тоже могла бы начаться самопроизвольно. Правда, при этом ядерный взрыв маловероятен, но все равно произошло бы радиоактивное заражение среды.
Наконец, подобная бомба была весьма неэкономичной. Фактически при взрыве успело бы прореагировать меньше 1 % урана. Ведь расчет показал: цепная реакция начнется еще до того, как «пуля» врежется в мишень.
Правда, было у этой конструкции и одно крупное достоинство: она была настолько проста, что не могла не сработать. А потому ее даже не стали испытывать.
И приступили к разработке более сложной, но и более компактной плутониевой бомбы.
Ключ к плутониевой взрывчатке нашел британский физик немецкого происхождения Клаус Фукс. Этот же человек и передал главные секреты советской разведке. Вот почему по обе стороны океаны первые А-бомбы были похожи, как два яйца от одной курицы.
Плутоний был хорош тем, что для бомбы его требовалось значительно меньше, чем урана. Но был у плутониевой бомбы и крупный недостаток: расчет показал, что даже небольшая (меньше 1 %!) примесь плутония-240 к плутонию-239 делает невозможной пушечную сборку плутониевой бомбы – она бы попросту не взорвалась. А потому физики были вынуждены искать другие способы собирать критическую мaccy для взрыва.
Идея Фукса, получившая позже название «имплозия», заключалась в формировании сходящейся сферической ударной волны с помощью так называемых взрывчатых линз.
Говоря упрощенно, ударная волна должна была сжать кусок плутония так, чтобы его плотность увеличилась вдвое. Для плутония это особенно актуально, поскольку материал этот имеет весьма специфичные свойства. Так, 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.
Можно использовать, например, 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 куда более редкий и дорогой металл – галлий.
В общем, из сплава, содержащего 98 % плутония-239, 0,9 % плутония-240 и 0,8 % галлия, были изготовлены две полусферы диаметром всего 9 см и цилиндрик-пробка диаметром 2 см. Все вместе это имело массу около 6,5 кг.
Пробка же нужна было вот для чего. В центре шара имелась полость диаметром 2 см, куда перед взрывом вставлялся инициатор – источник нейтронов, которые и давали начало цепной реакции. А затем отверстие затыкалось пробкой.
Все три детали пришлось никелировать, потому что плутоний очень активно окисляется воздухом и водой и крайне опасен при попадании внутрь организма человека.
Однако если вы думаете, что устройство плутониевой бомбы тем и ограничивалось, то глубоко ошибаетесь. Для получения большей мощности взрыва шарик был окружен отражателем нейтронов из природного урана-238, толщиной 7 см и весом 120 кг.
Уран – хороший отражатель быстрых нейтронов, и в собранном виде масса системы была лишь немного меньше критической. Поэтому для безопасности вместо плутониевой пробки на самом деле вставлялась кадмиевая, поглощавшая нейтроны. Отражатель служил еще и для удержания всех деталей критической сборки во время цепной реакции, иначе большая часть плутония разлеталась, не успевая принять участие в процессе.
Дальше шел 11,5-сантиметровый слой алюминиевого сплава, весом 120 кг. Назначение слоя такое же, как у пленки 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 зоной сжатия следует зона разрежения вследствие так называемого эффекта Тейлора. Слой алюминия ослаблял волну разрежения, чтобы она, в свою очередь, не уменьшала действия взрывчатки. Причем алюминий пришлось еще легировать бором; он поглощал нейтроны, которые вылетали 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; вместе они образовывали структуру, похожую на современный футбольный мяч. Каждая линза состояла из трех слоев, причем средний изготавливался из специальной «медленной» взрывчатки, а наружный и внутренний – из «быстрой». Именно такое строение, как показал опыт, обеспечивало наилучшие результаты.
Мало того, внешний слой был сферическим снаружи, но внутри в нем 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.
В середине 40-х годов ХХ века в мире не существовало таких компьютеров, на которых можно было бы рассчитать форму взрывчатых линз, виртуально смоделировать сам взрыв. А потому поиски наилучшего варианта велось исключительно методом проб и ошибок. Экспериментаторы провели более 1000 взрывов, фиксируя их фазы с помощью высокоскоростной киносъемки.
А после того как была подобрана оптимальная структура, пришлось немало помучиться, пытаясь предугадать, насколько уменьшенная версия взрыва будет соответствовать настоящей.
В итоге выяснилось, что при изготовлении «взрывчатых линз» нужно соблюдать не только предельную осторожность (работы-то велись со взрывчаткой), но и филигранную точность формы. Изготавливать же детали взрывного устройства можно было только литьем, поэтому годились не все взрывчатые вещества, а лишь те, что плавились.
В итоге «быстрая» взрывчатка состояла из смеси гексогена с тротилом, а «медленная» – из того же тротила, но с добавкой инертного нитрата бария. Скорость детонационной волны в первом случае составляет 7,9 км/с, а во втором – 4,9 км/с.
Детонаторы вмонтировали в центр наружной поверхности каждой линзы. При этом расчеты показали: все 32 детонатора должны были сработать одновременно с неслыханной точностью – разброс должен быть менее 10 наносекунд, то есть миллиардных долей секунды!
Пришлось ставить новые детонаторы, которые представляли собой взрывающиеся под мощным импульсом электрического тока проволочки. А для их срабатывания понадобилась батарея из 32 высоковольтных конденсаторов и такого же количества быстродействующих разрядников – по одному на каждый детонатор.
В итоге вся система, вместе с батареями и зарядным устройством для конденсаторов, весила в первой бомбе почти 200 кг. Впрочем, по сравнению с 2500 кг взрывчатки это было немного.
С аналогичной точностью нужно было совместить и сопряженные поверхности линз, а ведь ошибка их изготовления была в десять раз больше! Решить эту проблему удалось с помощью… туалетной бумаги и скотча; именно из них изготовлялись прокладки, чтобы скомпенсировать неточности литья.
Наконец всю конструкцию заключили в дюралевый сферический корпус, состоявший из широкого пояса и двух крышек – верхней и нижней, крепившихся на болтах. Причем конструкция бомбы позволяла собрать ее без плутониевого сердечника. Для того чтобы вставить на место плутоний вместе с куском уранового отражателя, отвинчивали верхнюю крышку корпуса
