно простым: ядерный заряд прогревает термоядерное горючее до температуры начала синтеза, а рождающиеся при синтезе быстрые нейтроны взрывают слои урана-238. Однако ограничение оставалось прежним - при той температуре, которую мог обеспечить ядерный триггер, в реакцию синтеза могла вступить только смесь дешевого дейтерия и невероятно дорогого трития.

Позже Теллера посетила мысль использовать соединение дейтерид лития-6. Такое решение позволило отказаться от дорогих и неудобных криогенных емкостей с жидким дейтерием. К тому же в результате облучения нейтронами литий-6 превращался в гелий и тритий, вступавший с дейтерием в реакцию синтеза.

Недостатком этой схемы оказалась ограниченная мощность - в реакцию синтеза успевала вступить лишь ограниченная часть термоядерного горючего, окружавшего триггер. Остальное, сколько бы его ни было, шло на ветер. Максимальная мощность заряда, полученная при использовании «слойки», равнялась 720 кт (британская бомба Orange Herald). Судя по всему, это был «потолок».

Об истории разработки схемы Теллера-Улама мы уже говорили. Теперь давайте разберемся в технических деталях этой схемы, которую называют также «двухступенчатой» или «схемой обжатия излучением».

Наша задача - нагреть термоядерное топливо и удержать его в определенном объеме, чтобы выполнить критерий Лоусона. Оставляя в стороне американские упражнения с криогенными схемами, возьмем в качестве термоядерного топлива уже известный нам дейтерид лития-6.

В качестве материала контейнера для термоядерного заряда выберем уран-238. Контейнер - цилиндрической формы. По оси контейнера внутри его расположим цилиндрический стержень из урана-235, имеющий субкритическую массу.

На заметку: нашумевшая в свое время нейтронная бомба - это та же схема Теллера-Улама, но без уранового стержня по оси контейнера. Смысл в том, чтобы обеспечить мощный поток быстрых нейтронов, но не допустить выгорания всего термоядерного топлива, на которое станут расходоваться нейтроны.

Остальное свободное пространство контейнера заполним дейтеридом лития-6. Разместим контейнер в одном из концов корпуса будущей бомбы (это у нас будет вторая ступень), а в другом его конце смонтируем обычный плутониевый заряд мощностью в несколько килотонн (первая ступень). Между ядерным и термоядерным зарядами установим перегородку из урана-238, предотвращающую преждевременный разогрев дейтерида лития-6. Заполним остальное свободное пространство внутри корпуса бомбы твердым полимером. В принципе, термоядерная бомба готова.

При подрыве ядерного заряда 80% энергии выделяется в виде рентгеновского излучения. Скорость его распространения намного превышает скорость распространения осколков деления плутония. Через сотые доли микросекунды урановый экран испаряется, и рентгеновское излучение начинает интенсивно поглощаться ураном контейнера термоядерного заряда. В результате так называемой абляции (уноса массы с поверхности нагретого контейнера) возникает реактивная сила, сжимающая контейнер в 10 раз. Именно этот эффект называется радиационной имплозией или обжатием излучением. При этом плотность термоядерного топлива возрастает в 1000 раз. В результате колоссального давления радиационной имплозии центральный стержень из урана-235 также подвергается обжатию, хотя и в меньшей степени, и переходит в надкритическое состояние. К этому времени термоядерный блок подвергается бомбардировке быстрыми нейтронами ядерного взрыва. Пройдя через дейтерид лития-6, они замедляются и интенсивно поглощаются урановым стержнем.

В стержне начинается цепная реакция деления, быстро приводящая к ядерному взрыву внутри контейнера. Поскольку дейтерид лития-6 при этом подвергается абляционному обжатию снаружи и давлению ядерного взрыва изнутри, его плотность и температура еще больше возрастает. Этот момент - начало запуска реакции синтеза. Дальнейшее ее поддержание определяется тем, как долго контейнер будет удерживать термоядерные процессы внутри себя, не давая выхода тепловой энергии наружу. Именно этим и определяется достижение критерия Лоусона. Выгорание термоядерного топлива идет от оси цилиндра к его краю. Температура фронта горения достигает 300 миллионов кельвин. Полное развитие взрыва вплоть до выгорания термоядерного топлива и разрушения контейнера занимает пару сотен наносекунд - в двадцать миллионов раз быстрее, чем вы прочитали эту фразу.

Надежное срабатывание двухступенчатой схемы зависит от точной сборки контейнера и предотвращения его преждевременного разогрева.

Мощность термоядерного заряда для схемы Теллера-Улама зависит от мощности ядерного триггера, обеспечивающего эффективное обжатие излучением. Впрочем, сейчас существуют и многоступенчатые схемы, в которых энергия предыдущей ступени используется для обжатия последующей. Пример трехступенчатой схемы - уже упомянутая 100-мегатонная «кузькина мать».

Мы не будем оригинальными, если скажем, что с двух атом­ных бомб, сброшенных 6 и 9 августа 1945 г. на Хиросиму и Нагасаки, начался совершенно новый этап в развитии человечес­кой цивилизации. Глобальные мировые войны навсегда ушли в историю. Осознание этого факта пришло не сразу, но сейчас, после 45 лет холодной войны, стало уже ясно, что ядерное ору­жие вообще нельзя считать оружием в традиционном смысле этого слова, означающим техническое средство ведения войны. Являясь всё это время наиболее эффективным средством под­держания глобального мира, оно не способно уберечь своих обладателей от позорных поражений в малых войнах (Суэцкий и Карибский кризисы, Корея, Вьетнам, Афганистан и др.).

История создания атомного оружия до сих пор полна белых пятен и ещё ждёт своего летописца, мы же в рамках краткого обзора остановимся только на наиболее важных событиях.

РАЗРАБОТКА ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ В США

Особый драматизм этой исто­рии придает тот факт, что явление деления ядра урана было открыто на рубеже 1938-1939 гг., когда скорое вооруженное столкновение в Европе стало уже практически неотвратимым, но мировое науч­ное сообщество было ещё единым. Если бы это произошло всего на год-два раньше, а такое вполне могло случиться, очень вероятно, что атомное оружие было бы приме­нено в Европе, причём наибольший научно-технический потенциал для его создания имела Германия. Пос­ле начала Второй мировой войны, когда коллективный разум физиков был разделен линиями фронтов, а фундаментальная наука была отло­жена до лучших времен, это откры­тие вообще могло не состояться.

Как бы там ни было, деление ядер урана было открыто, что по­служило толчком к развитию ядер­ной техники.

Сделаем небольшое отступле­ние для читателей, слегка забывших курс общей физики. Для возникно­вения и развития цепной реакции деления необходимо, чтобы в данный момент времени число испус­каемых нейтронов было больше числа поглощенных ядрами урана и других материалов, а также ушед­ших через поверхность образца, то есть коэффициент размножения нейтронов должен быть больше единицы. Количество испускаемых при делении нейтронов про­порционально плотности вещества и объёму, а количество уходящих нейтронов пропорционально пло­щади поверхности образца, поэто­му коэффициент размножения уве­личивается с ростом его размеров. Состояние с коэффициентом раз­множения нейтронов, равным еди­нице, получило название критичес­кого, а соответствующая масса вещества - критической массы. Ве­личина критической массы зависит от формы образца, его плотности, наличия других материалов, иг­рающих роль поглотителя или за­медлителя нейтронов, поэтому со­стояния критичности можно достичь различными способами, иногда даже помимо желания эксперимен­татора.

Ко времени открытия деления ядер урана было уже известно, что природный уран представляет со­бой смесь двух основных изотопов - 99,3% 238U и 0,7% 235U. Вскоре было показано, что цепная реак­ция возможна в изотопе 235U.

Таким образом, задача овладе­ния ядерной энергией сводилась к задаче промышленного разделения изотопов урана, технически очень сложной, но вполне разрешимой. В условиях начинавшейся большой вой­ны вопрос создания атомной бомбы становился вопросом времени.

Ещё спустя некоторое время было установлено, что цепная ре­акция возможна в искусственном элементе - плутонии 239Рu. Его можно было получить, облучая природный уран в ядерном реакторе.

Пионером в разработке ядер­ного оружия, можно считать Фран­цию. Имея отлично оснащённую лабораторию в Коллеж де Франс и государственную поддержку, французы выполнили много фунда­ментальных работ в ядерной обла­сти. В 1930-х гг. Франция скупила все запасы урановой руды в Бель­гийском Конго, что составляло по­ловину всего мирового запаса ура­на. В 1940 г., после падения Фран­ции, эти запасы на двух транспор­тах были переправлены в Америку. Впоследствии вся американская ядерная программа базировалась именно на этом уране.

Немецкие оккупационные влас­ти не обратили внимания на ядер­ную лабораторию - такие иссле­дования не были в Германии при­оритетными. Лаборатория благо­получно пережила оккупацию и сыграла ведущую роль при создании французской бомбы после войны.

В последнее время появилось много публикаций о том, что немцы близко подошли к созданию ядер­ной бомбы или даже имели её. Данный эпизод показывает, что это не так. В конце войны американцы послали в Европу специальную ко­миссию, которая шла за наступаю­щими войсками союзников и разыс­кивала следы немецких ядерных исследований. Её отчёт был опубли­кован, в том числе и на русском языке. Единственная существенная находка - образец недостроенно­го ядерного реактора. Его изуче­ние показало, что критического со­стояния этот реактор достичь не мог. Так что до создания бомбы немцам было очень далеко...

В Англии работы по исследова­нию деления урана начались поз­же, чем во Франции, зато сразу с четкой направленностью на созда­ния атомного оружия. Британцы выполнили расчёт, хотя и очень приближённый, критической массы урана 235, который не превышал 100 кг, а не тонн, как предполага­лось ранее. Была предложена пер­вая работоспособная схема ядер­ной бомбы пушечного типа. В ней критическая масса создаётся быст­рым сближением двух кусков 235U в пушечном стволе. Скорость сбли­жения оценивалась в 1000... 1800 м/с. В дальнейшем оказалось, что эта скорость была сильно завышена. В связи с уязвимым положением Ве­ликобритании под немецкими бом­бами, работы были перенесены в Канаду, а потом и в США.

Работы над атомной бомбой в США начались под влиянием Анг­лии, и физиков (как отечественных, так и эмигрировавших из Гер­мании). Основным аргументом был вопрос - а вдруг Герма­ния создаёт атомную бомбу? Деньги на исследования были выделены, и 2 декабря 1942 г в Чикаго был запущен первый атомный реактор на природ­ном уране и графите, в каче­стве замедлителя, а 13 августа 1942 г. был создан Манхэттенский округ инженерных войск. Так возник Манхэттенский про­ект, увенчавшийся созданием атомной бомбы в 1945 г.

Главным вопросом при со­здании бомбы, было получение пригодных для неё делящихся материалов. Природные изо­топы урана - 235U и 238U име­ют совершенно одинаковые хи­мические и физические свой­ства, поэтому разделить их известными на то время методами было невозможно. Разница состоит только в ничтожном различии атомной массы этих изотопов. Только используя эту разницу, можно было попробовать разделить изотопы. Исследования показали практическую осуществимость четырёх методов разделения изото­пов урана:

• электромагнитное разделе­ние;
• газодиффузионное разделе­ние;
• термодиффузионное разде­ление;
• разделение изотопов на высо­коскоростных центрифугах.

Все четыре метода требовали строительства огромных заводов с многоступенчатым производствен­ным процессом, потребляющих большое количество электроэнер­гии, требующих больших объёмов глубокого вакуума и других тонких и сложных технологий. Финансовые и интеллектуальные затраты обе­щали быть огромными. Тем не ме­нее, в США были построены обо­гатительные заводы по первым трём методам (высокоскоростные цент­рифуги в то время оставались ла­бораторными образцами).

К концу 1945 г. производитель­ность американской промышленно­сти составила 40 кг оружейного урана 235 - 80% (позже - 90%) обогащения. Для секретности ору­жейный уран назвали сплав Оралой. Обогащенный уран использо­вался не только для создания бом­бы. Уран, обогащенный до 3%...4% нужен для создания реакторов.

В последнее время часто упоми­нается обеднённый уран. Здесь нуж­но понимать, что это уран, из кото­рого извлекли какую то часть изо­топа 235U. То есть, по сути дела, это отходы ядерного производства. Такой уран используют для легиро­вания твёрдых сплавов, применяе­мых в бронебойных артиллерийских снарядах. Другое применение ура­на - создание некоторых красок.

Для производства оружейного плутония в Хэнфорде, шт. Вашинг­тон, был создан промышленный комплекс, включающий: атомные уран-графитовые реакторы, радио­химическое производство для выде­ления плутония из извлечённых из реакторов материалов, а также металлургическое производство. Плутоний - металл, и его нужно плавить и рафинировать.

В плутониевом цикле свои труд­ности: мало того, что атомный ре­актор сам по себе - сложнейший агрегат, требующий многих знаний и больших затрат, но и весь цикл - грязный. Всё оборудование и вы­пускаемая продукция были радио­активными, что требовало приме­нения особых методов производства и средств защиты.

Первую продукцию - металли­ческий плутоний-239 - завод в Хэн­форде выдал в начале 1945 г. Его производительность в 1945 г. со­ставляла около 20 кг плутония в месяц, что позволяло изготавливать в месяц до трех атомных бомб.

До середины 1942 г. разработ­ке собственно атомной бомбы осо­бого внимания не уделялось. Глав­ным считалось получение для неё делящихся материалов - урана-235 и плутония-239. Для разработки и сборки атомных бомб в пус­тынном штате Нью-Мексико был построен закрытый науч­ный городок Лос-Аламос (Лагерь V).

Весной 1945 г. в Лос-Ала­мосе действовали следующие подразделения: теоретической физики (директор X. Бете), экспериментальной ядерной физики (Дж. Кеннеди и С. Смит), военное (У. Парсонс), взрывчатых веществ (Г. Кистяковский), физики бомбы (Р. Бахер), перспективных исследо­ваний (Э. Ферми), химии и ме­таллургии. Каждое подразде­ление делилось на группы по усмотрению их руководите­лей.

Создание американских атомных бомб обошлось не­дёшево. Общие затраты оце­ниваются суммой, превышающей 2 млрд. долл. Только в Лос-Аламосе на начальном этапе создания ядерного оружия произошло семь радиационных аварий с человеческими жертвами. Наиболее известна гибель от переоблучения молодого физика Луи Слотина, занимавшегося опасными экспериментами с подкритическими сборками.

«Теперь можно учитывать в на­ших оперативных планах существо­вание бомбы пушечного типа, ко­торая должна предположительно иметь мощность, эквивалентную взрыву 10000 т тринитротолуола (ТНТ). Если не производить настоя­щего испытания (нам это не кажет­ся необходимым), первая бомба должна быть готова к 1 августа 1945 г. Вторая должна быть закон­чена к концу года, а последующие... через промежутки времени, кото­рые предстоит уточнить.

Сначала мы надеялись, что к кон­цу весны станет возможным создать бомбу компрессионного (имплозив­ного) типа, однако эти на­дежды не сбылись вследствие трудностей научного характера, кото­рые пока не удалось преодолеть. В настоящее время эти осложнения приводят к тому, что нам необходи­мо большее количество материа­ла, который будет использован с меньшей эффективностью, чем это предполагалось ранее. Мы будем располагать достаточным количе­ством сырья для изготовления бом­бы компрессионного типа к концу июля. Эта бомба должна будет иметь мощность, эквивалентную примерно 500 т ТНТ. Можно наде­яться, что во второй половине 1945 г. нам удастся изготовить... другие дополнительные бомбы. Они будут иметь большую мощность: по мере продолжения работ мощность каждой бомбы сможет достичь эквивалента 1000 т ТНТ; если нам удастся разрешить некоторые проб­лемы, мощность атомной бомбы сможет достичь 2500 т ТНТ.

Оперативный план, основанный в настоящее время на более на­дежном использовании мощной бомбы пушечного типа, предпола­гает также использований бомб компрессионного типа, когда их будет достаточное количество. Осуществление различных ста­дий нашего плана не должны препятствовать никакие трудно­сти, за исключением тех, кото­рые связаны с решением про­блем, имеющих чисто научный характер».

Обращает на себя внимание уверенность генерала в успехе урановой бомбы и очень осто­рожное его отношение к бомбе плутониевой.

Здесь настало время перей­ти к конкретному описанию кон­струкции первых американских атомных бомб - знаменитых «Малыша» и «Толстяка», а также их послевоенных модификаций.

БОМБЫ «МАЛЫШ» И «ТОЛСТЯК»

В период разработки и в 1945 г. они назывались (совсем как у нас) скромным словом изделие (gadget), но после войны, с официальным при­нятием изделий на вооружение, они получили соответствующую марки­ровку. «Малыш» и «Толстяк» полу­чили обозначение соответственно Mk.I и Mk.III, нереализованный про­ект плутониевой бомбы военного времени - Mk.II.

Конструкция бомбы пушечного типа Little Boy («Малыш») была раз­работана под руководством Уилья­ма Парсонса. Принцип её действия был основан на создании критичес­кой массы урана-235 путём сбли­жения двух подкритических масс в орудийном стволе. Схема такой бомбы и основные методы разде­ления изотопов урана были изложены ещё в английском отчете Ко­митета Томсона, переданном аме­риканским специалистам осенью 1941 г., поэтому «Малыша» можно с полным основанием называть бомбой английского типа.

В отчёте Комитета Томсона ука­зывалась основная трудность на пути реализации пушечной схемы – большая требуемая скорость сближения подкритических масс. Она необходима для того, чтобы не допустить преждевременного разлёта урана при начале цепной реакции. По оценкам английских специалистов, эта скорость состав­ляла примерно 1000-1800 м/с, что близко к предельной для артилле­рийских систем величине. Дальней­шие исследования показали, что эта оценка завышена, и при условии ис­пользования для начала цепной ре­акции нейтронного инициатора, скорость сближения подкритических масс может быть намного меньшей - порядка 300-500 м/с. Кроме того, задача существенно облегча­лась тем, что конструкция была од­норазовой, поэтому запас прочно­сти ствола можно было принять близким к единице. Интересно, что по воспоминаниям Гровса, это было осознано разработчиками бомбы не сразу, поэтому первоначально её конструкция получалась сильно перетяжелённой.

Ядерный заряд из урана-235 - 80% обогащения состоит из двух подкритических масс - цилиндри­ческого снаряда и мишени, поме­щённых в ствол из легированной стали. Мишень представляет собой три кольца диаметром 152 мм (6 дюймов) и общей длиной 203 мм (8 дюймов), установленных в массив­ном стальном отражателе нейтро­нов диаметром 610 мм (24 дюйма). Отражатель выполняет также роль инертной массы, препятствующей быстрому разлёту делящихся мате­риалов при развитии цепной реак­ции. Масса стального отражателя составляет 2270 кг - больше поло­вины всей массы бомбы.

Масса уранового заряда «Ма­лыша» составляет 60 кг, из которых 42% (25 кг) приходятся на снаряд, а 58% (35 кг) - на мишень. Это зна­чение примерно соответствует кри­тической массе урана-235 - 80% обогащения. Для быстрого разви­тия цепной реакции и, следователь­но, высокого коэффициента исполь­зования делящихся материалов применён нейтронный инициатор, ус­тановленный на дне мишени.

В принципе, заряд пушечного типа может работать и без нейт­ронного инициатора, но тогда цеп­ная реакция в массе, незначитель­но превышающей критическую, бу­дет развиваться медленнее, что уменьшит коэффициент использова­ния делящихся материалов.

Калибр пушечного ствола со­ставляет 76,2 мм (3 дюйма - один из стандартных артиллерийских ка­либров), а его длина - 1830 мм. В хвостовой части бомбы помещает­ся поршневой затвор, урановый снаряд и картузный заряд бездым­ного пороха, массой несколько фунтов (1 фунт - 0,454 кг). Масса ствола составляет 450 кг, затвора - 35 кг. При выстреле урановый снаряд разгоняется в стволе до ско­рости около 300 м/с. В популярных фильмах, посвященных ядерному оружию, показывают драмати­ческую сцену, как в полёте, в бомбовом отсеке, специалист по ядерному оружию откручи­вает какие-то гайки и выпол­няет какие-то манипуляции с бомбой, тщательно пересчиты­вая гайки. Так он заряжает «Малыша» перед сбросом.

Корпус «Малыша» имел ци­линдрическую форму и, по мнению летчиков, больше всего напоминал мусорный бак с хвос­том. Для защиты от осколков зенитных снарядов он вы­полнен из легированной ста­ли толщиной 51 мм (2 дюйма).

Требование защиты от зенит­ной артиллерии после войны было признано надуманным, приведшим лишь к неоправдан­ному перетяжелению первых атомных бомб. Действительно, попасть в небольшую бомбу, па­дающую с околозвуковой ско­ростью, практически невоз­можно.

Бомба имеет стандартное для американских авиабомб Второй мировой войны довольно громоздкое хвостовое оперение. Длина «Малыша» составляет 3200 мм, диаметр - 710 мм, полный вес - 4090 кг. Бомба имеет один узел подвески. После отделения от са­молёта бомба свободно падала по баллистической траектории, дости­гая у земли околозвуковых скорос­тей. Никакой парашютной системы, упоминаемой в некоторых популяр­ных книгах, не было. Благодаря пе­редней центровке и большому уд­линению, «Малыш» выгодно отли­чался от «Толстяка» устойчивостью на траектории и, следовательно, хо­рошей точностью попадания.

Система подрыва бомбы долж­на была обеспечить её взрыв на высоте 500-600 м над землёй, оп­тимальной для образования у по­верхности мощной ударной волны. Известно, что ядерный взрыв имеет четыре основных поражающих фак­тора: ударную волну, световое из­лучение, проникающую радиацию и радиоактивное заражение мест­ности. Последнее максимально при наземном взрыве, когда большин­ство радиоактивных продуктов де­ления остается на месте взрыва. Си­стема подрыва должна удовлетво­рять двум совершенно противопо­ложным требованиям:

1. Бомба должна быть безопас­ной в обращении, поэтому несанк­ционированный ядерный взрыв дол­жен быть совершенно исключён.

2. При сбросе над целью дол­жен быть гарантирован взрыв на заданной высоте, в крайнем слу­чае - самоликвидация бомбы при ударе о землю, чтобы она не попа­ло в руки противника.

Основными компонентами сис­темы подрыва являются четыре ра­диовысотомера, барометрический и временной предохранители, блок автоматики, источник питания (аккумулятор).

Радиовысотомеры APS-13 Арчи обеспечивают взрыв бомбы на за­данной высоте. При этом для повы­шения надёжности блок автомати­ки подрыва срабатывает при получении сигнала от любых двух из че­тырех высотомеров. Малогабарит­ный высотомер Арчи был разрабо­тан ранее в лаборатории Альва­реса по заказу ВВС как радиодальномер защиты хвоста самолёта, но в этом качестве он не нашёл широкого применения. Дальность действия Арчи составляла 600–800 м, используемый как радиовысотомер, он выдавал команду на подрыв бомбы на высоте 500-600 м. Так как носовая часть бомбы занята массивным стальным отражателем, характерные штыревые антенны Арчи размещаются на боковой по­верхности корпуса. Антенны были весьма уязвимы, поэтому при хра­нении и транспортировке бомбы они снимались. Интересно, что 6 и 9 августа 1945 г., в дни атомных бомбардировок Хиросимы и Нага­саки, чтобы не помешать работе радиовзрывателей «Малыша» и «Толстяка», всей американской авиации, действовавшей над Япо­нией, было запрещено ставить радиопомехи.

Для предотвращения несанкци­онированного взрыва бомбы слу­жит барометрический предох­ранитель, который блокирует цепи подрыва на высотах, больших 2135 м. Давление к бародатчику по­даётся через снабженные дефлек­торами воздухозаборники, симмет­рично расположенные вокруг хво­стовой части бомбы.

Временной предохранитель (тай­мер) предотвращает срабатывание радиовысотомера по сигналу, от­ражённому от самолёта-носителя в случае неисправности баромет­рического предохранителя. Он бло­кирует цепь подрыва в течение пер­вых 15 с после отделения от само­лёта.

Таким образом, автоматика бом­бы работает следующим образом:

1. Сброс бомбы осуществляет­ся с высоты 9500-10000 м. Через 15 с после отделения от самолёта-носителя, когда бомба удаляется от него примерно на 1100 м, времен­ной предохранитель включает сис­тему подрыва.

2. На высоте 2100-2200 м ба­рометрический предохранитель включает радиовысотомеры и цепь зарядки высоковольтного конденса­тора подрыва по схеме: аккумуля­тор - инвертор - трансформатор - выпрямитель - конденсатор.

3. На высоте 500-600 м при срабатывании двух из четырёх радиовысотомеров, блок ав­томатики подрыва разряжает конденсатор на элек­тродетонатор пушечного заря­да.

4. В случае полного отка­за всех вышеперечисленных систем, бомба взрывается от обычного взрывателя, при ударе о землю.

Расчетный тротиловый эк­вивалент (ТЭ) «Малыша» составлял 10-15 кТ.

На изготовление первой атомной бомбы, сброшенной 6 августа 1945 г. на Хиросиму, ушёл практи­чески весь полученный к тому вре­мени оружейный уран, поэтому полигонные испытания бомбы не проводились, тем более, что рабо­тоспособность её несложной и хо­рошо отработанной конструкции сомнений не вызывала. Вообще разработка и доводка «Малыша» были практически закончены к кон­цу 1944 г., и его применение задер­живалось только отсутствием необ­ходимого количества урана-235. Обогащенный уран с большими трудностями был получен только в июне 1945 г.

По разрушениям в Хиросиме была проведена приблизительная оценка мощности бомбы, которая реально составляла 12-15 кт тротилового эквивалента. Количество урана, вступившего в реакцию де­ления, не превышало 1,3%.

На производство 1 кг урана-235 80% обогащения по технологии 1945 г. требовалось около 600000 кВт-ч электроэнергии и более 200 кг природного урана, соответственно один «Малыш» с урановым зарядом массой 60 кг обходился в 36000 МВт-ч энергии, более 12 т урана и пол­тора месяца непрерывной работы промышленного гиганта в Ок-Ридже. Именно из-за неэкономичного использования крайне дорогостоя­щих делящихся материалов, ядерные заряды пушечного типа, впослед­ствии, были почти полностью вытес­нены имплозивными.

После войны история «Малыша» не закончилась. Между августом 1945 г. и февралем 1950 г. было изготовлено пять урановых бомб типа Mk.l, все они были сняты с вооружения уже в январе 1951 г. Вновь о «Малыше» вспомнили, ког­да флоту США потребовалась ма­логабаритная атомная бомба для разрушения сильно защищенных це­лей. Модернизированный вариант «Малыша» получил обозначение Мк.8 и состоял на вооружении с 1952 по 1957 гг.

Другой путь создания атомной бомбы базировался на использо­вании плутония. Основная трудность в создании плутониевой бом­бы заключалась в свойствах само­го плутония. Он делится интенсив­нее, чем уран, поэтому критичес­кая масса для плутония существен­но меньше, чем у урана (11 кг для 239Ри и 48 кг для 235U). Плутоний радиоактивен и ядовит, поэтому при работах с ним нужно использовать средства защиты.

Металлический плутоний имеет малую прочность, в диапазоне тем­ператур от комнатной до темпера­туры плавления проходит шесть мо­дификаций строения кристалличес­кой решётки, с разной плотностью и подвергается интенсивной корро­зии на открытом воздухе. Кроме того, он постоянно выделяет тепло, которое необходимо отводить. Для преодоления этих черт, детали из плутония приходится легировать другими металлами и наносить за­щитные покрытия.

Как было сказано ранее, крити­ческое состояние можно получить не только быстрым сближени­ем двух масс (для плутония этот путь не выгоден, в силу ряда причин), но и путём увеличе­ния плотности подкритической массы делящегося материала. Плутоний для этого подходил лучше, чем уран.

Из школьного курса физи­ки мы знаем, что твёрдые тела и жидкости несжимаемы. Для повседневной жизни - это действительно так. Но если приложить ОЧЕНЬ большое давление, то твёрдое тело (ку­сок плутония) можно сжать. Тогда он достигнет критичес­кого состояния, и произойдёт ядерный взрыв. Достичь этого давления можно при помощи взрыва обычной взрывчатки. Для этого нужно ядро из плутония поместить в сферу из обычного взрывчатого вещества (ВВ). По всей поверхности взрыв­чатки расположить детонаторы и одновременно их подорвать. Тогда внешняя поверхность сферы будет разлетаться в стороны, а детонаци­онная волна пойдёт внутрь и сожмёт ядерный заряд.

Практически осуществить мы это не можем - ведь невозможно на поверхности сферы разместить ог­ромное количество детонаторов. Решением проблемы стала нетривиальная идея имплозии (Implosion) - взрыва, направленного вовнутрь, предложенная Сетом Неддермейером. Процесс взрыва нам кажется мгновенным, но на самом деле про­цесс детонации ВВ происходит во фронте детонационной волны, ко­торая распространяется в взрыв­чатке со скоростью 5200..7800 м/с. Для разных сортов взрывчатки ско­рость детонации разная.

Для получения сферически схо­дящейся волны, поверхность сферы была разделена на отдельные бло­ки. В каждом блоке детонация ини­циируется в одной точке, а затем расходящаяся из этой точки волна детонации преобразуется линзой в сходящуюся. Принцип действия лин­зы из ВВ совершенно аналогичен принципу действия обычной опти­ческой линзы. Преломление фрон­та волны детонации осуществляет­ся за счет различной скорости де­тонации в различных взрывчатых ве­ществах. Чем больше разница ско­ростей детонации в элементах лин­зового блока, тем он получается компактнее. Из геометрических сооб­ражений, на поверхности сферы мож­но разместить 32, 60 или 92 линзы.

Чем больше линз в сферически симметричном заряде, тем он ком­пактнее, а сферичность имплозии выше, но сложнее автоматика под­рыва. Последняя должна обеспечить одновременный подрыв всех детонаторов с разбросом по вре­мени не более 0,5-1,0 мкс.

В первые послевоенные годы, в печати часто обсуждался вопрос о секрете атомной бомбы. И хотя Вя­чеслав Молотов, в одной из своих речей сказал, что для нас никакого секрета не существует, мы должны понимать, что этот «секрет» распа­дается на множество составляющих секретов, каждый из которых важен для общего успеха. О трудностях получения делящихся материалов мы уже упоминали. Не менее важно было понимать свойства взрывчат­ки и процессов её детонации. Не­обходимо было обеспечить стабильность качества взрывчатки не­зависимо от партии и внешних ус­ловий. Это потребовало проведе­ния больших исследовательских работ.

Другой секрет - разработка си­стемы подрыва и детонаторов, одновременно срабатываю­щих на всей сфере заряда. Это так же является технологичес­ким секретом.

Центральный металличес­кий узел ядерного заряда, со­стоит из концентрически установленных (от центра к пери­ферии) импульсного источни­ка нейтронов, ядра из деля­щихся материалов и отража­теля нейтронов из природно­го урана. После войны, центральный узел усовершенство­вали - между внутренним сло­ем отражателя нейтронов и яд­ром из плутония оставили не­который зазор. Ядро оказывалось как бы «висящим» внутри заряда. При взрыве отражатель в этом зазоре успевает набрать дополнительную скорость до удара в ядро. Это позволяет суще­ственно увеличить степень сжатия ядра и, соответственно, коэффици­ент использования делящихся мате­риалов. Левитирующее ядро исполь­зовалось в зарядах послевоенных бомб Мк.4, Мк.5, Мк.6, Мк.7 и др.

Из сказанного выше вытекает один из способов обеспечения бе­зопасности при хранении ядерных боеприпасов: нужно извлечь деля­щееся ядро из взрывающейся сфе­ры, и хранить его отдельно. Тогда в случае аварии взорвётся обыкно­венная взрывчатка, но ядерного взрыва не будет. Вводить ядро в боеприпас нужно непосредственно перед применением.

Отработка имплозивного заря­да требовала большого объёма взрывных экспериментов с инертным веществом вместо плутониевого ядра. Конечной целью было добить­ся правильного сферического об­жатия центрального ядра. После ин­тенсивных работ, 7 февраля 1945 г. был испытан имплозивный за­ряд (без делящихся материа­лов) давший удовлетворитель­ные результаты. Это открыло путь к созданию «Толстяка».

Принцип действия бомбы имплозивного типа и само сло­во имплозия оставались в США секретными даже после опуб­ликования в 1946 г. известного официального отчета «Атомная энергия для военных целей». Впервые краткое описание им­плозивной бомбы появилось только в 1951 г. в материалах судебного расследования по делу советского агента Дэви­да Грингласса, работавшего механиком в Лос-Аламосе.

Вершиной второго, плуто­ниевого, направления Манхэттенского проекта стала бом­ба Mk.III «Fat Man» («Толстяк»).

В центре заряда помещён источник нейтронов (инициа­тор), за характерный внешний вид получивший прозвище шарик для гольфа.

Активным материалом атомной бомбы является легированный плутоний-239 с плотностью 15,9 г/куб.см. Заряд изго­товлен в виде полого шара, со­стоящего из двух половинок. Внешний диаметр шара 80-90 мм, масса - 6,1 кг. Это зна­чение массы плутониевого ядра приведено в рассекре­ченном ныне докладе генера­ла Гровса от 18 июня 1945 г. о результатах первого ядерного испытания.

Плутониевое ядро установ­лено внутри полого шара из металлического природного урана с внешним диаметром 460 мм (18 дюймов). Урановая оболоч­ка играет роль отражателя нейт­ронов и также состоит из двух по­лусфер. Снаружи урановый шар окружен тонким слоем боросодержащего материала, уменьшающего ве­роятность преждевременного нача­ла цепной реакции. Масса урано­вого отражателя - 960 кг.

Вокруг центрального металлического узла размещается состав­ной заряд взрывчатого вещества. Заряд ВВ состоит из двух слоев. Внутренний формируется двумя полусферическими блоками, изготов­ленными из мощной взрывчатки. Внешний слой ВВ образован лин­зовыми блоками, схема которых опи­сана выше. Детали блоков изготов­лены из ВВ с точными (машиностро­ительными) допусками размеров. Всего во внешнем слое составного заряда 60 блоков ВВ с 32 взрывны­ми линзами.

Детонация составного заряда инициируется одновременно (±0,2 мкс) в 32 точках 64 высоковольтными электродетонаторами (для большей надёжности детонаторы дублированы). Профиль взрывных линз обес­печивает превращение расходя­щейся волны детонации в схо­дящуюся к центру заряда. К момен­ту окончания детонации линзовых блоков на поверхности внутренне­го сплошного слоя ВВ формирует­ся сферически симметричная схо­дящаяся детонационная волна с давлением во фронте не­сколько тысяч атмосфер. При прохождении её через ВВ дав­ление возрастает ещё почти вдвое. Затем ударная волна проходит через урановый отражатель, сжимает плутони­евый заряд и переводит его в надкритическое состояние, а поток нейтронов, возникаю­щий при разрушении не­йтронного инициатора, вызы­вает цепную ядерную реак­цию. Степень сжатия ядра в первой имплозивной бомбе была относительно неболь­шой - порядка 10%.

Общая масса химическо­го взрывчатого вещества со­ставляла около 2300 кг, то есть примерно половину полной массы бомбы. Наружный диа­метр составного заряда 1320 мм (52 дюйма).

Заряд взрывчатого веще­ства вместе с центральным ме­таллическим узлом размещался в дюралевом корпусе сфе­рической формы диаметром 1365 мм (54 дюйма), на наруж­ной поверхности которого установлены 64 разъёма для крепления электродетонаторов. Корпус заряда собирал­ся на болтах из двух полусфе­рических оснований и пяти центральных сегментов. К фланцам корпуса крепились пе­редний и задний конусы. На переднем конусе установлен блок автоматики подрыва (блок X), на заднем - радио­дальномеры, барометричес­кий и временной предохранители.

Эта сборка (без заднего ко­нуса со всем его содержимым) и была, собственно, ядерным зарядом, взорванным в Аламогордо 16 июля 1945 г.

Тротиловый эквивалент заряда составлял 22±2 кт.

Ядерный заряд установлен в бал­листическом корпусе эллиптической формы, напоминавшем дыню, отсю­да и прозвище - «Толстяк». Чтобы противостоять осколкам зенитных снарядов, он выполнен из броне­вой стали толщиной 9,5 мм (3/8 дюйма). Масса корпуса составляет почти половину всей массы бомбы. Корпус имеет три поперечных разъёма, по которым разделяется на четыре секции: носовой отсек, передний и задний полуэллипсои­ды, образующие отсек ядерного за­ряда, хвостовой отсек. На фланце носового отсека установлены ак­кумуляторные батареи. Носовой отсек и отсек ядерного заряда вакуумируются для защиты автомати­ки от влаги и пыли, а также для повышения точности бародатчика.

Максимальный диаметр бомбы составлял 1520 мм (60 дюймов), дли­на - 3250 мм (128 дюймов), полная масса - 4680 кг. Диаметр опреде­лялся размерами ядерного заряда, длина - протяженностью передне­го бомбоотсека бомбардировщика В-29.

Интересно, что за время довод­ки имплозивного заряда изменялся и корпус бомбы. Первый его вари­ант (модель 1222) был признан не­удачным. Окончательный вариант баллистического корпуса получил обозначение Модель 1561. После войны первый, неосуществлённый вариант плутониевой бомбы полу­чил обозначение Mk.II, а её окончательный вариант, взорванный в Аламогордо, Нагасаки и на атол­ле Бикини - Mk.III.

Компоновку «Толстяка» и форму его эллиптического корпуса нельзя назвать удачными с точки зрения аэродинамики. Тяжелый ядерный заряд расположен в средней части корпуса, так что центр масс бомбы совпадает с центром давления, по­этому устойчивость бомбы на траектории можно было обеспечить только за счет развитого хвостово­го оперения.

Его доводка вызвала наиболь­шие (если не считать ядерных про­блем) трудности. Эксперименты по сбрасыванию макетов бомбы про­водились на авиабазе Мюрок Драй Лэйк в Калифорнии. Первоначаль­но «Толстяк» имел изящный кольце­вой стабилизатор. Испытания были неудачными: при падении с боль­шой высоты бомба разгонялась до околозвуковых скоростей, картина обтекания нарушалась, и бомба начинала кувыркаться. Кольцевой стабилизатор заменили на обыч­ный для американских бомб - ко­робчатый, большей площади, но и ему не удалось стабилизировать «Толстяка».

Ранее с той же проблемой стол­кнулся Барнс Уоллис, конструктор английских сверхтяжелых 5- и 10-тонных бомб «Толлбой» и «Грэнд Слэм». Уоллису удалось обеспечить их устойчивость за счёт большого удлинения корпуса (порядка 6) и вращения бомбы вокруг продоль­ной оси.

Удлинение «Толстяка» составля­ло всего 2,1 и было лимитировано размерами ядерного заряда и бом­боотсека. Было предложено приме­нить парашютную систему, но это было крайне нежелательно, так как увеличило рассеивание бомбы и её уязвимость от огня ПВО противника.

В конце концов, инженерам-ис­пытателям авиабазы удалось най­ти приемлемую конструкцию короб­чатого хвостового стабилизатора, известную как Калифорнийский парашют. Калифорнийский парашют представлял собой громоздкую дю­ралевую конструкцию массой 230 кг, состоящую из 12 плоскостей общей площадью 5,4 кв.м. Стабилизация осуществлялась не столько за счёт смещения центра давления, сколь­ко за счёт эффекта воздушного тор­моза.

Калифорнийский парашют не дал «Толстяку» кувыркаться, но его устойчивость на траектории остав­ляла желать лучшего. Колебания бомбы по углам рыскания и танга­жа достигали 25°, при этом нагруз­ки на хвостовое оперение прибли­жались к пределу его прочности. Соответственно, круговое вероят­ное отклонение бомбы достигало 300 м (для сравнения, у английской 5-тонной бомбы «Толлбой» - порядка 50 м). Непредсказуемость своей траектории Толстяк проде­монстрировал на практике: по неко­торым данным, в Нагасаки он взор­вался в 2000 м от точки прицелива­ния («Малыш» в Хиросиме - всего в 170 м), на испытаниях в Бикини в 1946 г. он промазал на 650 м.

Состав и логика работы авто­матики подрыва аналогичны тако­вым у «Малыша». Высоковольтные блоки, для повышения надёжности их было два, каждый со своей группой детонаторов, обеспечивали од­новременный подрыв всех 32 лин­зовых блоков. Штыревые антенны радиовысотомеров Арчи устанав­ливались, как и у «Малыша», на боковой поверхности корпуса, возду­хозаборники и коллектор бародат­чика - в его хвостовой части.

Вокруг передней крышки корпу­са установлены четыре стандарт­ных ударных взрывателя AN 219, свя­занных с составным зарядом дето­нирующими трубками. Ударные взрыватели обеспечивали самолик­видацию бомбы при ударе о грунт даже в случае полного отказа всей автоматики. Конечно, ядерный взрыв, для которого требовался одновременный подрыв всех бло­ков ВВ, при этом исключался. Ан­тенны радиовысотомеров и удар­ные взрыватели устанавливались непосредственно перед боевым вылетом, поэтому на большинстве фотографий «Толстяка» они отсут­ствуют.

Для отработки атомной бомбы был спроектирован массогабаритный макет «Толстяка». Такие маке­ты, получившие прозвище Pumpkinsi («Тыква»), были изготовлены в коли­честве около 200 штук и использовались для тренировок лётчиков и обслуживающего персонала. Для соблюдения секретности «Тыквы» считались прототипами фугасной бомбы большой мощности и сна­ряжались 2500 кг ВВ и тремя удар­ными взрывателями.

В отличие от «Малыша», плуто­ниевая бомба «Толстяк» изготавли­валась серийно, хотя в 1945 г. это был только экспериментальный об­разец, собранный «на коленке» физиками и техниками из Лос-Ала­моса. К концу года они собрали ещё две такие бомбы.

После войны началось новое, очень опасное противостояние с бывшим союзником - Советским Союзом. Для гарантии безопасно­сти Запада было принято решение иметь в готовности к боевому при­менению не менее 50 атомных бомб. «Толстяк» имел много недо­статков, но альтернативы ему не было: «Малыш» требовал слишком много высокообогащённого урана, а новая модель имплозивной бом­бы - Мк.4 - ещё только разраба­тывалась.

«Толстяк», получивший в серий­ном производстве обозначение Mk.III, был доработан с точки зре­ния повышения технологичности конструкции и надёжности автома­тики. Серийные Mk.III отличались от «Толстяка» 1945 г. новыми электродетонаторами и новым, более надёж­ным блоком автоматики подрыва.

Производство Mk.III началось в апреле 1947 г. и продолжалось до апреля 1949 г. Всего было выпуще­но около 120 бомб трёх незначи­тельно отличавшихся модификаций Mod.0, Mod.1 и Mod.2. Часть из них, по некоторым данным, для эконо­мии плутония имела составное ядро из плутония и урана-235.

Серийное производство Mk.III следует считать вынужденным ре­шением. Неустойчивость на траектории была главным, но не един­ственным её недостатком. Свинцо­вые аккумуляторы имели срок служ­бы в заряженном состоянии всего девять суток. Через каждые трое суток требовалась подзарядка ба­тарей, а через девять суток - их замена, для чего нужно было раз­бирать корпус бомбы.

Из-за тепловыделения плутония, вызванного его радиоактивностью, время хранения ядерного заряда в собранном состоянии не превыша­ло десяти суток. Дальнейший нагрев мог повредить линзовые блоки ВВ и электродетонаторы.

Сборка и разборка ядерного за­ряда были очень трудоёмкими и опасными операциями, в которых были заняты 40-50 человек в тече­ние 56-76 ч. Наземное обслужи­вание бомбы Mk.III требовало мно­го нестандартного оборудования: специальных транспортировочных тележек, подъёмников, вакуумных насосов, контрольно-измерительных приборов и т.п.

Сказанного достаточно, чтобы убедиться, что Mk.III нельзя считать боевой системой оружия.

Уже весной 1949 г. началась за­мена Mk.III на новую бомбу Мк.4. В конце 1950 г. была снята с воо­ружения последняя Mk.III. Такой ко­роткий срок службы лишь недавно выпущенных изделий объясняется крайне ограниченным тогда запа­сом делящихся материалов. Плуто­ний из зарядов Mk.III мог быть ис­пользован гораздо более эффектив­но в Мк.4.

Первое испытание ядерного за­ряда плутониевой бомбы «Толстяк» состоялось в Аламогоро, пример­но в 300 км к югу от Лос-Аламоса, 16 июля 1945 г. Испытание получило кодовое наименование Trinity («Троица»). Ядерный заряд бомбы и блоки автоматики без баллистичес­кого корпуса были установлены на 30-метровой стальной башне. В радиусе 10 км были оборудованы три наблюдательных пункта, а на расстоянии 16 км - блиндаж для пункта управления.

Так как уверенности в успехе первого испытания не было, посту­пило предложение взорвать бомбу в специальном сверхпрочном контейнере, который, в случае неуда­чи, не дал бы разлететься драго­ценному плутонию. Такой контей­нер, рассчитанный на взрыв 250 т тротила, был изготовлен и достав­лен на полигон. Контейнер, полу­чивший прозвище «Дамбо», имел длину 8 м, диаметр 3,5 м и массу 220 т. Взвесив все за и против, Оппенгеймер и Гровс отказались от его использования. Решение было благоразумным, ибо осколки этого монстра при взрыве могли натво­рить бед.

Перед испытаниями многие спе­циалисты, в качестве пари, записа­ли ожидаемую мощность взрыва. Вот их прогнозы: Оппенгеймер осторожно записал 300 т тротила, Кистяковский - 1400 т, Бете - 8000 т, Раби - 18000 т, Теллер - 45000 т. Альварес записал 0 т, успокоив присутствовавших рассказом о том, что разработанная им ранее сис­тема слепой посадки сработала только с пятого раза.

Сборка и подключение автома­тики заряда были закончены Геор­гием Кистяковским и двумя его по­мощниками за полчаса до взрыва. Взрыв был произведен в 5 ч 30 мин утра. Его мощность превзошла ожидания большинства присутство­вавших. Самое эмоциональное опи­сание взрыва содержится, на наш взгляд, в докладе генерала Гровса, приведенном в книге его воспоми­наний. Более всего поразила во­ображение генерала судьба кон­тейнера «Дамбо», стоявшего в не­скольких сотнях метров от эпицент­ра. 220-тонный гигант был выворо­чен из бетонного основания и изог­нут в дугу.

Сразу после взрыва Ферми ос­мотрел из танка «Шерман» 400-мет­ровую пологую воронку, покрытую расплавленным песком. Тротиловый эквивалент взрыва составил 22±2 кт. Коэффициент использования деля­щихся материалов превысил ожи­даемый и составил 17% (напомним, у «Малыша» - всего 1,3 %). При этом примерно 80% энергии выделилось в плутониевом ядре, а 20% - в урановом отражателе нейтро­нов.

Для «технарей», которые состав­ляют большинство читателей этой статьи, приведем физическую кар­тину 20-килотонного взрыва:

При взрыве, эквивалентном 20 кт тротила, через 1 мкс радиус огнен­ной сферы, состоящей из раскалён­ных паров и газов, составляет око­ло 15 м, а температура - порядка 300000°С. Уже примерно через 0,015 с радиус увеличивается до 100 м, а температура падает до 5000-7000°С. Через 1 с огненный шар достигает максимальных раз­меров (радиус 150 м). Вследствие сильного разрежения огненный шар с большой скоростью поднимается вверх, увлекая за собой пыль с по­верхности земли. Остывая, шар превращается в клубящееся облако, имеющее характерную для ядерного взрыва грибовидную форму.

Внешне похожую картину даёт взрыв большой ёмкости с бензином, чем и пользуются для имитации ядер­ного взрыва на военных учениях.

Ещё две бомбы Mk.III были взор­ваны в 1946 г. на атолле Бикини в рамках операции Кроссроудз. Оба взрыва, воздушный и, впервые, под­водный, были проведены в интере­сах Военно-морских сил США, уже тогда начавших многолетнее сопер­ничество с ВВС за первое место в стратегических силах.

Воздействию ядерного взрыва было подвергнуто большое количе­ство боевых кораблей, в том числе 5 линкоров, 2 авианосца, 4 крей­сера и 8 подводных лодок. На испытания были приглашены наблю­датели из государств-членов ООН, в том числе из Советского Союза.

1 июля 1946 г. был проведён воз­душный ядерный взрыв «Эйбл» на высоте 400 м, а 25 июля - подвод­ный взрыв «Бейкер» на глубине 30 м. В целом боевые корабли показали высокую боевую устойчивость к ядерному взрыву. При воздушном взрыве затонули всего 5 кораблей из 77, стоявших не далее 500 м от эпицентра. При подводном взрыве основные повреждения были полу­чены при ударе кораблей днища­ми о грунт при прохождении под ними волны от взрыва. Высота вол­ны на удалении от эпицентра 300 м достигала 30 м, на удалении 1000 м - 12 м и на 1500 м - 5-6 м. Если бы взрыв происходил не на мелко­водье, повреждения были бы мини­мальными.

Результаты испытаний на Бики­ни дали повод некоторым специа­листам говорить о неэффективности ядерного оружия против соедине­ния кораблей, идущего в противоатомном ордере, на расстоянии около 1000 м друг от друга. Одна­ко это верно только в отношении ядерного взрыва относительно не­большой мощности - порядка 20 кт. Кроме того, то, что корабли остались на плаву, ещё не означа­ло сохранения их боеспособности.

B-29 - НОСИТЕЛЬ ДЛЯ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ

Параллельно с организацией работ по созданию ядерного ору­жия генералу Гровсу пришлось за­думаться о его носителе. Лучший бомбардировщик американских ВВС - Боинг В-29 «Суперфортресс» - был приспособлен для подвески бомб калибром не более 1814 кг. Единственным бомбардировщиком союзников, рассчитанным на при­менение 5-тонных бомб, если не считать советского Пе-8, был анг­лийский «Ланкастер».

Англо-американское соглаше­ние о совместной разработке атом­ной бомбы не исключало, конечно, применения «Ланкастера», но Гровс был твёрдо убеждён, что в вопро­сах применения ядерного оружия Америка должна быть полностью не­зависимой даже от союзников. Про­грамма переоборудования бом­бардировщика В-29 в носитель атомной бомбы получила шифр Silverplate Project. В рамках этого проекта было оборудовано 45 са­молётов.

Основным их отличием от стан­дартного В-29 была установка в бомбоотсеке английского бом­бодержателя F, использовавшегося в RAF для подвески сверхмощной 5443-килограммовой бомбы «Толлбой». Держатель был приспособ­лен для подвески плутониевой бом­бы «Толстяк», а для крепления ура­новой бомбы «Малыш» требовался специальный переходник. С целью облегчения самолёта всё брониро­вание и оборонительное вооруже­ние, кроме кормовой установки, было снято. Дополнительно были установлены аппарату­ра контроля автомати­ки бомбы, система элек­трообогрева бомбоотсека и радиовысотомер SCR-718.

Максимальное облег­чение самолёта и уста­новка более высотных двигателей и винтов по­зволила поднять потолок В-29 до 12000 м. Слож­ная и недостаточно на­дёжная автоматика бомбы потребовала включения в экипаж бомбарди­ровщика дополнительно­го специалиста оператора бомбового вооружения.

Из-за большого диаметра «Тол­стяка» его загрузка в бомбоотсек В-29 проводилась над специальной ямой или при помощи подъёмника.

Первые 15 самолётов поступи­ли на вооружение 509-й смешан­ной авиагруппы, сформированной 9 декабря 1944 г. В состав авиа­группы входили 393-я бомбардиро­вочная эскадрилья на В-29 и 320-я транспортная эскадрилья на четы­рёхмоторных самолётах Дуглас С-54. Командиром 509-й авиагруппы был назначен 29-летний полковник Пол Тиббетс, опытнейший летчик, принимавший участие в налётах на Регенсбург и Швейфурт, а затем в испытаниях В-29.

509-я авиагруппа первоначаль­но базировалась на аэродроме Уэндовер-Филд в штате Юта. Бое­вая подготовка заключалась в от­работке прицельного высотного бомбометания одиночными авиа­бомбами большой мощности. Пос­ле сброса бомбы на высоте 10000 м самолёт выполнял резкий разво­рот на 150-160° и на форсаже со снижением уходил от точки сбро­са. За 40 с падения бомбы по баллистической траектории он удалялся от эпицентра взрыва на 16 км. По расчетам, на таком расстоянии ударная волна 20-килотонного взрыва создавала перегрузку 2g при разрушающей для конструкции В-29 перегрузке 4g. Однако об этих расчётах знал только полковник Тиббетс. Остальной личный состав считал, что массогабаритные ма­кеты бомб («Тыквы») и будут основ­ным вооружением авиагруппы.

После окончания курса боевой подготовки в Уиндовере 509-я авиа­группа была переброшена на Кубу, где тренировалась в длительных по­лётах над морем. 26 апреля 1945 г. авиагруппа полковника Тиббетса была признана готовой к боевому применению и начала перебазиро­ваться на аэродром Норд-Филд на острове Тиниан из группы Мари-

БОМБАРДИРОВКА ХИРОСИМЫ И НАГАСАКИ

Вопрос о боевом применении ядерного оружия встал уже в конце 1944 г. Создатели бомбы, полити­ческое руководство и военные то­ропились: опасались появления ядер­ного оружия у Германии, поэтому ни у кого не было сомнений, что бомбу сбросят на Германию, при­чём хорошо бы в полосе наступле­ния Советских войск... Но Герма­нии повезло - она капитулирова­ла 9 мая 1945 г. Единственным про­тивником осталась Япония.

Была создана специальная груп­па, которая выработала рекомен­дации по выбору цели для ядерной бомбардировки. Вкратце эти реко­мендации выглядят так: нужно сбро­сить по крайней мере 2 бомбы, что­бы противник подумал, что у США есть запас ядерных бомб. Цель дол­жна иметь компактную застройку, преимущественно деревянными зданиями (все японские города имели такую застройку), иметь большое военно-стратегическое значение и не подвергаться до этого налётам бомбардировочной авиации. Это позволяло точнее определить эф­фект от ядерной бомбардировки.

В качестве объектов атомной бомбардировки были выбраны че­тыре японских города, удовлет­ворявших перечисленным требова­ниям: Хиросима, Ниигата, Кокура и Киото. Впоследствии Киото - го­род-памятник, древняя столица Япо­нии, по решению военного мини­стра Стимсона, была вычеркнута из чёрного списка. Его место занял портовый город Нагасаки.

Окончательное решение о при­менении было за президентом Тру­мэном (Рузвельт к тому времени уже умер) и оно было положительным. В своих мемуарах он пишет:

«Принимать окончательное реше­ние о времени и месте применения бомбы должен был я. В этом не мо­жет быть никакого сомнения. Я счи­тал атомную бомбу средством веде­ния войны и никогда не сомневался в необходимости пустить её в ход».

Генерал Гровс по этому поводу заметил: «Трумэн не так уж много сделал, сказав да. В те времена по­требовалось бы огромное муже­ство, чтобы сказать нет».

Тем временем 509-я авиагруппа начала тренировочные полёты с ос­трова Тиниан. При этом небольшие группы по 2-3 В-29 сбрасывали массо-габаритные макеты атомной бомбы («Тыквы») на соседние с объектами будущей атомной бом­бардировки японские города. По­лёты проходили практически в по­лигонных условиях: японцы, эконо­мя горючее и боеприпасы, при по­явлении на большой высоте одиночных самолётов даже не объявляли воздушной тревоги. Личный состав авиагруппы, за исключением пол­ковника Тиббетса, считал, что эти полёты, засчитывавшиеся экипажам как боевые вылеты, и есть их рабо­та. Лётчики испытывали, правда, лёгкое разочарование, так как «Тык­вы» по всем параметрам уступали английским сверхмощным 5- и 10-тонным бомбам, а о точности при­целивания с 10-километровой вы­соты и говорить нечего. Всего было выполнено 12 таких полётов, одной из целей которых было приучить японцев к виду тройки В-29 на боль­шой высоте.

С этими полётами, возможно, связана одна легенда, о которой можно было и не говорить, если бы она не получила широкого распространения. В смутное вре­мя Перестройки в ряде изданий появилось, со ссылкой на какие-то документы из архивов внешней разведки, сенсационное утверждение, что на Японию было сброшено не две, а три атомные бомбы, но одна из них не взорвалась и попала в руки советских разведчиков. Зная, с какими трудностями и в какие сроки были получены делящиеся материалы для первых двух бомб, можно с уверенностью утверждать, что третьей бомбы не могло быть в принципе.

Бывший сотрудник посольства СССР в Токио, генерал-майор в от­ставке М.И. Иванов предполагает, что в этих документах речь идет о неразорвавшейся 250-килограммо­вой американской бомбе, упавшей вблизи советского консульства в Нагасаки. Рискнём высказать ещё одно предположение, в которое, впрочем, не очень верим сами. В ходе тренировочных полетов 509-й авиагруппы могла «не разорваться» одна из «Тыкв». «Наши люди» могли заинтересоваться бомбой необыч­ной формы, что и нашло отраже­ние в документах.

26 июля 1945 г. Уильям Парсонс на крейсере «Индианополис» дос­тавил на Тиниан урановый заряд для первой бомбы. К тому времени японский флот был уничтожен практически полностью, и капитану III ранга Парсонсу морской путь дос­тавки казался надёжнее воздушно­го. По иронии судьбы на обратном пути «Индианополис» был потоплен человекоторпедой, выпущенной одной из немногих уцелевших япон­ских подводных лодок. Заряд для плу­тониевой бомбы был доставлен по воздуху самолётом С-54. Бомбы, са­молёты и экипажи были готовы к 2 августа, но приходилось ждать улуч­шения погоды.

Первая атомная бомбардиров­ка была намечена на 6 августа 1945 г. Основная цель - Хиросима, запас­ные - Кокура и Нагасаки. Тиббетс решил вести В-29 с тактическим номером 82 сам. Командир корабля капитан Льюис должен был занять правое кресло второго пилота. Места штурмана-навигатора и штурмана-бомбардира заняли старший штурман авиагруппы ка­питан Ван Кирк и старший бомбар­дир майор Ферреби. Остальные члены экипажа - бортмеханик ст. сержант Дазенбери, радист рядо­вой Нельсон, стрелки сержант Карон и сержант Шумард, оператор РЛС сержант Стиборик - были оставлены на своих местах. Кроме них в состав экипажа входили спе­циалисты по полезной нагрузке из Лос-Аламоса - руководитель раз­работки Малыша капитан III ранга Парсонс, механик лейтенант Джеппсон и электронщик ст. лейтенант Бисер. Средний возраст экипажа не превышал 27 лет, выделялся только 44-летний Парсонс.

В операции «Сентеборд» долж­ны были участвовать семь В-29. Три самолёта выполняли роль развед­чиков погоды над Хиросимой, Кокурой и Нагасаки. В-29 полковника Тиббетса возьмёт на борт урано­вую бомбу «Малыш». Его сопровож­дают ещё две «Сверхкрепости», одна из которых сбрасывает над целью контейнер с измерительной аппаратурой, а вторая фотографи­рует результаты бомбардировки. Седьмой В-29 был заранее послан на остров Иводзима, лежащий на маршруте группы, для возможной замены одной из машин. На борту своего В-29 номер 82 Пол Тиббетс попросил написать имя своей ма­тери - Энола Гэй (Enola Gay).

В дни, предшествовавшие вылету «Энолы Гэй», на Тиниане произошло несколько катастроф при взлёте пе­регруженных В-29 других авиагрупп. Насмотревшись на то, как они взры­вались на собственных бомбах, Парсонс решил зарядить пушку «Малыша» в воздухе после взлёта. Эта операция не была предусмот­рена заранее, но сравнительно несложная конструкция «Малыша» те­оретически позволяла это сделать. После нескольких тренировок в бомбоотсеке стоящего самолёта, Парсонсу удалось, ободрав руки об острые кромки деталей и перепач­кавшись в графитовой смазке, на­учиться выполнять эту операцию за 30 мин.

5 августа, накануне вылета, Тиб­бетс собрал экипаж «Энолы Гэй» и сообщил, что ему выпала честь сбросить первую в истории атом­ную бомбу, эквивалентную по мощности примерно 20 тыс. т обычной взрывчатки. Парсонс показал фо­тографии, сделанные три недели назад в Аламогоро.

6 августа в 1 ч 37 мин стартовали три самолёта метеоразведки: В-29 «Straight Flash», «Full House» и «Yabbit III». В 2 ч 45 мин поднялась в воздух ударная тройка: «Enola Gay» с «Малышом» в бомбоотсеке, «The Great Artist» с измерительной аппаратурой и «Necessary Evil» с фотоаппаратурой. На корпусе «Ма­лыша» было написано: «За души погибших членов экипажа «Индианополиса». После взлёта Парсонс спустился в тёмный и негерметич­ный бомбоотсек, зарядил пушку бом­бы урановым снарядом и подклю­чил электродетонатор.

В 7 ч 09 мин высоко над Хироси­мой появился метеоразведчик «Стрэйт Флэш» майора Изерли. В сплошной облачности как раз над городом оказался большой просвет диаметром около 20 км. Изерли передал Тиббетсу: «Облачность мень­ше трех десятых на всех высотах. Можно идти на основную цель».

Приговор Хиросиме был подпи­сан. Это оказалось слишком силь­ным потрясением для майора Изер­ли; до конца своей жизни он так и не смог оправиться от психической трав­мы и кончил свои дни в больнице.

Полёт «Энолы Гэй» проходил на редкость спокойно. Воздушную тре­вогу японцы не объявляли, жители Хиросимы уже привыкли к пролё­там одиночных В-29 над городом. Самолёт вышел на цель с первого захода. В 8 ч 15 мин 19 с местного времени «Малыш» покинул бомбо­отсек «Сверхкрепости». «Энола Гэй» развернулась на 155° вправо и начала со снижением на полной мощности моторов уходить от цели.

В 8 ч 16 мин 02 с, через 43 с после сброса, «Малыш» взорвался на высоте 580 м над городом. Эпи­центр взрыва находился в 170 м к юго-востоку от точки прицеливания - моста Аиой в самом центре го­рода. Работа штурмана-бом­бардира была безупречной.

Хвостовой стрелок сквозь тём­ные очки наблюдал картину взры­ва и две приближавшиеся к само­лёту ударные волны: прямую и отражённую от земли. От каждой В-29 встряхивало, как от попада­ния зенитного снаряда. После 15 ч полёта все самолёты, участвовав­шие в операции Сентеборд, верну­лись на базу.

Результаты 15-килотонного взры­ва превзошли все ожидания. Город с населением 368 тыс. человек был разрушен практически полностью. Убито 78 тыс. и ранено 51 тыс. человек. По японским, более дос­товерным, данным число погибших значительно больше - 140±10 тыс. человек. Основной причиной гибе­ли людей были ожоги и, в меньшей степени, радиационное облучение.

Уничтожено 70 тыс. строений - 90% всего города. Хиросима на­всегда стала пугающим символом Третьей мировой войны, возможно, не состоявшейся только благодаря ей. Вместо описания ужасов бом­бардировки достаточно взглянуть на фотографии разрушенного атомным взрывом города.

Вторая атомная бомбардиров­ка была запланирована на 12 ав­густа, но внезапно перенесена на 9 августа. Трумэн спешил, возмож­но, он просто опасался, что Япония капитулирует раньше.

Многие историки, даже призна­вая целесообразность атомной бомбардировки Хиросимы для ус­корения окончания войны и, в ко­нечном счете, уменьшения её жертв, считают сброс второй бомбы пре­ступлением. Между 6 и 9 августа прошло так мало времени, что аме­риканцы не могли даже узнать о реакции японцев на первую бомбу. Кстати, японское правительство, по­началу не поняло, что произошло в Хиросиме. Они получили доклад, что в Хиросиме произошло что-то ужас­ное, но что это было - оставалось неизвестным. Понимание пришло поз­же.

Что касается второй бомбарди­ровки, то вероятно, помимо понят­ного желания испытать в боевых ус­ловиях бомбу более совершенно­го типа, американское руководство желало, чтобы японцы убедились: атомная бомба не одна, применять­ся они будут со всей решитель­ностью, так что с капитуляцией сле­дует поспешить. Об этом говорит любопытное послание, сброшенное с одного из самолётов сопровожде­ния в день второй атомной бом­бардировки. Оно было адресова­но профессору - физику Сагане, известному как на Западе, так и в Японии, и подписано Альваресом и другими американскими физиками. В письме американские ученые просили Сагану упот­ребить всё своё влияние, что­бы ускорить капитуляцию и из­бежать полного разрушения Японии атомными бомбами Возможно, истинными автора­ми этого послания были аме­риканские спецслужбы. Самое интересное, что оно действи­тельно было доставлено адре­сату, но к тому времени война уже закончилась.

Как бы то ни было, 9 августа 1945 г. в 3 часа утра с Тиниана стартовал В-29 со второй атом­ной бомбой - плутониевым «Толстяком».

Это был «Bock`s car» под управлением майора Суини, который во время налета на Хиросиму управлял самолётом со­провождения «The Great Artist». Место командира «The Great Artist» занял штатный командир экипажа «Bock`s car» капитан Бок, которому самолёт был обязан своим прозви­щем (игра слов: boxcar - товар­ный вагон). Конструкция «Толстяка» не допускала таких цирковых трю­ков, как сборка - разборка в по­лёте, поэтому самолёт взлетал с пол­ностью снаряжённой бомбой. Ос­новной целью была назначена Кокура, запасной - Нагасаки.

В отличие от рейда на Хироси­му, вторая атомная бомбардиров­ка проходила очень тяжело. Нача­лось с отказа бензонасоса, кото­рый делал невозможной выработ­ку 2270 л топлива из дополнитель­ного бака, подвешенного в заднем бомбоотсеке. Погода стремитель­но ухудшалась. В полёте над океа­ном исчез из видимости В-29 майо­ра Гопкинса, который должен был фотографировать результаты взры­ва. На этот случай было пре­дусмотрено 15-минутное ожи­дание у берегов Японии. Суини кружил на месте встречи, соблюдая радиомолчание, це­лый час, пока в поле зрения не появился В-29, как выяснилось, - чужой... Самолёты метеораз­ведки сообщили о хорошей по­годе как над Кокурой, так и над Нагасаки.

Так и не дождавшись Гоп­кинса, Суини повёл свой «Бокскар» на основную цель - Кокуру. Однако тем временем ве­тер над Японией изменил на­правление. Густой дым над го­ревшим после очередного налета металлургическим комбинатом Явата закрыл цель. Майор Суини сделал три захода на цель, но прицельное бомбометание было невозможно. Суини, хотя топлива было в обрез, принял решение идти на запасную цель - Нагасаки. Над ней тоже было облачно, но контуры залива всё же просматривались на экране радиолокационного прицела. От­ступать было некуда, и в 11 ч 02 мин «Толстяк» взорвался на высоте 500 м над промзоной Нагасаки пример­но в 2 км севернее точки прицели­вания.

Хотя бомба была почти вдвое мощнее «Малыша», результаты взрыва были скромнее, чем в Хиро­симе: погибли 35 тыс. человек, ра­нено 60 тыс. По японским данным, число жертв вдвое больше - 70±10 тыс. человек. Город пострадал мень­ше. Сыграла свою роль большая ошибка прицеливания и кон­фигурация города, расположенно­го в долинах двух рек, разделённых холмами.

О возвращении на базу не мог­ло быть и речи. Горючего могло хватить только до запасного аэро­дрома на Окинаве. Когда остров показался на горизонте, стрелки бензиномеров стояли уже на нулях. Выпустив фейерверк ракет, Суини сумел обратить на себя внимание. Полосу освободили, и «Бокскар» совершил посадку с прямой. На уход с полосы топлива уже не хватило...

Уже после войны стало извест­но, что японская служба радиопе­рехвата вела В-29 на всём его пути до Нагасаки. Дело в том, что не­смотря на режим радиомолчания, бомбардировщик обменивался с базой на Тиниане кодированными радиосигналами. Эти сигналы были зафиксированы японцами при пер­вом налёте на Хиросиму, а при вто­ром они позволили отслеживать путь самолёта. Однако японская ПВО уже была в таком плачевном со­стоянии, что не смогла поднять на перехват ни одного истребителя.

Чем считать атомную бомбар­дировку Хиросимы и Нагасаки: во­инским подвигом, остановившим войну, или преступлением? Конеч­но, как и в случае ночных ковровых бомбардировок городов Германии и Вьетнама, гордиться особенно нечем, да и была ли эта бомбарди­ровка необходимой?

Известно, что к весне 1945 г. пра­вящие круги Японии уже осознали, что война проиграна, и начали готовить почву для заключения перемирия на приемлемых для себя условиях. Но правительство Трумэ­на оставляло эти усилия без внима­ния, готовясь положить на стол свой главный, атомный, козырь. Потсдам­ская декларация требовала от Япо­нии, по сути, безоговорочной ка­питуляции. После Хиросимы и На­гасаки условия капитуляции были Японией приняты.

Допустим, что Америка в 1945 г. не имела бы атомного оружия. Тог­да американцам пришлось бы про­водить высадку непосредственно на Японские острова. Эта компания, по оценке некоторых экспертов, могла стоить американцам потери до 1 миллиона солдат. Японские солдаты и камикадзе уже доказали свою самоотверженность, а обще­ственное мнение Америки уже было шокировано огромными потерями на Иводзиме и Окинаве. Правда, в 1945 г. американская бомбардиро­вочная авиация была уже в состо­янии сравнять с землей все японс­кие города и промышленные пред­приятия с помощью обычных бомб, но это обернулось бы гораздо боль­шим количеством жертв среди мир­ного населения, чем в Хиросиме и Нагасаки.

Таким образом, отказавшись от применения атомного оружия, аме­риканское руководство вынуждено было либо принять японские усло­вия перемирия, либо продолжать утюжить японские города, приумно­жая число жертв.

На наш взгляд, самое большое влияние ужасная судьба Хиросимы и Нагасаки оказала на ход после­военной истории. Вид этих японс­ких городов, мы думаем, не раз вставал в воображении Сталина, Эйзенхауэра, Хрущева и Кеннеди, так и не дав 45-летней Холодной войне перерасти в Третью мировую...

Подготовка к применению ядер­ного оружия продолжалась и пос­ле Хиросимы и Нагасаки. По утвер­ждению Гровса, третья плутониевая бомба могла быть готова после 13 августа, другие источники называ­ют значительно более поздние сро­ки - не ранее осени 1945 г. Так или иначе, при планировании воз­можной высадки на Японские ост­рова осенью 1945 г. Комитет на­чальников штабов США планиро­вал использование девяти атомных бомб. Трудно сказать, насколько эти планы были реальными. Капитуля­ция Японии резко затормозила все работы - к концу года имелось в наличие всего две бомбы.

Оба атомных бомбардировщи­ка, «Enola Gay» и «Bockscar», со­хранились до наших дней. Первый выставлен в экспозиции Националь­ного музея авиации и космонавти­ки в Вашингтоне, второй - в музее ВВС США на авиабазе Райт-Паттерсон в штате Огайо.

(К. Кузнецов, Г. Дьяконов, «Авиация и космонавтика»)

Загадочное устройство, способное выделить гигаджоули энергии в течение неописуемо малого промежутка времени, окружено зловещей романтикой. Что и говорить, во всем мире работы по ядерному оружию были глубоко засекречены, а сама бомба обросла массой легенд и мифов. Попробуем разобраться с ними по порядку.

Ничто не вызывает такого интереса, как атомная бомба

Строение заряда бомбы

Август 1945 года. Эрнест Орландо Лоуренс в лаборатории по разработке атомной бомбы

1954 год. Спустя восемь лет после взрыва у атолла Бикини японские ученые обнаружили высокий уровень радиации у рыбы, пойманной в местных водах

Критическая масса

Все слышали, что есть некая критическая масса, которую нужно набрать, чтобы началась цепная ядерная реакция. Вот только для того, чтобы произошел настоящий ядерный взрыв, одной критической массы недостаточно — реакция прекратится практически мгновенно, до того как успеет выделиться заметная энергия. Для полномасштабного взрыва в несколько килотонн или десятков килотонн нужно одномоментно собрать две-три, а лучше четыре-пять критических масс.

Кажется очевидным, что нужно сделать две или несколько деталей из урана или плутония и в требуемый момент соединить их. Справедливости ради надо сказать, что так же думали и физики, когда брались за конструирование ядерной бомбы. Но действительность внесла свои коррективы.

Дело в том, что если бы у нас был очень чистый уран-235 или плутоний-239, то можно было бы так и сделать, но ученым пришлось иметь дело с реальными металлами. Обогащая природный уран, можно сделать смесь, содержающую 90% урана-235 и 10% урана-238, попытки избавиться от остатка урана-238 ведут к очень быстрому удорожанию этого материала (его называют высокообогащенным ураном). Плутоний-239, который получают в атомном реакторе из урана238 при делении урана-235, обязательно содержит примесь плутония-240.

Изотопы уран235 и плутоний239 называются четно-нечетными, так как ядра их атомов содержат четное число протонов (92 для урана и 94 для плутония) и нечетное число нейтронов (143 и 145 соответственно). Все четно-нечетные ядра тяжелых элементов обладают общим свойством: они редко делятся самопроизвольно (ученые говорят: «спонтанно»), но легко делятся при попадании в ядро нейтрона.

Уран-238 и плутоний-240 — четно-четные. Они, наоборот, практически не делятся нейтронами малых и умеренных энергий, которые вылетают из делящихся ядер, но зато в сотни или десятки тысяч раз чаще делятся спонтанно, образуя нейтронный фон. Этот фон очень сильно затрудняет создание ядерных боеприпасов, потому что вызывает преждевременное начало реакции, до того как встретятся две детали заряда. Из-за этого в подготовленном к взрыву устройстве части критической массы должны быть расположены достаточно далеко друг от друга, а соединяться с большой скоростью.

Пушечная бомба

Тем не менее, бомба, сброшенная на Хиросиму 6 августа 1945 года, была сделана именно по вышеописанной схеме. Две ее детали, мишень и пуля, были изготовлены из высокообогащенного урана. Мишень была цилиндром диаметром 16 см и высотой тоже 16 см. В ее центре было отверстие диаметром 10 см. В соответствии с этим отверстием и была изготовлена пуля. Всего бомба содержала 64 кг урана.

Мишень была окружена оболочкой, внутренний слой которой был изготовлен из карбида вольфрама, наружный — из стали. Назначение у оболочки было двойным: удержать пулю, когда она воткнется в мишень, и отразить хотя бы часть вылетающих из урана нейтронов обратно. С учетом отражателя нейтронов 64 кг составляли 2,3 критических массы. Как же это выходило, ведь каждый из кусков был субкритическим? Дело в том, что, вынимая из цилиндра среднюю часть, мы уменьшаем его среднюю плотность и значение критической массы повышается. Таким образом, масса этой части может превышать критическую массу для сплошного куска металла. А вот увеличить массу пули таким образом невозможно, ведь она должна быть сплошной.

И мишень, и пуля были собраны из кусочков: мишень из нескольких колец малой высоты, а пуля из шести шайб. Причина проста — заготовки из урана должны были быть небольшими по размеру, ведь при изготовлении (отливке, прессовании) заготовки общее количество урана не должно приближаться к критической массе. Пуля была заключена в тонкостенную оболочку из нержавеющей стали, с крышкой из карбида вольфрама, как у оболочки мишени.

Для того чтобы направить пулю в центр мишени, решили использовать ствол обычной зенитной пушки калибра 76,2 мм. Вот почему бомбу такого типа называют иногда бомбой пушечной сборки. Ствол был расточен изнутри до 100 мм, чтобы в него вошел столь необычный снаряд. Длина ствола составляла 180 см. В его зарядную камеру загружался обычный бездымный порох, который выстреливал пулю со скоростью примерно в 300 м/с. А другой конец ствола запрессовали в отверстие в оболочке мишени.

У этой конструкции была масса недостатков.

Она была чудовищно опасной: после того как порох был загружен в зарядную камеру, любая авария, которая могла его воспламенить, привела бы к взрыву бомбы на полную мощность. Из-за этого зарядка пироксилина происходила уже в воздухе, когда самолет подлетал к цели.

При аварии самолета урановые детали могли соединиться и без пороха, просто от сильного удара о землю. Чтобы избежать этого, диаметр пули был на долю миллиметра больше диаметра канала в стволе.

Если бы бомба упала в воду, то из-за замедления нейтронов в воде реакция могла бы начаться даже и без соединения частей. Правда, при этом ядерный взрыв маловероятен, но произошел бы тепловой взрыв, с распылением урана на большую территорию и радиоактивным заражением.

Длина бомбы такой конструкции превышала два метра, и это фактически непреодолимо. Ведь критическое состояние достигалось, и реакция начиналась, когда до остановки пули было еще добрых полметра!

Наконец, эта бомба была очень расточительной: прореагировать в ней успевало меньше 1% урана!

Достоинство же у пушечной бомбы было ровно одно: она не могла не сработать. Ее даже не собирались испытывать! А вот плутониевую бомбу американцы должны были испытать: уж слишком нова и сложна была ее конструкция.

Плутониевый футбольный мяч

Когда выяснилось, что даже крошечная (меньше 1%!) примесь плутония-240 делает невозможной пушечную сборку плутониевой бомбы, физики были вынуждены искать другие способы набрать критическую массу. И ключ к плутониевой взрывчатке нашел человек, который позже стал самым знаменитым «ядерным шпионом», — британский физик Клаус Фукс.

Его идея, получившая позже название «имплозия», заключалась в формировании сходящейся сферической ударной волны из расходящейся, с помощью так называемых взрывчатых линз. Эта ударная волна должна была сжать кусок плутония так, чтобы его плотность увеличилась вдвое.

Если уменьшение плотности вызывает увеличение критической массы, то увеличение плотности должно ее уменьшить! Для плутония это особенно актуально. Плутоний — материал очень специфический. При охлаждении куска плутония от температуры плавления до комнатной, он претерпевает четыре фазовых перехода. При последнем (около 122 градусов) его плотность скачком увеличивается на 10%. При этом любая отливка неизбежно растрескивается. Чтобы этого избежать, плутоний легируют каким-нибудь трехвалентным металлом, тогда стабильным становится неплотное состояние. Можно использовать алюминий, но в 1945 году опасались, что альфа-частицы, вылетающие из ядер плутония при их распаде, будут выбивать из ядер алюминия свободные нейтроны, увеличивая и без того заметный нейтронный фон, поэтому в первой атомной бомбе был использован галлий.

Из сплава, содержащего 98% плутония-239, 0,9% плутония-240 и 0,8% галлия, был изготовлен шарик диаметром всего 9 см и весом около 6,5 кг. В центре шарика была полость диаметром 2 см, и он состоял из трех деталей: двух половинок и цилиндрика диаметром 2 см. Этот цилиндрик служил пробкой, через которую во внутреннюю полость можно было вставить инициатор — источник нейтронов, который срабатывал при взрыве бомбы. Все три детали пришлось никелировать, потому что плутоний очень активно окисляется воздухом и водой и крайне опасен при попадании внутрь организма человека.

Шарик был окружен отражателем нейтронов из природного урана238 толщиной 7 см и весом 120 кг. Уран — хороший отражатель быстрых нейтронов, и в собранном виде система была лишь немного субкритической, поэтому вместо плутониевой пробки вставлялась кадмиевая, поглощавшая нейтроны. Отражатель служил еще и для удержания всех деталей критической сборки во время реакции, иначе большая часть плутония разлеталась, не успевая принять участия в ядерной реакции.

Дальше шел 11,5-сантиметровый слой алюминиевого сплава весом 120 кг. Назначение слоя такое же, как у просветления на линзах объективов: сделать так, чтобы взрывная волна проникла в ураново-плутониевую сборку, а не отразилась от нее. Это отражение происходит из-за большой разницы плотностей взрывчатки и урана (примерно 1:10). Кроме того, в ударной волне вслед за волной сжатия идет волна разрежения, так называемый эффект Тейлора. Слой алюминия ослаблял волну разрежения, которая уменьшала действие взрывчатки. Алюминий пришлось легировать бором, который поглощал нейтроны, вылетающие из ядер атомов алюминия под воздействием альфа-частиц, возникающих при распаде урана-238.

Наконец, снаружи находились те самые «взрывчатые линзы». Их было 32 (20 шестигранных и 12 пятигранных), они образовывали структуру, похожую на футбольный мяч. Каждая линза состояла из трех частей, причем средняя была изготовлена из специальной «медленной» взрывчатки, а наружная и внутренняя — из «быстрой». Внешняя часть была сферической снаружи, но внутри на ней была коническая впадина, как на кумулятивном заряде, вот только назначение ее было другое. Этот конус был заполнен медленной взрывчаткой, и на границе раздела происходило преломление взрывной волны подобно обычной световой волне. Но подобие здесь очень условное. В сущности, форма этого конуса и есть один из настоящих секретов ядерной бомбы.

В середине 40-х годов в мире не существовало таких компьютеров, на которых можно было бы рассчитать форму таких линз, а главное — не было даже подходящей теории. Поэтому они делались исключительно методом проб и ошибок. Пришлось провести более тысячи взрывов — и не просто провести, а сфотографировать специальными высокоскоростными камерами, регистрируя параметры взрывной волны. Когда была отработана уменьшенная версия, выяснилось, что взрывчатка так просто не масштабируется, и потребовалось сильно корректировать старые результаты.

Точность формы нужно было соблюсти с ошибкой меньше миллиметра, а состав и однородность взрывчатки выдерживать предельно аккуратно. Изготавливать детали можно было только литьем, поэтому годились не все взрывчатые вещества. Быстрая взрывчатка была смесью гексогена и тротила, причем гексогена было в два раза больше. Медленная — тот же тротил, но с добавкой инертного нитрата бария. Скорость детонационной волны в первой взрывчатке составляет 7,9 км/с, а во второй — 4,9 км/с.

Детонаторы вмонтировали в центр наружной поверхности каждой линзы. Все 32 детонатора должны были сработать одновременно с неслыханной точностью — менее 10 наносекунд, то есть миллиардных долей секунды! Таким образом, фронт ударной волны не должен был исказиться больше чем на 0,1 мм. С такой же точностью нужно было совместить и сопряженные поверхности линз, а ведь ошибка их изготовления была в десять раз больше! Пришлось повозиться и потратить немало туалетной бумаги и скотча, чтобы скомпенсировать неточности. Но система стала мало похожа на теоретическую модель.

Пришлось изобрести новые детонаторы: старые не обеспечивали должной синхронности. Они были сделаны на базе взрывающихся под мощным импульсом электрического тока проволочек. Для их срабатывания понадобилась батарея из 32 высоковольтных конденсаторов и такого же количества быстродействующих разрядников — по одному на каждый детонатор. Вся система, вместе с батареями и зарядным устройством для конденсаторов, весила в первой бомбе почти 200 кг. Впрочем, по сравнению с весом взрывчатки, которой ушло 2,5 т, это было немного.

Наконец вся конструкция была заключена в дюралевый сферический корпус, состоявший из широкого пояса и двух крышек — верхней и нижней, все эти детали собирались на болтах. Конструкция бомбы позволяла собрать ее без плутониевого сердечника. Для того чтобы вставить на место плутоний вместе с куском уранового отражателя, отвинчивали верхнюю крышку корпуса и вынимали одну взрывчатую линзу.

Война с Японией шла к концу, и американцы очень торопились. Но имплозионную бомбу необходимо было испытать. Этой операции было присвоено кодовое имя «Тринити» («Троица»). Да уж, атомная бомба должна была продемонстрировать мощь, доступную раньше только богам.

Блестящий успех

Место для испытания было выбрано в штате Нью-Мексико, в местечке с живописным названием Джорнададель-Муэрто (Путь смерти) — территория входила в артиллерийский полигон Аламагордо. Бомбу начали собирать 11 июля 1945 года. Четырнадцатого июля ее подняли на верхушку специально построенной башни высотой 30 м, подключили провода к детонаторам и начались последние стадии подготовки, связанные с большим количеством измерительной аппаратуры. 16 июля 1945 года в полшестого утра устройство было взорвано.

Температура в центре взрыва достигает нескольких миллионов градусов, поэтому вспышка ядерного взрыва гораздо ярче Солнца. Огненный шар держится несколько секунд, потом начинает подниматься, темнеть, из белого становится оранжевым, затем багровым, и образуется ныне знаменитый ядерный гриб. Первое грибовидное облако поднялось на высоту в 11 км.

Энергия взрыва составила больше 20 кт тротилового эквивалента. Большая часть измерительной аппаратуры была уничтожена, поскольку физики рассчитывали на 510 т и поставили технику слишком близко. В остальном это был успех, блестящий успех!

Но американцы столкнулись с неожиданным радиоактивным заражением местности. Шлейф радиоактивных осадков протянулся на 160 км к северо-востоку. Из небольшого городка Бингэм пришлось эвакуировать часть населения, но как минимум пятеро местных жителей получили дозы до 5760 рентген.

Выяснилось, что, чтобы избежать заражения, бомбу надо взрывать на достаточно большой высоте, минимум километр-полтора, тогда продукты радиоактивного распада рассеиваются на площади в сотни тысяч или даже миллионы квадратных километров и растворяются в глобальном радиационном фоне.

Вторая бомба такой конструкции была сброшена на Нагасаки 9 августа, через 24 дня после этого испытания и через три дня после бомбардировки Хиросимы. С тех пор практически все атомные боеприпасы используют технологию имплозии. Первая советская бомба РДС-1, испытанная 29 августа 1949 года, была сделана по такой же схеме.