сами распадались спонтанно (самопроизвольно) с образованием нейтронов, но наличие мощного дополнительного источника – инициатора нейтронов и внешнего отражателя нейтронов позволяло резко ускорить цепной процесс ядерного распада в самый начальный момент.
Заряд плутония «Толстяка» сделан из сплава плутония с галлием (до 3,5 молярных % или до 1 весового % галлия) в кристаллической дельта-фазе, – менее плотной, чем альфа фаза плутония, которая более плотная, но менее сжимаемая и хрупкая при обработке. В дельта-фазу ядро формовали специальной термической обработкой при охлаждении из жидкого состояния при кристаллизации металла, – в такой фазе металл не был хрупким и допускал поверхностную чистовую обработку. Сам заряд плутония помещался в цилиндр из природного урана – замедлитель и отражатель нейтронов (tamper – тампер – оболочка для уменьшения критической массы благодаря дополнительному потоку нейтронов), а цилиндр – в сферу из сплава алюминия – pusher («пушер» – толкатель, – оболочка, передающая усилие сжатия на заряд). Каналы для закладки заряда внутрь тампера и пушера закрывались пробками из урана и сплава алюминия. Снаружи располагались 32 сектора из взрывчатки, причём каждый сектор содержал внешний и внутренний слои из «быстрой взрывчатки» и средний слой из «медленной» взрывчатки». Внутренняя, обращенная к центру поверхность брусков взрывчатки – сферическая с диаметром, равным наружному диаметру слоя алюминия. В наружной поверхности брусков ВВ имеются специальные выемки, форма которых предусматривает помещение в них 20 линз гексагональной и 12 линз пентагональной формы. Между перпендикулярными к оси шара поверхностями ВВ и линз кладется прокладка из фетра толщиной 1 /16 дюйма, а пустоты между радиальными поверхностями соприкосновения заполняются промокательной бумагой. Воздушные промежутки между слоем ВВ и линзами не должны превышать 1/32 дюйма, так как большие воздушные промежутки могут способствовать замедлению или же, наоборот, ускорению детонации в зависимости от направления этих промежутков. Линзы отливаются в специальных формах, изготовленных из ацетата целлюлозы. Каждая линза состоит из двух типов ВВ, одного – быстро взрывающегося и другого – медленно взрывающегося. При установке линз на место быстро взрывающаяся часть ее соприкасается со слоем медленно взрывающегося ВВ. Общий вес взрывчатого вещества около 2 тонн (см. [113, c. 96). К каждой линзе подведен один детонатор, который для большей гарантии одновременного взрыва имеет два электрозапала. Наружный слой ВВ покрыты дюралюминиевой оболочкой, к которой крепится подрывное устройство весом 180 кг. Внутренний диаметр оболочки примерно 1400 мм, вес вместе с подрывным устройством около 700 кг. Наружная оболочка сделана из бронированной стали и снабжена стабилизатором – они обеспечивают прочную аэродинамическую форму бомбы.
При синхронном подрыве 32-мя детонаторами происходил подрыв взрывчатки, который сжимал заряд плутония и инициатор, переводя заряд в критическое состояние и вызывая ядерный взрыв. Разделиться до распыления заряда успевало около 15 % заряда плутония массой 6,4 кг – около 0,975 кг плутония-239. Масса бомбы 4700 кг, длина 3,25 м, диаметр 1,52 м.
В современных самых лучших конструкциях ядерных зарядов, удерживающих исходную форму достаточно долго, чуть более чем полмикросекунды, успевают пройти приблизительно 55–57 звеньев цепной реакции, что позволяет прореагировать до 45–50 % и даже чуть более – до 51–53 % плутония. Остальной плутоний рассеивается в окружающую среду, а это очень токсичный металл (см. [40], с. 96).
Бомбу сбросили на парашюте и подорвали над Нагасаки на высоте около 500 м. Потери в Нагасаки (начальные и окончательные): 60–80 тыс. человек. В качестве целей для атомной бомбардировки американские военные выбрали наименее пострадавшие от войны японские города. Столица Токио для этой роли не годилась: тремя бомбардировками 23 февраля, 10 марта и 26 мая 1945 г. город был сожжён «до тла».
Из книги Л. Гровса [23] ясно, что взрывы ядерных бомб над Хиросимой и Нагасаки производились в крайней спешке. Военные и политики спешили, чтобы и испытать их, и этими испытаниями оказать политическое давление в виде «устрашения» оппонентов по политическим диалогам. Вторую бомбу торопились взорвать 9 августа до капитуляции Японии, которая могла произойти в любой момент и ввиду неблагоприятного прогноза погоды на следующие 5 суток. Из-за неважной погоды самолёт-носитель отклонился от закрытой облаками плановой цели – города Кокура, вышел на Нагасаки и сбросил бомбу на запасную цель, используя просвет в облаках. Самолёт выпустили в полёт с неисправным бензопроводом одного из топливных баков – из-за этого 3 тонны топлива были недоступны, а самолёт отягощён лишним грузом. На обратном пути ему едва хватило топлива, причём для возврата не на исходную базу острова Тиниан, а на расположенный ближе остров Окинава, где их не ждали. Для разрешения на посадку, которое ему не давали (а на второй заход уже не оставалось топлива) с борта пришлось послать отчаянное сообщение: «На борту убитые и раненые». После этого им быстро расчистили нужную полосу и воздушную зону для посадки. Когда самолёт приземлился, у него кончилось топливо, и он сам не смог вырулить на площадку стоянки, – его оттащили буксиром. А на вопрос врача из примчавшейся к самолёту санитарной машины: «Где ваши убитые и раненые?», один из пилотов устало ответил: «Остались там, в Нагасаки…».
Ядерный гриб возникает из-за движения воздуха к области низкого давления в центре взрыва, возникшего после расширения огненного шара.
Первый испытательный ядерный взрыв в Аламогордо (штат Нью-Мексико) устройства и полигона «Тринити» 16.07.1945 г.
Взрыв атомной бомбы «Малыш» над Хиросимой 06.08.1945 г.
Конструкции первых атомных бомб никак не отличались совершенством, особенно в части обслуживания, длительного хранения и безопасности. К примеру, в бомбе «Толстяк» быстро разряжался питающие её цепи кислотный аккумулятор, а для его зарядки или замены приходилось частично разбирать конструкцию бомбы. Бомба «Малыш» таила опасность несанкционированного подрыва порохового заряда и опасность взрыва при случайном падении на землю или на воду. Отдельные недостатки конструкций бомб проявились позже, – когда при катастрофах бомбардировщиков при падениях бомб происходила детонация взрывчатки, вызывавшая разрушении заряда с распылением радиоактивных веществ.
Атомный «гриб» над Нагасаки после взрыва ядерной бомбы «Толстяк» 09.08.1945 г. Перепады давления и поток частиц, создающих центры конденсации, как в камере Вильсона, создаёт облако пара, к которому снизу поднимается столб пыли и пепла.
Отдельные эксперименты с ураном и плохо известными свойствами взаимодействующих материалов представляли смертельную опасность. Одна из реакторных сборок немецких физиков взорвалась из-за взаимодействия порошкообразного урана с водой и выделения водорода. Но особенно опасными были эксперименты с обогащённым ураном и плутонием при их массе, близкой к критической. Таковы эксперименты Фриша с обогащённым ураном, поступавшем с завода К-25 на установке «Леди Годива» со сборкой из гидрида урана. В которой массу вещества приближали к критической: при них
