Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Укрощение ядра.pdf
Скачиваний:
861
Добавлен:
26.08.2013
Размер:
5.92 Mб
Скачать

Другая группа материалов относится к химии шестифтористого урана (способы получения и свойства), имеющего особое значение во всех схемах разделения изотопов. Проведение аналогичных исследований было намечено и у нас, включено в план Радиевого института и группы В.И. Спицына в МГУ.

Ряд материалов относится к химии новых соединений урана (органо-металлические, летучие и т.д.). Получение материалов по этому разделу работ представило бы большой интерес для наших химиков.

Среди общих выводов И.В. Курчатов отмечает, что работы по проблеме урана получили в Америке мощное развитие. У нас работа по проблеме урана (конечно, пока еще в совершенно недостаточном объеме) проводится по большинству направлений, по которым она развивается в Америке.

Он отмечает, что по проблеме котла «уран-тяжелая вода» работа в Союзе, однако, не начата, а она требует серьезного внимания. Осуществление этого типа котла несколько сложнее осуществления уран-графитового котла, так как у нас отсутствует необходимое производство тяжелой воды. Кроме того, этот котел не допускает большого подъема температуры, и работа его будет осложнена разложением воды под действием излучений. Тем не менее, эта система обладает одним серьезным преимуществом перед уран-графитовым котлом, так как требует для своего осуществления не 50 тонн, а от одной до двух тонн урана. Таким количеством урана СССР будет располагать уже в 1943 году, срок же накопления в нашей стране 50 тонн урана представляется совершенно неясным.

5.О работах по урановому проекту

Вапреле 1943 года начальник отдела Первого управления НКГБ Г.Д. Овакимян представил «Справку об использовании атомной энергии». В справке в краткой форме представлены характеристики работ по урановой проблеме в США, Великобритании и, отчасти, в Германии.

Отмечается, что работы в США имеют наиболее широкий размах и проходят наиболее успешно. В США действует «урановый котел». В качестве замедляющей среды для «уранового котла» были предложены углерод, тяжелая вода и бериллий. Выбор замедляющей среды был остановлен на углероде в виде графита. Вес углерода в реальном котле будет в 6–8 раз больше веса урана. Об-

щее количество урана и углерода в «урановом котле» будет составлять около 400–600 тонн. В процессе реакции происходит накапливание элемента 94, по своим свойствам сходного с ура- ном-235. Материалом для изготовления бомб будет служить выделенный уран-235 или элемент 94, образующийся в урановом котле. Величина коэффициента репродукции нейтронов намного увеличивается, если уран и замедляющая среда образуют гетерогенную систему.

Отмечается, что работа котла позволит накопить опыт и материалы для получения радиоактивных средств ведения войны.

6. Анализ данных «Обзорной работы»

24 декабря 1944 года И.В. Курчатов выпустил заключение по «Обзорной работе по проблеме урана», полученной разведывательными службами.

Он отмечает, что «Обзорная работа» представляет собой прекрасную сводку последних данных по основным теоретическим и принципиальным направлениям проблемы. Большая часть данных была уже известна нам по материалам, полученным летом 1944 года. В обзорной работе, однако, содержатся два новых, чрезвычайно важных, принципиальных указания.

1.О возможности осуществления котла в смеси обычной воды и металлического урана.

2.О существовании радиационного захвата нейтронов ураном-235 и плутонием-239 и отступлении от закона 1/v в поглощении медленных нейтронов.

Возможность осуществления котла из смеси обычной воды и металлического урана ранее исключалась, так как по английским материалам, ранее полученным нами, известно, что коэффициент репродукции K нейтронов для этой системы составляет 0,95. Переход к гетерогенной системе со специальной компоновкой мог привести к увеличению K до значения, большего единицы, однако выяснить это можно, только располагая большими количествами металлического урана. Мы этого опыта сделать еще не можем.

Поскольку осуществление системы с обычной водой и металлическим ураном крайне облегчает решение задачи создания котла и получение тем самым плутония, то было бы исключительно важно иметь подробную информацию по этой системе.

Из некоторых экспериментов, выполненных в Лаборатории № 2, можно было сделать вывод, что поглощение медленных нейтронов ураном-235 не следует закону 1/v. В обзорной работе содержатся указания на это и на наличие радиационного захвата нейтронов ураном-235 и плутонием-239. Представляется удивительным, что сечение радиационного захвата плутония-239 достигает примерно тех же значений, что и сечение деления для этого изотопа. Было бы важно получить более подробные данные по этому вопросу и узнать также о постановке опыта, в котором было определенно 3 нейтрона на каждое расщепление тепловым нейтроном атома плутония.

Представляет интерес замечание об исследованиях различных физических свойств (расщепление, упругое и неупругое рассеяние) урана-235 и плутония в связи с проблемой изготовления бомбы. Было бы очень полезно получить сведения о постановке этих исследований и полученных результатах.

7. О разработке атомной бомбы в США

28 февраля 1945 года Нарком ГБ В.Н. Меркулов направил Л.П. Берия информационную записку о состоянии работ в США по созданию атомной бомбы. Информация была отмечена Л.П. Берией, как важная.

1. В записке отмечается, что проведенные силами ведущих научных работников Англии и США работы по исследованию возможности создания атомной бомбы показали, что этот вид оружия следует считать осуществимым и что проблема сводится в данное время к двум задачам:

производству необходимого количества расщепляющихся материалов – урана-235 и плутония;

конструктивной разработке проведения бомбы в действие.

Всоответствии с этими задачами в США созданы следующие центры:

лагерь «Х» (Вудс Холл, штат Теннеси) – строительство завода по производству U-235;

лагерь «W» (Хэнфорд, штат Вашингтон) – производство плутония;

лагерь «Y» (Лос-Аламос, штат Нью-Мексико) – исследовательские и эксперименталь-

ные работы по созданию бомбы.

2.Расчетное энерговыделение бомбы общим весом около 3 тонн эквивалентно энергии от

2000 до 10000 тонн ВВ.

Взрыв атомной бомбы будет сопровождаться не только образованием взрывной волны, но и развитием высокой температуры и мощным радиоактивным эффектом, в результате чего все живое будет уничтожено в радиусе до 1 км.

3.Разрабатывается два способа производства взрыва атомной бомбы:

баллистический (то есть сближение);

методом внутреннего взрыва (то есть имплозия).

Предполагается, что для изготовления первой бомбы потребуется от одного года до пяти лет. Что касается бомб несколько меньшей мощности, то через несколько недель можно ожидать изготовления одной или двух бомб, для чего американцы уже имеют в наличии необходимое коли-

чество активного вещества. Первый опытный взрыв ожидается через два–три месяца.

8. Анализ данных, полученных из США

7 марта 1945 года И.В. Курчатов составил заключение по новым поступившим разведывательным данным.

В заключении И.В. Курчатов оценивает информацию по использованию «метода взрыва во внутрь» (то есть имплозии) для создания атомной бомбы. Он отмечает, что сейчас трудно дать окончательную оценку заключения анализируемых материалов (и то, «что этот метод следует предпочесть методу сближения»), но несомненно, что метод «взрыва во внутрь» представляет большой

интерес, принципиально правилен и должен быть подвергнут серьезному теоретическому и опытному анализу.

И.В. Курчатов отмечает, что в материале содержатся интересные замечания о веществе изоляции для атомной бомбы (речь идет об отражателе нейтронов вокруг делящегося материала). Они соответствуют тем взглядам, которые были развиты и у нас в последнее время. В наших конструкциях также намечено использовать бериллий для изоляции, правда, в виде металла, а не его окиси, как в рассматриваемых материалах.

9. Анализ данных, полученных из США

7 апреля 1945 года И.В. Курчатов составил заключение по новым поступившим разведданным, по характеристикам ядерных материалов, по особенностям атомной бомбы на принципе имплозии и по вопросам электромагнитного метода разделения изотопов урана.

По характеристикам ядерных материалов он отмечает важность полученной таблицы точных сечений деления урана-235 и плутония-239 быстрыми нейтронами различных энергий, которая позволяет надежно определить критические размеры атомной бомбы. Благодаря этому, можно признать, что приведенные в материалах формулы для критического радиуса могут быть правильными с точностью до 2%, как это указано в тексте. В то же время осталось неясным, как могла быть достигнута столь высокая точность в определении сечений деления, и было бы важно получить сведения об опытах по размножению нейтронов, которые проводились с большими количествами урана235 или плутония. (Можно предполагать, что эти данные внесли существенные коррективы в представления наших специалистов о величине критической массы делящихся материалов, в частности,

урана-235).

Материалы содержали данные о количестве ν вторичных нейтронов, образующихся при делении. В комментарии отмечается, что из материалов неясно, каким нейтронам (быстрым или медленным) соответствует ν = 2,47 для урана-235, а также отмечается, что нет данных о величине ν для деления урана-238 быстрыми нейтронами.

Вэтом же разделе отмечается важность полученных данных по спонтанному делению тяжелых ядер, в том числе поразительно высокая вероятность этого процесса для плутония-240.

Вдругом разделе материалов изложен метод приведения в действие бомбы на принципе имплозии, о котором И.В. Курчатов пишет: «...мы узнали совсем недавно, и работу над которым только еще начинаем». В этом комментарии он пишет, «что нам уже сейчас стали ясными все его преимущества» перед методом сближения. В полученных материалах были даны: 1) схема распространения детонационной волны во взрывчатом веществе и процесс деформации материала отражателя;

2)описание процесса сжатия тела взрывом и самого взрыва. И.В. Курчатов подчеркивает, что это очень ценный материал, но особенно существенны указания на условия, при которых возможно получить симметричность эффекта взрыва, совершенно необходимую по самому существу метода. Он пишет, что в материалах описаны интересные явления неравномерного действия взрывной волны и указания на то, что эта неравномерность действия может быть устранена соответствующим расположением детонаторов с применением прослоек взрывчатого вещества различного действия. Материалы содержали также вопросы техники эксперимента с взрывчатыми веществами и оптики взрывных явлений.

Взаключение он пишет, что поскольку исследования по этому методу у нас еще совсем не продвинуты, то в данное время невозможно сформулировать вопросы, требующие дальнейшего освещения, и это можно сделать позднее, после серьезного анализа данного материала. Поэтому он считает необходимым ознакомить с этим материалом Ю.Б. Харитона. 30 апреля 1945 года И.В. Курчатов направил Г.Д. Овакимяну просьбу о выдаче такого разрешения.

Относительно информации по электромагнитному методу разделения изотопов отмечается, что для экспериментов в США используется четыреххлористый уран, и что используемый метод несколько похож на разработанную у нас схему, опыты с которой начинаются.

10. Анализ данных, полученных из США

11апреля 1945 года И.В. Курчатов представил анализ ряда материалов, полученных разведкой в конце 1944 года и содержащих разнообразную информацию об американском атомном проекте, относящуюся к различным моментам времени. Материалы были разделены им на следующие группы: технологические и химические вопросы; уран-графитовый котел; котел на уране и тяжелой воде; работы одной из лабораторий США в 1943–1944 годах; разные работы.

Применительно к проблеме уран-графитового котла рассматривались две системы: с водяным охлаждением и охлаждением гелием. И.В. Курчатов отмечает, что уран-графитовый котел с водяным охлаждением является наиболее простой технической формой осуществления котла. У нас эта система пока не разрабатывается, так как нет уверенности в том, что из-за поглощения в воде нейтронов фактор мультипликации будет больше единицы. Эта же опасность и ряд других трудностей отмечается и в материалах, относящихся к 1942 году. И.В. Курчатов отмечает, что важно выяснить, как сейчас обстоит дело и не возобновлены ли работы в этом направлении.

По системе с гелиевым охлаждением нет принципиально новых указаний, так как ранее были получены более поздние отчеты. Вместе с тем представляют интерес данные по параметрам урановой решетки в графите, расчеты и опыты по распределению тепловых нейтронов в урановых сферах

ицилиндрах, опыты по диффузии продуктов деления из раскаленного урана, теоретический отчет о регулировании хода процесса в котле с помощью стержней из бора или кадмия, сильно поглощающих нейтроны. Судя по приведенным данным, мощный котел этого типа должен был войти в эксплуатацию в 1943 году и он должен уже работать. Крайне важны сведения по этому вопросу.

По котлу с тяжелой водой дана информация о том, что минимальное количество тяжелой воды в котле равно 3–4 тоннам.

11.О параметрах атомной бомбы США

6июля 1945 года Нарком ГБ СССР В.Н. Меркулов направил письмо Л.П. Берия, в котором говорилось, что по данным нескольких достоверных агентурных источников в США в июле 1945 года назначено проведение первого экспериментального взрыва атомной бомбы. Ожидаемая дата взрыва – июль 1945 года (взрыв «Тринити» был произведен 16 июля 1945 года).

В письме отмечалось, что атомная бомба изготовлена из плутония, полученного в урановых котлах, который представляет собой шар массой 5 кг. В центре его помещается инициатор – берил- лиево-полониевый источник, который в нужный момент приводит в действие активное вещество. Плутоний окружен природным ураном весом 5000 фунтов, алюминиевой оболочкой толщиной 11 см, которая в свою очередь окружена слоем взрывчатого вещества толщиной 46 см. Общий вес бомбы составляет около 3 тонн, а предполагаемая сила взрыва эквивалентна 5000 тонн тротила (энерговыделение этого взрыва составило 21 кт, то есть в четыре раза больше предполагаемых оценок).

Относительно запасов активного материала для изготовления бомбы из тех же источников сообщается:

на апрель 1945 года в США имелось в наличии 25 кг урана-235, а его производство составляет 7,5 кг в месяц;

в Лос-Аламосе имеется 6,5 кг плутония; его производство в котлах налажено и план перевыполняется.

12. Об устройстве атомной бомбы США

18 октября 1945 года Нарком ГБ В.Н. Меркулов направил Л.П. Берия сообщение о конструкции атомной бомбы США, составленное на основе агентурных материалов НКГБ СССР (материал подписан полковником НКГБ Л. Василевским). По этим материалам атомная бомба представляет

собой снаряд грушевидной формы с максимальным диаметром 127 см, длиной (со стабилизатором) 325 см и весом около 4500 кг. Бомба состоит из следующих составных частей:

инициатора;

активного материала;

темпера;

слоя алюминия;

взрывчатого вещества;

линзовой системы взрывчатого вещества;

детонаторного устройства;

дюралюминиевой оболочки;

оболочки из бронированной стали;

стабилизатора.

Все части бомбы, кроме стабилизатора, детонаторного устройства и наружной стальной оболочки, представляют собой полые шары, вставляющиеся друг в друга.

Инициатор типа «Урчин» представляет собой полоний-бериллиевую систему с радиусом 1 см. Общее количество полония составляло 50 Кюри. Поток нейтронов создается при воздействии удара, создаваемого взрывом ВВ бомбы на инициатор, в результате которого α-частицы полония взаимодействуют с ядрами бериллия.

Активным материалом бомбы является δ-фаза плутония с удельным весом 15,8 г/см3, изготовленная в виде полого шара, состоящего из двух половинок, которые затем спрессованы. Между полушариями имеется прокладка из рифленого золота толщиной 0,1 мм, которая предохраняет от проникновения к инициатору высокоскоростных струй, движущихся вдоль плоскости соединения полушарий активного материала, которые могут преждевременно привести инициатор в действие. В одном из полушарий имеется отверстие диаметром 25 мм, служащее для ввода инициатора в центр, которое закрывается после этого плутониевой пробкой. Внешний диаметр шара составляет

80–90 мм.

Темпер представляет собой полый шар из металлического урана с внешним диаметром 230 мм. В нем имеется отверстие для ввода активного материала внутрь, которое закрывается пробкой из металлического урана. Назначение темпера состоит в том, что он уменьшает количество активного материала, необходимого для изготовления атомной бомбы. Наружная граница темпера покрыта слоем бора, поглощающим тепловые нейтроны, идущие от радиоактивных веществ системы и могущие вызвать преждевременную детонацию.

Алюминиевая оболочка, окружающая темпер, представляет собой полый шар с наружным диаметром 460 мм, изготовленный из двух половинок, для соединения которых предусмотрены пазы и выступы. В одном из полушарий имеется отверстие для ввода активного материала, которое закрывается пробкой, изготовленной из алюминия. Назначение оболочки в равномерной передаче к центру бомбы удара, полученного в результате взрыва слоя ВВ.

За слоем алюминия располагается слой взрывчатого вещества, который образуется из 32 блоков специальной формы. Внутренняя, обращенная к центру, поверхность блоков сферическая с диаметром, равным диаметру алюминиевой оболочки. В наружной поверхности блоков ВВ имеются специальные выемки, форма которых предусматривает помещение в них 20 линз гексагональной и 12 линз пентагональной формы. Каждая линза состоит из двух типов ВВ, одного – быстро взрывающегося и другого – медленно взрывающегося. При установке линз на месте быстро взрывающаяся часть соприкасается со слоем ВВ. Общий вес взрывчатого вещества около 2 тонн.

К каждой линзе подведен один детонатор, который для большей гарантии одновременного взрыва имеет два электрозапала.

Слой ВВ и линзы покрыты дюралюминиевой оболочкой, к которой крепится подрывное устройство массой 180 кг. Внутренний диаметр оболочки примерно 1400 мм, вес вместе с подрывным устройством около 700 кг.

Шар металлического урана помещается внутрь алюминиевого шара с соответствующим сопряжением отверстий. На наружную поверхность алюминия укладываются блоки ВВ с линзами, за исключением одного блока, расположенного над отверстием. Линзы укрепляются на дюралюми-

ниевой оболочке, к которой также крепится подрывное устройство. В таком виде бомба готова для транспортировки. Поскольку плутоний и радиоактивное вещество инициатора самонагреваются до температуры, на 90оС превышающей температуру окружающей среды, то к месту окончательной сборки их перевозят в специальных охлаждаемых контейнерах. Далее, инициатор вставляется внутрь шара из плутония, который вставляется внутрь темпера. Пробки ставятся на место, накладывается последний блок ВВ и закрывается отверстие в наружных дюралюминиевой и стальной оболочках.

Глава 2

Создание первых образцов ядерного и термоядерного оружия

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. СОЗДАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ ПЕРВОЙ СОВЕТСКОЙ АТОМНОЙ БОМБЫ................................

69

1.1. Организация основных структур для создания атомного оружия СССР .................................

69

1.2. Основные проблемы разработки первой атомной бомбы..........................................................

70

1.3. Кооперация работ КБ-11 и других организаций .........................................................................

73

1.4. Первая атомная бомба....................................................................................................................

77

1.5. Подготовка полигона к испытанию РДС-1 ..................................................................................

79

1.6. Проведение испытания РДС-1 ......................................................................................................

79

1.7. Итоги испытания РДС-1 ................................................................................................................

81

2. СОЗДАНИЕ ПЕРВЫХ ОБРАЗЦОВ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ..............................................................

82

2.1. Атомные бомбы РДС-2, РДС-3 .....................................................................................................

82

2.2. Атомные заряды для первых тактических ядерных боеприпасов.............................................

84

2.3. Развитие систем нейтронного инициирования............................................................................

86

2.3.1. Системы нейтронного инициирования в США ....................................................................

86

2.3.2. Системы нейтронного инициирования в СССР....................................................................

87

3. СОЗДАНИЕ ПЕРВЫХ ОБРАЗЦОВ ТЕРМОЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ................................................

88

3.1. Первая информация........................................................................................................................

88

3.2. Первые исследования по водородной бомбе...............................................................................

89

3.3. Разработка термоядерного заряда РДС-6с...................................................................................

91

3.4. Разработка термоядерной бомбы РДС-37 ....................................................................................

94

3.5. Сравнение первых термоядерных зарядов СССР и США..........................................................

97

Соседние файлы в предмете Атомная энергетика