Мощность взрыва изделия РДС-1

В отчёте о результатах первого ядерного испытания РДС-1, составленном Я.Б. Зельдовичем и Д.А. Франк-Каменецким в сентябре 1949 г., на основе тщательного анализа параметров и характеристик явлений, сопровождавших атомный взрыв, определены основные параметры испытанного ядерного устройства. Тротиловый эквивалент – энерговыделение первой советской атомной бомбы оценено в 22 кт. Те же сведения указаны и в заключении обзорного отчёта-доклада представленного несколько позже и подписанного руководством испытаний во главе с И.В. Курчатовым. Эта же цифра значится и в таблице Ядерные испытания и ядерные взрывы СССР (1949-1990 гг.) [ 15 с.146]

При реальном процессе деления ядра урана или плутония высвобождается в среднем 200 Мэв энергии. При “сгорании” 1 кг плутония или урана выделяется энергия, эквивалентная энергии взрыва 20 тыс.т тротила. Если даже кпд будет 10%, то количество плутония в заряде должно быть примерно 10 кг.

В [13] указано, что главными параметрами заряда являются коэффициент исполь­зования делящегося материала и мощность. Ранее в печати эти параметры называли такими же, как у американской бомбы. По-видимому, повлияло то, что наша бомба была сделана по схеме США: мощность — 20 кт тротила, кпд – 5%.

В ряде последних публикаций приводятся разные данные о мощности взрыва плуто­ниевой бомбы 29 августа 1949 г. - от 10 до 20 кт.

Я.П. Докучаёв, проводивший анализ использования плутония в первой бомбе радиохимическим методом, указывает, что мощность взрыва была даже меньшей в диапазоне 2-5 кт. Количество разделившихся ядер плутония измерялось по излучению β- и γ-активности основных осколочных элементов ⁹⁵Zr, ⁹⁵Nb, ¹³⁷Сs, ¹⁴⁴Ce и др. Анализ всех этих измерений позволял судить о количестве выделившейся энергии и кпд. Выше в воспоминаниях Я.П. Докучаева показано как отбирались эти пробы из эпицентра взрыва. Свою точку зрения о мощности взрыва около 5 кт (возможно и несколько ниже) Яков Порфирьевич излагал и на юбилейном заседании сотрудников химкомбината «Маяк» в 1988 г. и в 1993 г. на семинаре в Курчатовском институте. Ветераны атомного проекта, опираясь на официальные данные о мощности взрыва первой советской атомной бомбы 22 кт, с ним не согласились.

В литературе [!3,14,15], изданной в последние годы Минатомом, приводятся данные о количестве делящегося материала, применённого в ядерной бомбе, и некоторых эффектах по действию ударной волны ядерного взрыва. Можно проанализировать эти данные.

В задании на производство плутония отражено, что «Активным материалом ядерной бомбы является элемент плутоний δ-фазы с удельной массой 15,8. Он изготовлен в виде полого шара, состоящего из двух половинок, … Внешний диаметр шара 80-90 мм. Масса активного материала 7,3-10 кг.» [14,с 123]. К середине 1949 г. было наработано плутония всего 110% от необходимой массы для изготовления полушарий. Расчётный кпд упоминается как 5-10% и не менее 7%. [14,с237],

При первом испытании атомной бомбы США на полигоне Аламогордо, - "Троица" (Тriпitу) приводятся такие данные. Ожидаемая мощность взрыва находилась в интервале 0-45 кт тротилового эквивалента (заключались пари на "угадывание").. Оцененная мощность первой атомной бомбы США - 20 кт ТЭ [15, с 215],.

Свойства плутониевого заряда, у которого в компактном виде происходит саморазогрев из-за превращения кинетической энергии α-частиц внутри куска металла в тепловую (у куска плутония массой в 50 гр температура поверхности будет на 5-10˚С выше температуры окружающей среды), не минули и журналистского мифотворчества. Так, даже такой уважаемый не только у нас, но и в Европе и Америке журналист Владимир Губарев (заведовал отделом науки в Комсомолке и Правде, автор книг «Бомба», «Чернобыль», пьесы «Саркофаг», мне довелось обменяться с ним первым изданием этого труда и одной из его книг с автографом) изложил такую байку [14, с126]. «Известный журналист В. Губарев в опублико­ванной нашим ведомством в 1993 г. брошюре приводит даже такой сен­сационный факт, когда Курчатов, Зернов и Харитон в начале 1949 г. (до мая) привезли Сталину «... не­большой, десяти сантиметров в ди­аметре, блестящий плутониевый шарик... Сталин осторожно кос­нулся ладонью шара: - Да, теплый. И всегда теплый?

Всегда, Иосиф Виссарионович... — Сталин дал согласие на проведе­ние испытаний. В мае 1949 г. Курча­тов отбыл на полигон».

Как было показано, до мая 1949 г. такого количества плутония в нашей стране просто нельзя было получить, так как в сплошном шарике диамет­ром 10 см должно находиться 8 кг плутония с заданными труднодости­жимыми свойствами, а завод «В» в начале 1949 г. только осваивал эту технологию. Кроме того, шарик из 8 кг плутония в определенных усло­виях может достичь критической массы и стать своеобразным реакто­ром на мгновенных нейтронах и даже разрушиться, если произойдет его разброс вследствие нейтронной вспышки. Таким образом, факт по­каза Сталину шарика из плутония диаметром 10 см - очередная небы­лица, сказка.

У плутония низкая стойкость про­тив коррозии, он легко образует аэро­золи, Поэтому хранение чистого плу­тония на воздухе недопустимо. Для плутония, находящегося при отно­сительной влажности воздуха 50% в течение 40 сут, увеличение массы составит более 100 мг/см². Из-за вы­сокой токсичности попадание плуто­ния в организм человека представля­ет особую опасность. Поэтому рабо­ты с плутонием должны вестись в герметичных перчаточных боксах или специально оборудованных герметич­ных камерах. Все это стало известно позднее, а в начальный период работы с плуто­нием в лабораториях НИИ-9, как отмечают работавшие на установке № 5 ветераны, техника безопасности была на низком уровне».

Даже позднее в 1956 г., когда мы в войсковых условиях проводили сборку плутониевых зарядов (см главу 1) техника безопасности мало отличалась от упомянутой выше.

В справочнике о критических массах, изданном Атомиздатом в 1966 г., сообщается, что в 1945-1946 гг.в Лос-Аламосе две полусферы из плутония общей массой 6,2 кг, облицованные никелем толщиной 0,13мм, достигали критичности только при наличии толстостенных отражателей из вольфрама с бериллием.

Есть свидетельство арзамасского теоретика Николая Александровича Дмитриева [54, с. 170], участвовавшего в расчёте и проверке критической массы для первой советской плутониевой бомбы, что она составляла 6,5 кг плутония.

Таким образом, можно сделать вывод, что масса заряда из плутония в первом советском «изделии» не превышала 10 кг. С учётом нижнего предела кпд в 5-7% ожидаемая мощность должна была быть около 10 кт. Возможно этим и можно объяснить обеспокоенность И.В. Курчатова непосредственно после взрыва (которую наблюдал Я.П. Докучаев), когда он приехал с НП-1 на НП-2, чтобы обменяться мнениями с М.Г. Мещеряковым, который в 1946 г. в качестве советского представителя, научного эксперта Министерства иностранных дел СССР, присутствовал на испытаниях на атолле Бикини двух американских атомных бомб.

Опираясь на авторитетные публикации можно провести анализ мощности ядерного взрыва по ударной волне.

Выше (см. 6.4) в воспоминаниях Я.П. Докучаева, который участвовал в заборе проб грунта в эпицентре непосредственно после взрыва (через 30 часов), приводятся данные о том, что два трёх этажных кирпичных здания, построенных на расстоянии 800 м от эпицентра взрыва пострадали незначительно.

По принятой методике оценки разрушений зданий и сооружений такой характер повреждений позволяет квалифицировать их как средние повреждения, возникающие для трёх этажных зданий при избыточном давлении во фронте ударной волны 0,2-0,12 кгс/см².

С учётом повышенной прочности этих зданий (толщина стены в 3,5 кирпича) можно взять для расчётов верхний критерий в 0,2 кгс/см².

Избыточное давление во фронте ударной волны (∆ Р _ф) для наземных взрывов может быть рассчитано по формуле [49]:

∆ Р _ф = 105 • 0,5 q^1/3 /R + 410• 0,5 q^1/3 /R ²+ 1370 • 0,5 q^1/3 /R ³

Здесь ∆ Р _ф - избыточное давление во фронте ударной волны,

кПа;

q – тротиловый эквивалент ядерного взрыва, кг;

R – расстояние от центра взрыва, м.

Расчёты по этой формуле показывают, что если эти два трёх этажные здания имели указанные выше повреждения, то мощность взрыва должна была бы быть порядка 2 кт. При q = 2 кт ∆ Р _ф составит величину 22 кПа = 0,22кгс/см² (100кПа = 1 кгс/см²).

В то же время, в докладе Берия и Курчатова Сталину о предварительных данных, полученных при испытании атомной бомбы и в заключительном докладе делается вывод, что мощность взрыва составила 10 000 т тротила (как и предполагалось перед испытаниями), избыточное давление на расстоянии 800 м составило 2,8 кгс/см², кирпичное здание на этом расстоянии полностью разрушено.

Расчёты по закону подобия взрывов [49]

R₁/R₂ = (q₁/q₂)^1/3

показывают, что избыточное давление 2,8 кгс/см², при мощности 10 кт будет на расстоянии около 400 м. А величины давлений ударной волны на различных расстояниях от точки взрыва, указанные в докладе, значительно превышают те, которые бы соответствовали мощности взрыва даже в 10 кт.

Очевидно, нестыковку всех данных по мощности взрыва можно объяснить либо большими погрешностями приборной базы, используемой в то время для измерений, либо явным завышением параметров взрыва, с целью приближения к параметрам первой американской бомбы.

Большой интерес для современного читателя представляют рассекреченные документы по этому вопросу[44].

Проект постановление СМ СССР «О проведении испытания атомной бомбы»

г. Москва, Кремль Сов. секретно 18 августа 1949 г. (Особой важности)

Совет Министров Союза ССР ПОСТАНОВЛЯЕТ:

1. Принять к сведению сообщение начальника Первого главного управления при Совете Министров СССР т. Ванникова, научного руководителя работ акад. Курчатова и главного конструктора Конструкторского бюро № 11, чл.-кор. АН СССР Харитона, о том, что первый экземпляр атомной бомбы с зарядом из плутония изготовлен в соответствии с научно-техническими требованиями научного руководителя работ и главного конструктора КБ-11.

Принять предложение акад. Курчатова и чл.-кор. АН СССР Харитона о про­ведении испытания первого экземпляра атомной бомбы со следующей характе­ристикой:

а) Заряд из плутония: вес заряда (...)

диаметр наружный (...)

диаметр внутренний (...)

б) расчетный коэффициент полезного действия заряда = (...), что эквива­лентно взрыву ~ 10 000 т тротила;

в) расчетная вероятность взрыва с пониженным коэффициентом полезного действия = (...).

2. Испытание бомбы произвести (...) 1949 г. на полигоне № 2 (в 170 км западнее г. Семипалатинска), построенном и оборудованном в соответствии с Постановлением Совета Министров СССР от 19 июня 1947 г. № 2142-564сс/оп.

Для обеспечения возможности проведения необходимых исследований и измерений испытание атомной бомбы произвести в стационарном положении -путем взрыва ее на металлической башне, на высоте 33 м над землей (без балли­стического корпуса и приборов, требующихся при применении атомной бомбы с самолета).

3. Установить, что задачей испытания является получение атомного взрыва путем возбуждения в заряде из плутония быстрой цепной ядерной реакции.

Атомный взрыв должен быть зафиксирован с помощью наблюдений и спе­циальных приборов и аппаратов.

При взрыве атомной бомбы должны быть произведены исследования и изме­рения, необходимые для:

а) расчета коэффициента полезного действия атомного заряда;

б) оценки мощности ударной волны взрыва атомной бомбы и ее разрушаю­щего действия на военные, промышленные, гражданские сооружения и военную технику;

в) оценки характера, интенсивности и поражающего действия радиоактив­ных излучений (образующихся при атомном взрыве) на животных, военные, промышленные и гражданские сооружения, военную технику, снаряжение, мате­риалы и продовольствие.

4. Назначить научным руководителем испытания акад. Курчатова, замести­телем научного руководителя испытания (по конструкторским и научным вопро­сам испытания) чл.-кор. АН СССР Харитона, заместителем научного руководи­теля испытания (по организационным и административно-техническим вопро­сам испытания) начальника КБ-11 т. Зернова, заместителем научного руководи­теля испытания (по вопросам охраны и режима в период подготовки и проведе­ния испытания) генерал-лейтенанта Мешика.

5. Распоряжения научного руководителя испытания т. Курчатова по вопро­сам проведения подготовки и испытания обязательны для всего состава работ­ников полигона № 2, а также для состава временно прикомандированных к полигону подразделений Министерства вооруженных сил, представителей управлений МВС и для всех других участников подготовки и проведения испы­тания.

Обязательны для указанного состава подготовки и проведения испытания указания и распоряжения т. Харитона (по конструкторским и научным вопросам подготовки и проведения испытания); т. Зернова (по организационным и адми­нистративно-техническим вопросам) и т. Мешика (по вопросам охраны и режи­ма на полигоне в период подготовки и проведения испытания).

6. Возложить ответственность за качество всех работ по подготовке, сборке и подрыву атомной бомбы на главного конструктора КБ-11 чл.-кор. АН СССР Харитона.

7. Возложить обобщение научно-технических данных о результатах испыта­ния атомной бомбы и представление Правительству предложений об оценке ре­зультатов испытания атомной бомбы на научного руководителя работ акад. Курчатова и главного конструктора КБ-11 чл.-кор. АН СССР Харитона.

Поручить Специальному комитету:

а) рассмотреть и утвердить порядок и план проведения испытания,

б) определить день испытания,

в) после проведения испытания доложить Правительству о результатах испытания.

Дата добавления: 2015-10-16