Авиация и космонавтика 2013 03

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 в ничтожном различии в атомной массе этих изотопов. Только используя эту разницу, можно 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. Обогащённый уран использовался не только для создания бомбы. Уран, обогащённый 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.

Схема атомной бомбы Mk.I Little Boy.

1 — стальной отражатель; 2 — нейтронный инициатор; 3 — мишень (три кольца из урана-235); 4 — антенна радиовысотомера Арчи (4 шт.); 5 — узел подвески бомбы; 6 — ствол пушки; 7 — корпус бомбы; 8 — электроразъём; 9 — блок автоматики подрыва; 10 — разъём корпуса; 11 — коллектор бародатчика; 12 — воздухозаборники бародатчика; 13 — цилиндрический снаряд из урана-235; 14 — затвор; 15 — электродетонатор; 16 — съёмное хвостовое оперение; 17 — пороховой заряд.

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.

30 декабря 1944 г ген. Гровс докладывал своему начальству:

«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 — авт.) 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 ТИТ. 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 ТИТ; 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 компрессионноно 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.

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.