Авиация и космонавтика 2013 03

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.

Кольцо из оружейного плутония, после электрорафинирования. Такие кольца были типичными для колец, очищенных в Лос-Аламосе.

Потом плутоний будет ещё не раз переплавлен и очищен, прежде чем его зальют в форму для ядра атомной бомбы.

< image l:href="#" />

Плутоний, современная фотография. Если её сравнить со старыми фото, то кажется, что сейчас плутоний отливают в те же изложницы, что и

(так в оригинале — издательская ошибка)

Рафинированные отливки из плутония. Их ещё раз переплавят и отольют ядро для бомбы

Плутоний — вещество опасное. Оно не только радиоактивно, но и просто ядовито. Поэтому в руки брать его можно в толстых резиновых перчатках

Схема работы имплозивного заряда.

1 — электродетонаторы; 2 — баротоловая линза; 3 — блок ВВ (состав В); 4 — внутренний слой составного заряда (состав В); 5 — отражатель нейтронов; 6 — ядро из делящихся материалов; 7 — нейтронный инициатор.

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 оказывается как бы висящим, левитирующим внутри заряда. При взрыве (имплозии) 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 15,8 г/см^3. 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 слоёв. 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 %.