مفاعل سريع متكامل. قنبلة سوفياتية بلهجة أمريكية قنبلة يورانيوم

البادئ النيوتروني.
المرحلة الأولى، البادئ النيوتروني، وتسمى أيضًا أورشين، وهي عبارة عن قشرة بيريليوم كروية يبلغ قطرها 2 سم وسمكها 0.6 سم، ويوجد بداخلها بطانة من البريليوم يبلغ قطرها 0.8 سم حوالي 7 جرام. يوجد 15 شقًا على شكل إسفين بعمق 2.09 ملم مصنوعة على السطح الداخلي للصدفة. يتم الحصول على القشرة نفسها عن طريق الضغط الساخن في جو من النيكل الكربونيل؛ ويغطى سطحها والكرة الداخلية بطبقة من النيكل والذهب. تم ترسيب 50 كوري من البولونيوم 210 (11 مجم) على الكرة الداخلية وشقوق في القشرة. تحمي طبقات من الذهب والنيكل البريليوم من جسيمات ألفا المنبعثة من البولونيوم أو البلوتونيوم المحيط بالبادئ. يتم تثبيت البادئ على حامل داخل تجويف يبلغ قطره 2.5 سم في قلب البلوتونيوم.
يتم تنشيط القنفذ عندما تصل موجة الصدمة إلى مركز الشحنة. عندما تصل موجة الصدمة إلى جدران التجويف الداخلي في البلوتونيوم، تعمل موجة الصدمة من البلوتونيوم المتبخر على البادئ، مما يؤدي إلى سحق الفجوات بالبولونيوم وإنشاء تأثير مونرو - نفاثات قوية من المواد التي تخلط بسرعة البولونيوم والبريليوم من البولونيوم. المجالات الخارجية والداخلية. يتم امتصاص جسيمات ألفا المنبعثة من Po-210 بواسطة ذرات البريليوم، والتي بدورها تنبعث منها النيوترونات.

تهمة البلوتونيوم.
كرة قطرها تسعة سنتيمترات، وفي وسطها تجويف 2.5 سم لبادئ النيوترونات. تم اقتراح هذا النوع من الشحنة بواسطة روبرت كريستي لتقليل عدم التماثل وعدم الاستقرار أثناء الانفجار الداخلي.
يتم تثبيت البلوتونيوم الموجود في القلب في مرحلة الدلتا منخفضة الكثافة (الكثافة 15.9) عن طريق دمجه مع 3% جاليوم من حيث كمية المادة (0.8% من الكتلة). تتمثل مزايا استخدام مرحلة الدلتا على مرحلة ألفا الأكثر كثافة (الكثافة 19.2) في أن مرحلة الدلتا مرنة ومرنة، في حين أن مرحلة ألفا هشة وهشة، بالإضافة إلى ذلك، فإن تثبيت البلوتونيوم في مرحلة الدلتا يسمح بتجنب الانكماش أثناء تبريد وتشوه قطعة العمل بعد الصب أو العمل الساخن. قد يبدو أن استخدام مادة أقل كثافة للقلب قد يكون غير مناسب، حيث أن استخدام مادة أكثر كثافة هو الأفضل بسبب زيادة الكفاءة وانخفاض كمية البلوتونيوم المطلوبة، ولكن تبين أن هذا ليس صحيحًا تمامًا. يمر البلوتونيوم المستقر في دلتا بمرحلة انتقالية إلى مرحلة ألفا عند ضغوط منخفضة نسبيًا تصل إلى عشرات الآلاف من الأجواء. إن ضغط عدة ملايين من الأجواء التي تحدث أثناء الانفجار الداخلي يجعل هذا التحول جنبًا إلى جنب مع الظواهر الأخرى التي تنشأ أثناء هذا الضغط. وهكذا، مع وجود البلوتونيوم في مرحلة الدلتا هناك زيادة أكبر في الكثافة ومدخل تفاعل أكبر مما قد يحدث في حالة مرحلة ألفا الكثيفة.

يتم تجميع القلب من نصفي الكرة الأرضية، ومن المحتمل أنه تم صبه في الأصل في فراغات ثم تتم معالجته بالضغط الساخن في جو من النيكل الكربونيل. نظرًا لأن البلوتونيوم معدن شديد التفاعل، بالإضافة إلى أنه يشكل خطرًا على الحياة، فإن كل نصف الكرة الأرضية مغطى بطبقة من النيكل (أو الفضة، كما ورد في نواة الأداة). تسبب هذا الطلاء في حدوث مشكلة مع نواة الأداة، منذ الطلاء الكهربائي السريع للبلوتونيوم مع النيكل (أو الفضة) أدى إلى تكوين قشور في المعدن وعدم صلاحيته للاستخدام في القلب. أدى الطحن الدقيق وطبقات طبقات الذهب إلى استعادة العيوب التي أحدثها نصفي الكرة الأرضية. ومع ذلك، فإن طبقة ذهبية رقيقة (حوالي 0.1 مم) بين نصفي الكرة الأرضية كانت على أي حال جزءًا ضروريًا من التصميم، حيث تعمل على منع الاختراق المبكر لنفاثات موجة الصدمة بين نصفي الكرة الأرضية، والتي يمكن أن تنشط بادئ النيوترونات قبل الأوان.

غلاف اليورانيوم/عاكس النيوترون.
وتحاط شحنة البلوتونيوم بغلاف مصنوع من اليورانيوم الطبيعي وزنه 120 كيلوغراما وقطره 23 سم ويشكل هذا الغلاف طبقة يبلغ سمكها سبعة سنتيمترات حول البلوتونيوم. يتم تحديد سمك اليورانيوم من خلال مهمة الحفاظ على النيوترونات، لذا فإن طبقة من عدة سنتيمترات كافية لضمان فرملة النيوترونات. يوفر الجسم الأكثر سمكًا (الذي يزيد سمكه عن 10 سم) أيضًا قدرًا كبيرًا من الحفاظ على النيوترونات للهيكل بأكمله، ومع ذلك، فإن تأثير "الامتصاص المؤقت" المتأصل في التفاعلات المتسلسلة السريعة والمتطورة بشكل كبير يقلل من فوائد استخدام عاكس أكثر سمكًا.
يتم إطلاق حوالي 20% من طاقة القنبلة عن طريق الانشطار السريع لغلاف اليورانيوم. يشكل القلب والجسم معًا نظامًا أدنى من المستوى الحرج. عندما يضغط الانفجار الداخلي المجموعة إلى 2.5 ضعف كثافتها الطبيعية، يبدأ القلب في احتواء حوالي أربع إلى خمس كتل حرجة.

"دافع"/امتصاص النيوترونات.
طبقة الألومنيوم المحيطة باليورانيوم، بسمك 11.5 سم، ووزنها 120 كجم. الغرض الرئيسي من هذه الكرة، التي تسمى "الدافعة"، هو تقليل تأثير موجة تايلور، وهي الانخفاض السريع في الضغط الذي يحدث خلف جبهة التفجير. تميل هذه الموجة إلى الزيادة أثناء الانفجار الداخلي، مما يسبب انخفاضًا سريعًا في الضغط حيث تتقارب جبهة الانفجار إلى نقطة واحدة. إن الانعكاس الجزئي لموجة الصدمة التي تحدث عند السطح المتفجر (التركيبة "B")/الألومنيوم (بسبب اختلاف الكثافات: 1.65/2.71) يرسل الجبهة الثانوية مرة أخرى إلى داخل المادة المتفجرة، مما يؤدي إلى قمع موجة تايلور. يؤدي هذا إلى زيادة ضغط الموجة المرسلة، مما يزيد الضغط في مركز القلب.
كما يحتوي "دافع" الألمنيوم على نسبة من البورون. وبما أن البورون في حد ذاته مادة غير معدنية هشة ويصعب استخدامها، فمن المحتمل أنه يوجد في شكل سبيكة ألومنيوم سهلة المعالجة تسمى البوراكس (35-50٪ بورون). على الرغم من أن نسبته الإجمالية في القشرة صغيرة، إلا أن البورون يلعب دور ممتص النيوترونات، مما يمنع النيوترونات الهاربة من هناك من العودة إلى مجموعة البلوتونيوم واليورانيوم، وتباطأ سرعتها في الألومنيوم والمتفجرات إلى السرعات الحرارية.

قذيفة متفجرة ونظام التفجير.
الغلاف المتفجر عبارة عن طبقة شديدة الانفجار. ويبلغ سمكه حوالي 47 سم ويزن 2500 كجم على الأقل. يحتوي هذا النظام على 32 عدسة متفجرة، 20 منها سداسية و12 خماسية. وتتصل العدسات ببعضها البعض بطريقة تشبه كرة القدم لتشكل مجموعة متفجرة كروية يبلغ قطرها حوالي 130 سم. تتكون كل منها من 3 أجزاء: اثنان منها مصنوعان من مادة متفجرة ذات سرعة تفجير عالية، وواحد مصنوع من مادة متفجرة ذات سرعة تفجير منخفضة. يحتوي الجزء الخارجي من المادة المتفجرة سريعة الانفجار على تجويف مخروطي الشكل مملوء بالمتفجرات ذات سرعة تفجير منخفضة. تشكل هذه الأجزاء المتزاوجة عدسة نشطة قادرة على خلق موجة صدمية دائرية ومتنامية موجهة نحو المركز. يغطي الجانب الداخلي للمادة المتفجرة سريعة الانفجار تقريبًا كرة الألومنيوم لتعزيز التأثير المتقارب.
كانت العدسات مصبوبة بدقة، لذلك كان لا بد من إذابة المادة المتفجرة قبل الاستخدام. كانت المادة المتفجرة الرئيسية سريعة الانفجار هي "التركيبة B"، وهي خليط من 60% سداسي (RDX) - مادة شديدة الانفجار سريعة الانفجار ولكنها سيئة الذوبان، و39% مادة تي إن تي (TNT) - مادة شديدة الانفجار وسهلة الذوبان و1%. الشمع. كانت المادة المتفجرة "البطيئة" هي الباراتول - وهو خليط من مادة تي إن تي ونترات الباريوم (نسبة مادة تي إن تي عادة 25-33%) مع 1% من الشمع كمادة رابطة.
تم التحكم بدقة في تكوين العدسات وكثافتها وظلت ثابتة. تم ضبط نظام العدسات على درجة تحمل مشددة للغاية، بحيث تتناسب الأجزاء معًا في أقل من 1 مم لتجنب المخالفات في موجة الصدمة، ولكن محاذاة سطح العدسة كانت أكثر أهمية من تركيبها معًا.
ولتحقيق توقيت دقيق للغاية للصواعق، لم تحتوي الصواعق القياسية على مجموعات متفجرة أولية/ثانوية، وكانت تحتوي على موصلات ساخنة كهربائيًا. هذه الموصلات عبارة عن قطع من الأسلاك الرفيعة التي تتبخر على الفور من تدفق التيار الذي يتم تلقيه من مكثف قوي. يتم تفجير المادة المتفجرة الخاصة بجهاز التفجير. يمكن إجراء تفريغ بنك المكثف وتبخر السلك لجميع الصواعق في وقت واحد تقريبًا - والفرق هو +/- 10 نانو ثانية. الجانب السلبي لمثل هذا النظام هو الحاجة إلى بطاريات كبيرة، ومصدر طاقة عالي الجهد، وبنك قوي من المكثفات (يسمى X-Unit، ويزن حوالي 200 كجم) مصمم لإطلاق 32 مفجرًا في وقت واحد.
يتم وضع القذيفة المتفجرة النهائية في غلاف دورالومين. يتكون هيكل الجسم من حزام مركزي تم تجميعه من 5 مصبوبات دورالومين معالجة، ويشكل نصفا الكرة العلوي والسفلي غلافًا كاملاً.

المرحلة النهائية من التجميع.
ويتضمن التصميم النهائي للقنبلة "غطاء" خاص توضع من خلاله المواد الانشطارية في نهايته. يمكن تصنيع الشحنة بالكامل، باستثناء ملحق البلوتونيوم مع البادئ. لأسباب تتعلق بالسلامة، يتم الانتهاء من التجميع مباشرة قبل الاستخدام العملي. تتم إزالة نصف الكرة الأرضية دورالومين مع إحدى العدسات المتفجرة. يتم تركيب البادئ النيوتروني بين نصفي الكرة البلوتونيوم ويتم تركيبه داخل أسطوانة يورانيوم سعة 40 كيلو جرام، ثم يتم وضع هذا الهيكل بأكمله داخل عاكس اليورانيوم. تعود العدسة إلى مكانها، ويتم توصيل المفجر بها، ويتم تثبيت الغطاء في مكانه في الأعلى.
كان Fat Man يشكل خطرًا كبيرًا عند شحنه وتخزينه جاهزًا للاستخدام، على الرغم من أنه حتى في أسوأ السيناريوهات كان لا يزال أقل خطورة من Little Boy. تبلغ الكتلة الحرجة للنواة ذات عاكس اليورانيوم 7.5 كجم من البلوتونيوم لمرحلة الدلتا، و5.5 كجم فقط لمرحلة ألفا. أي تفجير عرضي للقذيفة المتفجرة يمكن أن يؤدي إلى ضغط نواة الرجل السمين التي يبلغ وزنها 6.2 كيلوغرام إلى مرحلة ألفا فوق الحرجة. وتتراوح القوة المقدرة للانفجار الناتج عن مثل هذا التفجير غير المصرح به للشحنة من عشرات الأطنان (تقريبًا، 100 طن). (بحجم أكبر من الشحنة المتفجرة في القنبلة) إلى ما يعادل بضع مئات من الأطنان من مادة تي إن تي، لكن الخطر الرئيسي يكمن في تدفق الإشعاع المخترق أثناء الانفجار، ويمكن لأشعة جاما والنيوترونات أن تسبب الوفاة أو المرض الخطير بدرجة أكبر بكثير. منطقة انتشار موجة الصدمة، وبالتالي فإن انفجارًا نوويًا صغيرًا يبلغ 20 طنًا سوف يسبب جرعة إشعاعية قاتلة تبلغ 640 ريم على مسافة 250 مترًا.
لأسباب تتعلق بالسلامة، لم يتم نقل "الرجل السمين" مطلقًا في شكل مجمع بالكامل؛ وتم الانتهاء من القنابل مباشرة قبل الاستخدام، نظرًا لتعقيد السلاح، تطلبت هذه العملية يومين على الأقل (مع مراعاة عمليات الفحص الوسيطة). لا يمكن للقنبلة المجمعة أن تظل عاملة لفترة طويلة بسبب انخفاض بطاريات X-Unit.
يتكون مخطط قنبلة البلوتونيوم الحية بشكل أساسي من تصميم أداة تجريبية معبأ في غلاف فولاذي، ويتم ربط نصفي الشكل الإهليلجي الفولاذي بضمادة النظام المتفجر جنبًا إلى جنب مع وحدة X والبطاريات والصمامات وإلكترونيات الزناد الموجودة على الجهاز. الجانب الأمامي من القشرة.
كما هو الحال في Little Boy، فإن المصهر على ارتفاعات عالية في Fat Man هو نظام محدد المدى الراداري Atchis (Archies - يمكن رؤية هوائياته على الجانب في صور Little Boy). عندما تصل الشحنة إلى الارتفاع المطلوب فوق سطح الأرض (تم ضبطه على 1850+-100 قدم)، فإنها تعطي إشارة للانفجار. بالإضافة إلى ذلك، تم تجهيز القنبلة أيضًا بجهاز استشعار بارومتري يمنع الانفجار على ارتفاع يزيد عن 7000 قدم.

مكافحة استخدام قنبلة البلوتونيوم.
تم التجمع النهائي للرجل السمين في الجزيرة. تينيان.
في 26 يوليو 1945، تم إرسال نواة البلوتونيوم مع البادئ على متن طائرة من طراز C-54 من قاعدة كيرتلاند الجوية إلى تينيان.
في 28 يوليو، يصل النواة إلى الجزيرة. في هذا اليوم، غادرت ثلاث طائرات من طراز B-29 من كيرتلاند إلى تينيان مع ثلاث طائرات من طراز فات مان مُجمَّعة مسبقًا.
2 أغسطس - وصول الطائرة B-29. تم تحديد تاريخ التفجير في 11 أغسطس، والهدف هو الترسانة في كوكورا. كان الجزء غير النووي من القنبلة الأولى جاهزًا بحلول الخامس من أغسطس.
في 7 أغسطس، تأتي التوقعات حول الظروف الجوية غير المواتية للرحلة في 11، ويتم نقل تاريخ الرحلة إلى 10 أغسطس، ثم إلى 9 أغسطس. ونظرًا لتغيير التاريخ، يجري العمل المتسارع لتجميع الشحنة.
في صباح اليوم الثامن، اكتمل تجميع الرجل السمين، وبحلول الساعة 10:00 مساءً تم تحميله في الطائرة B-29 "Block's Car".
9 أغسطس:
03:47 أقلعت الطائرة من تينيان، وتم تحديد الهدف على أنه "كوكور أرسنال". الطيار - تشارلز سويني.
10:44 حان الوقت للاقتراب من كوكورا، لكن الهدف غير مرئي في ظروف الرؤية الضعيفة. نيران المدفعية المضادة للطائرات وظهور مقاتلات يابانية تجبرنا على وقف البحث والتوجه نحو الهدف البديل - ناغازاكي.
كانت هناك طبقة من السحابة فوق المدينة - كما هو الحال فوق كوكورا، لم يتبق سوى وقود لممر واحد فقط، لذلك تم إسقاط القنبلة في أول فجوة مناسبة في السحب على بعد عدة أميال من الهدف المحدد.
11:02 حدث انفجار على ارتفاع 503 م بالقرب من حدود المدينة القوة حسب قياسات عام 1987 هي 21 كيلو طن. وعلى الرغم من أن الانفجار وقع على حدود منطقة مأهولة بالسكان من المدينة، إلا أن عدد الضحايا تجاوز 70 ألف شخص. كما تم تدمير مرافق إنتاج الأسلحة التابعة لشركة ميتسوبيشي.

(الآن جمهورية الكونغو الديمقراطية)، وفي كندا (بحيرة الدب العظيم) وفي الولايات المتحدة الأمريكية (كولورادو).

على عكس معظم القنابل الحديثة، التي يتم تصنيعها وفقًا لمبدأ الانفجار الداخلي، كانت "الطفلة" قنبلة من نوع المدفع. من السهل حساب وتصنيع قنبلة المدفع، ولا تفشل عمليا (وبالتالي، لا تزال الرسومات الدقيقة للقنبلة سرية). الجانب السلبي لهذا التصميم هو انخفاض الكفاءة.

تم استخدام ماسورة مدفع بحري عيار 16.4 سم تم اختصارها إلى 1.8 متر، في حين كان "الهدف" من اليورانيوم عبارة عن أسطوانة قطرها 100 ملم وكتلتها 25.6 كجم، توضع عليها عند إطلاقها "رصاصة" أسطوانية تزن 38، 5 كجم مع قناة داخلية مطابقة. تم تصميم هذا التصميم "غير المفهوم بشكل حدسي" لتقليل الخلفية النيوترونية للهدف: حيث لم يكن قريبًا، ولكن على مسافة 59 ملم من عاكس النيوترون ("العبث"). ونتيجة لذلك، انخفض خطر البداية المبكرة لتفاعل سلسلة انشطارية مع إطلاق غير كامل للطاقة إلى عدة بالمائة.

وعلى الرغم من الكفاءة المنخفضة، إلا أن التلوث الإشعاعي الناتج عن الانفجار كان صغيرا، حيث تم تنفيذ الانفجار على ارتفاع 600 متر فوق سطح الأرض، واليورانيوم غير المتفاعل نفسه ضعيف الإشعاع مقارنة بمنتجات التفاعل النووي.

تم إدخال الصمامات في هذه القنبلة مباشرة على الطائرة، في حجرة القنابل، بعد 15 دقيقة من الإقلاع، من أجل تقليل خطر عواقب الإقلاع غير الناجح. وفي الوقت نفسه، كان هناك احتمال أنه قد يعمل بشكل غير طبيعي.

إن أهمية المهمة الأكثر أهمية الموكلة إلى المختبر الخاص للنواة الذرية (منذ مارس 1943 - المختبر رقم 2) هي إجراء الأبحاث اللازمة وتقديم تقرير إلى لجنة دفاع الدولة " حول إمكانية صنع قنبلة يورانيوم أو وقود اليورانيوم"، - تم تعزيزه بحقيقة أن المعلومات الاستخباراتية لعام 1941، والتي أشار إليها، كما ذكر أعلاه، من قبل I. V. Kurchatov في رسالته المؤرخة 27 نوفمبر 1942 الموجهة إلى V. M. Molotov، لم تحتوي على إجابة شاملة على سؤال حول إمكانية صنع قنبلة يورانيوم.

وفي الوقت نفسه، فإن الأسس التجريبية والنظرية التي كانت تحت تصرف المختبر رقم 2 في النصف الأول من عام 1943، وفي الواقع في الفترة اللاحقة الطويلة نسبيا، لم تكن كافية لإعطاء إجابة محددة على السؤال حول حقيقة الواقع. القنبلة الذرية فقط على أساس البيانات التجريبية والنظرية الخاصة بها.

ومع ذلك، استمرت المواد الاستخبارية في الوصول، بما في ذلك المواد التي قالها آي.في. بحلول ربيع عام 1943، لم يكن لدى كورشاتوف أي شك في جدوى صنع قنبلة مصنوعة من اليورانيوم 235. من المراجعة المذكورة أعلاه بواسطة I.V. كورشاتوف بتاريخ 4 يوليو 1943، ردًا على قائمة الأعمال الأمريكية حول مشكلة اليورانيوم التي تم تلقيها عبر القنوات الاستخباراتية، ويترتب على ذلك أنه لم يعد يشعر بالقلق إزاء إمكانية صنع قنبلة من اليورانيوم 235، ولكنه كان قلقًا بشأن التناقضات في بيانات الأعمال المختلفة على المقاطع العرضية الانشطارية لليورانيوم 235 في منطقة الطاقات النيوترونية المتوسطة. IV. وأشار كورشاتوف: " هذا السؤال ذو أهمية أساسية، لأن حجم القنبلة المصنوعة من اليورانيوم 235 وإمكانية بناء غلاية مصنوعة من اليورانيوم المعدني تعتمد بشكل حاد للغاية على حجم المقطع العرضي الانشطاري في هذه المنطقة." .

في ربيع عام 1943، أ. كما أصبحت الإمكانية الجديدة لصنع قنبلة ذرية واضحة بشكل أساسي لكورشاتوف. في مذكرة موجهة إلى م.ج. بيرفوخين بتاريخ 22 مارس 1943. كتب كورشاتوف: " المواد التي قمت بمراجعتها مؤخراً... تشير إلى أنه ربما يمكن استخدام نواتج احتراق الوقود النووي في «غلاية اليورانيوم» بدلاً من اليورانيوم 235 كمادة لصنع قنبلة. مع وضع هذه الملاحظات في الاعتبار، قمت بفحص دقيق لآخر عمل نشره الأمريكيون في "المراجعة الفيزيائية" حول عناصر ما بعد اليورانيوم (eka-rhenium-239 وeka-osmium-239) وتمكنت من إنشاء اتجاه جديد في حل المشكلة. مشكلة اليورانيوم برمتها"كانت المناقشة حول استخدام البلوتونيوم 239 في القنبلة الذرية، والتي أطلق عليها آي في كورشاتوف في رسالته اسم "eka-ocmium-239". وكتب أن " آفاق هذا الاتجاه مثيرة للغاية". "ووفقاً لجميع المفاهيم النظرية الموجودة حالياً، فإن دخول النيوترون إلى نواة إيكا-أوزميوم يجب أن يكون مصحوباً بإطلاق كبير للطاقة وانبعاث نيوترونات ثانوية، بحيث يكون في هذا الصدد معادلاً لليورانيوم-235. "إذا كان لدى إيكا-أوسيميوم في الواقع نفس خصائص اليورانيوم 235، فيمكن عزله عن "مرجل اليورانيوم" واستخدامه كمادة لقنبلة إيكا أوكتيوم. وبالتالي فإن القنبلة ستكون مصنوعة من مادة "غير أرضية" اختفت من كوكبنا.

كما ترون، مع هذا الحل للمشكلة برمتها، ليست هناك حاجة لفصل نظائر اليورانيوم، الذي يستخدم كوقود وكمادة متفجرة.".

"وبطبيعة الحال، فإن الاحتمالات غير العادية التي نوقشت أعلاه لا أساس لها من الصحة إلى حد كبير. ولا يمكن تصور تنفيذها إلا إذا كان eka-ocmium-239 مشابهًا حقًا لليورانيوم 235، بالإضافة إلى ذلك، إذا كان من الممكن تشغيل "مرجل اليورانيوم" بطريقة أو بأخرى. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب المخطط المطور المحاسبة الكمية لجميع تفاصيل العملية. سيتم إسناد هذا العمل الأخير قريبًا إلى البروفيسور. أود. زيلدوفيتش".

مع الإعلان عن إطلاق أول غلاية لليورانيوم في الولايات المتحدة، مما يفتح آفاقاً لاستخدام الطاقة الذرية على نطاق واسع وإنتاج مواد انشطارية جديدة بوزن ذري 239، مناسبة لصناعة قنبلة ذرية. القنبلة (أي المفاعل النووي E. Fermi، الذي تم إطلاقه في 2 ديسمبر 1942 في شيكاغو)، I.V. تم إبلاغ كورشاتوف في يوليو 1943 بعد وقت قصير من تلقيه هذه الرسالة عبر قنوات المخابرات.

لقد أعطى تقييماً عالياً للغاية لإطلاق أول مفاعل نووي في العالم في الولايات المتحدة. وكتب في رده على المادة الاستخباراتية المحددة: " تحتوي المادة قيد النظر على رسالة بالغة الأهمية حول إطلاق أول غلاية لليورانيوم والجرافيت في أمريكا - وهي رسالة حول حدث لا يمكن تقييمه إلا كظاهرة كبرى في العلوم والتكنولوجيا العالمية"

دعونا نلاحظ أنه في التقرير المذكور سابقًا لـ "لجنة MAUD" الإنجليزية، التي وصلت إلى الاتحاد السوفييتي عبر قنوات المخابرات في عام 1941 والتي معها في نهاية عام 1942، أ.ف. كورشاتوف، قيل إن العنصر الذي تبلغ كتلته 239 من المحتمل جدًا أن يكون له خصائص انشطارية مشابهة لتلك الخاصة باليورانيوم 235، ويمكن استخدامه كمتفجر في قنبلة ذرية (انظر).

أثناء إنشاء الأسلحة الذرية في إطار مشروع مانهاتن، تم تنفيذ العمل في وقت واحد على إنشاء قنبلتين نوويتين - اليورانيوم والبلوتونيوم.

بعد اختبار أول شحنة نووية "Gadget" (النموذج الأولي لقنبلة البلوتونيوم "FatMan" - كانت القنبلة التالية الجاهزة للاستخدام هي اليورانيوم "LittleBoy". كان هو الذي أسقط على هيروشيما في 6 أغسطس 1945. وسيتطلب إنتاج "بيبي" آخر أشهرا من تراكم اليورانيوم، وبالتالي فإن القنبلة الثانية التي تم إسقاطها كانت "الرجل السمين"، التي تم تجميعها في جزيرة تينيان قبل وقت قصير من استخدامها. .

تم التجميع الأولي لـ Fat Man في قاعدة سالتويلز البحرية، كاليفورنيا. تم إجراء التجميع النهائي وتركيب نواة البلوتونيوم في جزيرة تينيان، في المحيط الهادئ، حيث تم الانتهاء من بناء أول شحنة بلوتونيوم قتالية. كان من المفترض في الأصل أن يتم تنفيذ الضربة الثانية بعد هيروشيما على كوكورا، بعد أيام قليلة من الهجوم الأول، ولكن بسبب الظروف الجوية تم قصف مدينة ناجازاكي.

القنبلة الذرية لليورانيوم الولد الصغير.
تتكون شحنة اليورانيوم الموجودة في القنبلة من جزأين: هدف وقذيفة. ويبلغ قطر المقذوف 10 سنتيمترات وطوله 16 سنتيمترا، وهو عبارة عن مجموعة من ست حلقات من اليورانيوم. ويحتوي على حوالي 25.6 كجم – 40% من إجمالي اليورانيوم. يتم دعم الحلقات الموجودة في المقذوف بواسطة قرص من كربيد التنجستن وألواح فولاذية وموجودة داخل غلاف فولاذي. الهدف كتلته 38.46 كجم ويصنع على شكل أسطوانة مجوفة قطرها 16 سم وطولها 16 سم. ومن الناحية الهيكلية يصنع على شكل نصفين منفصلين. يتم تثبيت الهدف في مبيت يعمل بمثابة عاكس للنيوترون. من حيث المبدأ، فإن كمية اليورانيوم المستخدمة في القنبلة تعطي كتلة حرجة حتى بدون وجود عاكس، ولكن وجودها، وكذلك تصنيع مقذوف من يورانيوم أكثر تخصيبًا (89٪ U-235) من الهدف (~ 80٪). U-235) يسمح بزيادة طاقة الشحن.

تمت عملية تخصيب اليورانيوم على ثلاث مراحل. في البداية، تم تخصيب الخام الطبيعي (0.72% من اليورانيوم) إلى نسبة 1-1.5% في محطة الانتشار الحراري. وأعقب ذلك تركيب نشر الغاز والمرحلة الأخيرة - جهاز الفصل الكهرومغناطيسي، الذي قام بالفعل بفصل نظائر اليورانيوم. لإنتاج "الطفل"، كان مطلوبًا 64 كجم من اليورانيوم المخصب، وهو ما يعادل 2.5 كتلة حرجة تقريبًا. بحلول صيف عام 1945، تم تجميع حوالي 50 كجم من 89% من اليورانيوم-235 و14 كجم من 50% من اليورانيوم-235. ونتيجة لذلك، كان التركيز الإجمالي ~ 80٪. إذا قارنا هذه المؤشرات بنواة البلوتونيوم، كتلة البلوتونيوم 239 التي كانت حوالي 6 كيلوغرامات فقط، وتحتوي على حوالي 5 كتل حرجة، يصبح العيب الرئيسي لمشروع اليورانيوم واضحًا: صعوبة ضمان درجة حرجة عالية للمادة الانشطارية مما أدى إلى انخفاض كفاءة الأسلحة.

لمنع حدوث تفاعل متسلسل عرضي، يحتوي الهدف على سدادة بورون، ويتم تضمين المقذوف في غلاف بورون. البورون هو ماص جيد للنيوترونات، وبالتالي يزيد من السلامة أثناء نقل وتخزين الذخيرة المحملة. عندما تصل القذيفة إلى الهدف، يطير غلافها ويتم إخراج قابس الهدف منه.

تتكون قذيفة القنبلة المجمعة من جسم من كربيد التنغستن (يعمل بمثابة عاكس للنيوترون)، محاطًا بغطاء فولاذي يبلغ قطره حوالي 60 سم. وتبلغ الكتلة الإجمالية لهذا الهيكل حوالي 2.3 طن، ويتم تركيب جسم من الكربيد في حفرة محفورة في السترة التي يتم تركيب الهدف فيها. قد يحتوي الجزء السفلي من هذا الثقب على واحد أو أكثر من بادئات البريليوم والبولونيوم. يتم ربط البرميل الذي تتحرك عبره مقذوف اليورانيوم بقوة بالجسم الفولاذي للهدف، وقد تم استعارته من مدفع مضاد للطائرات عيار 75 ملم وتم حفره ليناسب حجم المقذوف 100 ملم. يبلغ طول البرميل حوالي 2 متر، والوزن 450 كجم، والمؤخرة 34 كجم. يستخدم المسحوق الذي لا يدخن كوقود دافع. تصل سرعة المقذوف في البرميل إلى حوالي 300 م/ث؛ لتحريكه، يلزم قوة لا تقل عن 300 كيلو نيوتن.

كانت قنبلة Little Boy قنبلة غير آمنة للغاية للتخزين والنقل. يؤدي تفجير المادة الدافعة (دفع القذيفة)، حتى لو كان عرضيًا، إلى حدوث انفجار نووي. لهذا السبب، قرر المراقب الجوي وخبير الأسلحة إس. بارسونز تحميل البارود في القنبلة بعد الإقلاع فقط. ومع ذلك، مع تأثير قوي بما فيه الكفاية عند السقوط، يمكن للقذيفة أن تبدأ في التحرك دون مساعدة البارود، الأمر الذي يمكن أن يؤدي إلى انفجار من عدة أطنان إلى القوة الكاملة. يعتبر Little Boy خطيرًا أيضًا إذا دخل إلى الماء. يتم فصل اليورانيوم الموجود بالداخل، والذي يتكون من عدة كتل حرجة، عن طريق الهواء. إذا دخل الماء إلى الداخل، فيمكن أن يلعب دور الوسيط، مما يؤدي إلى تفاعل متسلسل. سيؤدي ذلك إلى انهيار سريع أو انفجار صغير يؤدي إلى إطلاق كميات كبيرة من المواد المشعة.

تجميع واستخدام ليتل بوي.
تم الانتهاء من المكونات الأولى للقذيفة في لوس ألاموس في 15 يونيو 1945، وتم تصنيعها بالكامل بحلول 3 يوليو.

في 14 يوليو، تم تحميل Little Boy وقذيفة اليورانيوم الخاصة بها على سفينة إنديانابوليس وانطلقت إلى الجزيرة في السادس عشر. تينيان، جزر ماريانا. وصلت السفينة إلى الجزيرة في 26 يوليو.

في 24 يوليو، تم الانتهاء من هدف القنبلة وفي 26 يوليو تم نقل المكونات على ثلاث طائرات من طراز C-54 من البوكيرك ووصلت إلى تينيان في 28 يوليو.

وفي 31 يوليو تم تركيب هدف ومقذوف داخل القنبلة. كان من المقرر تنفيذ الهجوم النووي في اليوم التالي، 1 أغسطس، لكن اقتراب الإعصار أجبر العملية على تأجيلها لمدة 5 أيام.

6 أغسطس:
00:00 اللقاء الأخير، الهدف – هيروشيما. الطيار - تيبتس، الطيار الثاني - لويس.
02:45 المفجر ينطلق.
07:30 القنبلة جاهزة تماما للإسقاط.
08:50 الطائرة تحلق فوق جزيرة شيكوكو اليابانية.
09:16:02 ينفجر Little Boy على ارتفاع 580 مترًا، قوة الانفجار: 12-18 عقدة، حسب التقديرات اللاحقة - 15 عقدة (+/- 20%).

مع قوة الانفجار هذه، فإن الارتفاع الذي تم تفجيره فيه هو الأمثل لضغط موجة صدمة يبلغ 12 رطل لكل بوصة مربعة، أي 12 رطل لكل بوصة مربعة. لتعظيم المساحة المعرضة لـ 12 رطل لكل بوصة مربعة أو أكبر. لتدمير مباني المدينة، يكفي ضغط 5 رطل لكل بوصة مربعة، وهو ما يتوافق مع ارتفاع ~860، وبالتالي، مع هذا الارتفاع، قد تكون الخسائر والدمار أكبر. ونظراً لعدم اليقين في تحديد القوة وكثرة الأسباب التي يمكن أن تسبب انخفاضاً في قوة الانفجار، فقد تم اختيار الارتفاع ليكون منخفضاً إلى حد ما، كما في حالة الشحنة الصغيرة. يعتبر ارتفاع 580 مترًا مثاليًا لانفجار 5 عقدة.

الرجل البدين القنبلة الذرية البلوتونيوم.

قلب القنبلة عبارة عن مجموعة من المجالات المتداخلة داخل بعضها البعض. تم إدراجها هنا بترتيب التداخل، مع ذكر أبعاد نصف القطر الخارجي للمجالات:

* قذيفة متفجرة - 65 سم،
* "دافع"/ممتص للنيوترونات - 23 سم،
* غلاف اليورانيوم/عاكس النيوترون - 11.5 سم،
* نواة البلوتونيوم - 4.5 سم،
* بادئ نيوترون بيريليوم-بولونيوم - 1 سم.

البادئ النيوتروني.
المرحلة الأولى، البادئ النيوتروني، وتسمى أيضًا أورشين، وهي عبارة عن قشرة بيريليوم كروية يبلغ قطرها 2 سم وسمكها 0.6 سم، ويوجد بداخلها بطانة من البريليوم يبلغ قطرها 0.8 سم حوالي 7 جرام. يوجد 15 شقًا على شكل إسفين بعمق 2.09 ملم مصنوعة على السطح الداخلي للصدفة. يتم الحصول على القشرة نفسها عن طريق الضغط الساخن في جو من النيكل الكربونيل؛ ويغطى سطحها والكرة الداخلية بطبقة من النيكل والذهب. تم ترسيب 50 كوري من البولونيوم 210 (11 مجم) على الكرة الداخلية وشقوق في القشرة. تحمي طبقات من الذهب والنيكل البريليوم من جسيمات ألفا المنبعثة من البولونيوم أو البلوتونيوم المحيط بالبادئ. يتم تثبيت البادئ على حامل داخل تجويف يبلغ قطره 2.5 سم في قلب البلوتونيوم.

يتم تنشيط القنفذ عندما تصل موجة الصدمة إلى مركز الشحنة. عندما تصل موجة الصدمة إلى جدران التجويف الداخلي في البلوتونيوم، تعمل موجة الصدمة من البلوتونيوم المتبخر على البادئ، مما يؤدي إلى سحق الفجوات بالبولونيوم وإنشاء تأثير مونرو - نفاثات قوية من المواد التي تخلط بسرعة البولونيوم والبريليوم من البولونيوم. المجالات الخارجية والداخلية. يتم امتصاص جسيمات ألفا المنبعثة من Po-210 بواسطة ذرات البريليوم، والتي بدورها تنبعث منها النيوترونات.

تهمة البلوتونيوم.
كرة قطرها تسعة سنتيمترات، وفي وسطها تجويف 2.5 سم لبادئ النيوترونات. تم اقتراح هذا النوع من الشحنة بواسطة روبرت كريستي لتقليل عدم التماثل وعدم الاستقرار أثناء الانفجار الداخلي.

يتم تثبيت البلوتونيوم الموجود في القلب في مرحلة الدلتا منخفضة الكثافة (الكثافة 15.9) عن طريق دمجه مع 3% جاليوم من حيث كمية المادة (0.8% من الكتلة). تتمثل مزايا استخدام مرحلة الدلتا على مرحلة ألفا الأكثر كثافة (الكثافة 19.2) في أن مرحلة الدلتا مرنة ومرنة، في حين أن مرحلة ألفا هشة وهشة، بالإضافة إلى ذلك، فإن تثبيت البلوتونيوم في مرحلة الدلتا يسمح بتجنب الانكماش أثناء تبريد وتشوه قطعة العمل بعد الصب أو العمل الساخن. قد يبدو أن استخدام مادة أقل كثافة للقلب قد يكون غير مناسب، حيث أن استخدام مادة أكثر كثافة هو الأفضل بسبب زيادة الكفاءة وانخفاض كمية البلوتونيوم المطلوبة، ولكن تبين أن هذا ليس صحيحًا تمامًا. يمر البلوتونيوم المستقر في دلتا بمرحلة انتقالية إلى مرحلة ألفا عند ضغوط منخفضة نسبيًا تصل إلى عشرات الآلاف من الأجواء. إن ضغط عدة ملايين من الأجواء التي تحدث أثناء الانفجار الداخلي يجعل هذا التحول جنبًا إلى جنب مع الظواهر الأخرى التي تنشأ أثناء هذا الضغط. وهكذا، مع وجود البلوتونيوم في مرحلة الدلتا هناك زيادة أكبر في الكثافة ومدخل تفاعل أكبر مما قد يحدث في حالة مرحلة ألفا الكثيفة.

يتم تجميع القلب من نصفي الكرة الأرضية، ومن المحتمل أنه تم صبه في الأصل في فراغات ثم تتم معالجته بالضغط الساخن في جو من النيكل الكربونيل. نظرًا لأن البلوتونيوم معدن شديد التفاعل، بالإضافة إلى أنه يشكل خطرًا على الحياة، فإن كل نصف الكرة الأرضية مغطى بطبقة من النيكل (أو الفضة، كما ورد في نواة الأداة). تسبب هذا الطلاء في حدوث مشكلة مع نواة الأداة، منذ الطلاء الكهربائي السريع للبلوتونيوم مع النيكل (أو الفضة) أدى إلى تكوين قشور في المعدن وعدم صلاحيته للاستخدام في القلب. أدى الطحن الدقيق وطبقات طبقات الذهب إلى استعادة العيوب التي أحدثها نصفي الكرة الأرضية. ومع ذلك، فإن طبقة ذهبية رقيقة (حوالي 0.1 مم) بين نصفي الكرة الأرضية كانت على أي حال جزءًا ضروريًا من التصميم، حيث تعمل على منع الاختراق المبكر لنفاثات موجة الصدمة بين نصفي الكرة الأرضية، والتي يمكن أن تنشط بادئ النيوترونات قبل الأوان.

غلاف اليورانيوم/عاكس النيوترون.
وتحاط شحنة البلوتونيوم بغلاف مصنوع من اليورانيوم الطبيعي وزنه 120 كيلوغراما وقطره 23 سم ويشكل هذا الغلاف طبقة يبلغ سمكها سبعة سنتيمترات حول البلوتونيوم. يتم تحديد سمك اليورانيوم من خلال مهمة الحفاظ على النيوترونات، لذا فإن طبقة من عدة سنتيمترات كافية لضمان فرملة النيوترونات. يوفر الجسم الأكثر سمكًا (الذي يزيد سمكه عن 10 سم) أيضًا قدرًا كبيرًا من الحفاظ على النيوترونات للهيكل بأكمله، ومع ذلك، فإن تأثير "الامتصاص المؤقت" المتأصل في التفاعلات المتسلسلة السريعة والمتطورة بشكل كبير يقلل من فوائد استخدام عاكس أكثر سمكًا.

يتم إطلاق حوالي 20% من طاقة القنبلة عن طريق الانشطار السريع لغلاف اليورانيوم. يشكل القلب والجسم معًا نظامًا أدنى من المستوى الحرج. عندما يضغط الانفجار الداخلي المجموعة إلى 2.5 ضعف كثافتها الطبيعية، يبدأ القلب في احتواء حوالي أربع إلى خمس كتل حرجة.

"دافع"/امتصاص النيوترونات.
طبقة الألومنيوم المحيطة باليورانيوم، بسمك 11.5 سم، ووزنها 120 كجم. الغرض الرئيسي من هذه الكرة، التي تسمى "الدافعة"، هو تقليل تأثير موجة تايلور، وهي الانخفاض السريع في الضغط الذي يحدث خلف جبهة التفجير. تميل هذه الموجة إلى الزيادة أثناء الانفجار الداخلي، مما يسبب انخفاضًا سريعًا في الضغط حيث تتقارب جبهة الانفجار إلى نقطة واحدة. إن الانعكاس الجزئي لموجة الصدمة التي تحدث عند السطح المتفجر (التركيبة "B")/الألومنيوم (بسبب اختلاف الكثافات: 1.65/2.71) يرسل الجبهة الثانوية مرة أخرى إلى داخل المادة المتفجرة، مما يؤدي إلى قمع موجة تايلور. يؤدي هذا إلى زيادة ضغط الموجة المرسلة، مما يزيد الضغط في مركز القلب.

كما يحتوي "دافع" الألمنيوم على نسبة من البورون. وبما أن البورون في حد ذاته مادة غير معدنية هشة ويصعب استخدامها، فمن المحتمل أنه يوجد في شكل سبيكة ألومنيوم سهلة المعالجة تسمى البوراكس (35-50٪ بورون). على الرغم من أن نسبته الإجمالية في القشرة صغيرة، إلا أن البورون يلعب دور ممتص النيوترونات، مما يمنع النيوترونات الهاربة من هناك من العودة إلى مجموعة البلوتونيوم واليورانيوم، وتباطأ سرعتها في الألومنيوم والمتفجرات إلى السرعات الحرارية.

قذيفة متفجرة ونظام التفجير.
الغلاف المتفجر عبارة عن طبقة شديدة الانفجار. ويبلغ سمكه حوالي 47 سم ويزن 2500 كجم على الأقل. يحتوي هذا النظام على 32 عدسة متفجرة، 20 منها سداسية و12 خماسية. وتتصل العدسات ببعضها البعض بطريقة تشبه كرة القدم لتشكل مجموعة متفجرة كروية يبلغ قطرها حوالي 130 سم. تتكون كل منها من 3 أجزاء: اثنان منها مصنوعان من مادة متفجرة ذات سرعة تفجير عالية، وواحد مصنوع من مادة متفجرة ذات سرعة تفجير منخفضة. يحتوي الجزء الخارجي من المادة المتفجرة سريعة الانفجار على تجويف مخروطي الشكل مملوء بالمتفجرات ذات سرعة تفجير منخفضة. تشكل هذه الأجزاء المتزاوجة عدسة نشطة قادرة على خلق موجة صدمية دائرية ومتنامية موجهة نحو المركز. يغطي الجانب الداخلي للمادة المتفجرة سريعة الانفجار تقريبًا كرة الألومنيوم لتعزيز التأثير المتقارب.

كانت العدسات مصبوبة بدقة، لذلك كان لا بد من إذابة المادة المتفجرة قبل الاستخدام. كانت المادة المتفجرة الرئيسية سريعة الانفجار هي "التركيبة B"، وهي خليط من 60% سداسي (RDX) - مادة شديدة الانفجار سريعة الانفجار ولكنها سيئة الذوبان، و39% مادة تي إن تي (TNT) - مادة شديدة الانفجار وسهلة الذوبان و1%. الشمع. كانت المادة المتفجرة "البطيئة" عبارة عن الباراتول - وهو خليط من مادة تي إن تي ونترات الباريوم (تبلغ حصة مادة تي إن تي عادة 25-33٪) مع 1٪ من الشمع كمادة رابطة.

تم التحكم بدقة في تكوين العدسات وكثافتها وظلت ثابتة. تم ضبط نظام العدسات على درجة تحمل مشددة للغاية، بحيث تتناسب الأجزاء معًا في أقل من 1 مم لتجنب المخالفات في موجة الصدمة، ولكن محاذاة سطح العدسة كانت أكثر أهمية من تركيبها معًا.

ولتحقيق توقيت دقيق للغاية للصواعق، لم تحتوي الصواعق القياسية على مجموعات متفجرة أولية/ثانوية، وكانت تحتوي على موصلات ساخنة كهربائيًا. هذه الموصلات عبارة عن قطع من الأسلاك الرفيعة التي تتبخر على الفور من تدفق التيار الذي يتم تلقيه من مكثف قوي. يتم تفجير المادة المتفجرة الخاصة بجهاز التفجير. يمكن إجراء تفريغ بنك المكثف وتبخر السلك لجميع الصواعق في وقت واحد تقريبًا - والفرق هو +/- 10 نانو ثانية. الجانب السلبي لمثل هذا النظام هو الحاجة إلى بطاريات كبيرة، ومصدر طاقة عالي الجهد، وبنك قوي من المكثفات (يسمى X-Unit، ويزن حوالي 200 كجم) مصمم لإطلاق 32 مفجرًا في وقت واحد.

يتم وضع القذيفة المتفجرة النهائية في غلاف دورالومين. يتكون هيكل الجسم من حزام مركزي تم تجميعه من 5 مصبوبات دورالومين معالجة، ويشكل نصفا الكرة العلوي والسفلي غلافًا كاملاً.

المرحلة النهائية من التجميع.
ويتضمن التصميم النهائي للقنبلة "غطاء" خاص توضع من خلاله المواد الانشطارية في نهايته. يمكن تصنيع الشحنة بالكامل، باستثناء ملحق البلوتونيوم مع البادئ. لأسباب تتعلق بالسلامة، يتم الانتهاء من التجميع مباشرة قبل الاستخدام العملي. تتم إزالة نصف الكرة الأرضية دورالومين مع إحدى العدسات المتفجرة. يتم تركيب البادئ النيوتروني بين نصفي الكرة البلوتونيوم ويتم تركيبه داخل أسطوانة يورانيوم سعة 40 كيلو جرام، ثم يتم وضع هذا الهيكل بأكمله داخل عاكس اليورانيوم. تعود العدسة إلى مكانها، ويتم توصيل المفجر بها، ويتم تثبيت الغطاء في مكانه في الأعلى.

كان Fat Man يشكل خطرًا كبيرًا عند شحنه وتخزينه جاهزًا للاستخدام، على الرغم من أنه حتى في أسوأ السيناريوهات كان لا يزال أقل خطورة من Little Boy. تبلغ الكتلة الحرجة للنواة ذات عاكس اليورانيوم 7.5 كجم من البلوتونيوم لمرحلة الدلتا، و5.5 كجم فقط لمرحلة ألفا. أي تفجير عرضي للقذيفة المتفجرة يمكن أن يؤدي إلى ضغط نواة الرجل السمين التي يبلغ وزنها 6.2 كيلوغرام إلى مرحلة ألفا فوق الحرجة. وتتراوح القوة المقدرة للانفجار الناتج عن مثل هذا التفجير غير المصرح به للشحنة من عشرات الأطنان (تقريبًا، 100 طن). (بحجم أكبر من الشحنة المتفجرة في القنبلة) إلى ما يعادل بضع مئات من الأطنان من مادة تي إن تي، لكن الخطر الرئيسي يكمن في تدفق الإشعاع المخترق أثناء الانفجار، ويمكن لأشعة جاما والنيوترونات أن تسبب الوفاة أو المرض الخطير بدرجة أكبر بكثير. منطقة انتشار موجة الصدمة، وبالتالي فإن انفجارًا نوويًا صغيرًا يبلغ 20 طنًا سوف يسبب جرعة إشعاعية قاتلة تبلغ 640 ريم على مسافة 250 مترًا.

لأسباب تتعلق بالسلامة، لم يتم نقل "الرجل السمين" مطلقًا في شكل مجمع بالكامل؛ وتم الانتهاء من القنابل مباشرة قبل الاستخدام، نظرًا لتعقيد السلاح، تطلبت هذه العملية يومين على الأقل (مع مراعاة عمليات الفحص الوسيطة). لا يمكن للقنبلة المجمعة أن تظل عاملة لفترة طويلة بسبب انخفاض بطاريات X-Unit.

يتكون مخطط قنبلة البلوتونيوم الحية بشكل أساسي من تصميم أداة تجريبية معبأ في غلاف فولاذي، ويتم ربط نصفي الشكل الإهليلجي الفولاذي بضمادة النظام المتفجر جنبًا إلى جنب مع وحدة X والبطاريات والصمامات وإلكترونيات الزناد الموجودة على الجهاز. الجانب الأمامي من القشرة.

كما هو الحال في Little Boy، فإن المصهر على ارتفاعات عالية في Fat Man هو نظام محدد المدى الراداري Atchis (Archies - يمكن رؤية هوائياته على الجانب في صور Little Boy). عندما تصل الشحنة إلى الارتفاع المطلوب فوق سطح الأرض (تم ضبطه على 1850+-100 قدم)، فإنها تعطي إشارة للانفجار. بالإضافة إلى ذلك، تم تجهيز القنبلة أيضًا بجهاز استشعار بارومتري يمنع الانفجار على ارتفاع يزيد عن 7000 قدم.

مكافحة استخدام قنبلة البلوتونيوم.
تم التجمع النهائي للرجل السمين في الجزيرة. تينيان.

في 26 يوليو 1945، تم إرسال نواة البلوتونيوم مع البادئ على متن طائرة من طراز C-54 من قاعدة كيرتلاند الجوية إلى تينيان.

في 28 يوليو، يصل النواة إلى الجزيرة. في هذا اليوم، غادرت ثلاث طائرات من طراز B-29 من كيرتلاند إلى تينيان مع ثلاث طائرات من طراز فات مان مُجمَّعة مسبقًا.

2 أغسطس - وصول الطائرة B-29. تم تحديد تاريخ التفجير في 11 أغسطس، والهدف هو الترسانة في كوكورا. كان الجزء غير النووي من القنبلة الأولى جاهزًا بحلول الخامس من أغسطس.

في 7 أغسطس، تأتي التوقعات حول الظروف الجوية غير المواتية للرحلة في 11، ويتم نقل تاريخ الرحلة إلى 10 أغسطس، ثم إلى 9 أغسطس. ونظرًا لتغيير التاريخ، يجري العمل المتسارع لتجميع الشحنة.

في صباح اليوم الثامن، اكتمل تجميع الرجل السمين، وبحلول الساعة 10:00 مساءً تم تحميله في الطائرة B-29 "Block's Car".

9 أغسطس:
03:47 أقلعت الطائرة من تينيان، وتم تحديد الهدف على أنه "كوكور أرسنال". الطيار - تشارلز سويني.
10:44 حان الوقت للاقتراب من كوكورا، لكن الهدف غير مرئي في ظروف الرؤية الضعيفة. نيران المدفعية المضادة للطائرات وظهور مقاتلات يابانية تجبرنا على وقف البحث والتوجه نحو الهدف الاحتياطي - ناجازاكي.
كانت هناك طبقة من السحابة فوق المدينة - كما هو الحال فوق كوكورا، لم يتبق سوى وقود لممر واحد فقط، لذلك تم إسقاط القنبلة في أول فجوة مناسبة في السحب على بعد عدة أميال من الهدف المحدد.
11:02 حدث انفجار على ارتفاع 503 م بالقرب من حدود المدينة القوة حسب قياسات عام 1987 هي 21 كيلو طن. وعلى الرغم من أن الانفجار وقع على حدود منطقة مأهولة بالسكان من المدينة، إلا أن عدد الضحايا تجاوز 70 ألف شخص. كما تم تدمير مرافق إنتاج الأسلحة التابعة لشركة ميتسوبيشي.

وكما هو الحال للأسف، غالبًا ما تُستخدم الاختراعات المفيدة لأغراض سيئة. وينطبق هذا أيضًا على استخدام التفاعل المتسلسل الانشطاري. إن المعركة ضد انتشار الأسلحة الذرية تجري بدرجات متفاوتة من النجاح. ويكمن الخطر الأعظم في حيازة الأنظمة الاستبدادية، وخاصة الإرهابيين، للأسلحة الذرية. دعونا نلقي نظرة على الأنواع المختلفة للقنابل الذرية والمخاطر المرتبطة بإمكانية انتشار تقنيات إنتاجها.

قنبلة اليورانيوم 235

يمكن صنع القنبلة الذرية من اليورانيوم 235 والبلوتونيوم 239 واليورانيوم 233. ومن بين هذه العناصر، لا يوجد سوى اليورانيوم 235 في الطبيعة. يتم إنتاج Pu-239 وU-233 عن طريق قصف النظائر الأخرى بالنيوترونات.
أسهل طريقة لصنع قنبلة ذرية هي من اليورانيوم. لا تحتاج إلى مفاعل لهذا الغرض. على سبيل المثال، لهذا تحتاج إلى الحصول على الكمية المطلوبة من أجهزة الطرد المركزي لليورانيوم والغاز الطبيعي. يتم تحويل اليورانيوم إلى الحالة الغازية - سداسي فلوريد اليورانيوم UF 6، والذي يتم تمريره عبر أجهزة الطرد المركزي. يتم تحديد درجة الفصل من خلال عدد أجهزة الطرد المركزي الفردية المجمعة في سلسلة. "القليل" من الصبر وسيكون لديك يورانيوم صالح للاستخدام في صنع الأسلحة (> 90% 235 يو). ومن أجل صنع قنبلة يورانيوم بدون البلوتونيوم، هناك حاجة إلى حوالي 15-20 كجم من اليورانيوم المستخدم في صنع الأسلحة.
ومع ذلك، على الرغم من أن عملية تخصيب اليورانيوم معروفة من حيث المبدأ، إلا أن الحصول على كميات كافية من اليورانيوم عالي التخصيب يتطلب مواد خام ومهارات وبنية تحتية وكميات كبيرة من الطاقة. لذا فإن حصول الإرهابيين على اليورانيوم العالي التخصيب أمر مستبعد إلى حد كبير. على الأرجح، سيحاولون ببساطة سرقتها. ومن ثم، يتعين على البلدان التي تمتلك احتياطيات من اليورانيوم الصالح لصنع الأسلحة أن تراقب بصرامة مرافق تخزينها. إن إنتاج اليورانيوم المستخدم في تصنيع الأسلحة أمر ممكن فقط بالنسبة للبلدان التي لديها قاعدة تكنولوجية متطورة بما فيه الكفاية.
وبالإضافة إلى ذلك، يجب أن تكون القنبلة مصنوعة من اليورانيوم المخصب. القنبلة الذرية الأكثر بدائية - ما يسمىقنبلة من نوع "مدفع".

قنبلة من نوع "المدفع".
القنبلة من نوع "المدفع" بسيطة التصميم. وفيها، يتم إطلاق "قطعة" من اليورانيوم 235 بشحنة مماثلة على "قطعة" أخرى، مما يؤدي إلى إنشاء كتلة حرجة. والنتيجة هي تفاعل متسلسل. وهذه القنبلة عبارة عن استخدام غير فعال للمواد الانشطارية بنسبة 1.4% فقط ينشطر اليورانيوم عالي التخصيب في هذا النوع من القنابل. وقد أسقطت هذه القنبلة على هيروشيما، وهي كبيرة جدًا بالنسبة للصاروخ، ولكن يمكن إطلاقها بالطائرة على سبيل المثال.

قنبلة البلوتونيوم 239

البلوتونيوم هو منتج ثانوي لجميع المفاعلات. ومع ذلك، لكي يتم استخدامها كمواد انشطارية، يجب تنقيتها كيميائيًا من بقايا النفايات عالية المستوى. هذه عملية مكلفة وخطيرة وتتطلب معرفة ومعدات خاصة.

يتشكل البلوتونيوم في مفاعل نووي عندما يتم قصف اليورانيوم 238 بالنيوترونات الحرارية

يستخدم Pu-239 لإنتاج الأسلحة النووية. تكون المقاطع العرضية للانشطار والتشتت، وكذلك عدد النيوترونات أثناء الانشطار، أكبر في حالة Pu-239 مقارنة باليورانيوم 235، وبالتالي، تكون كتلتها الحرجة أقل، أي. ولتنفيذ تفاعل انشطاري ذاتي الاستدامة، يحتاج البلوتونيوم إلى كمية أقل من اليورانيوم. تتطلب قنبلة البلوتونيوم الذرية عادة 3-5 كجم من البلوتونيوم 239.
ونظرًا لنصف عمره القصير نسبيًا (مقارنة باليورانيوم 235)، فإن البلوتونيوم 239 يسخن بشكل ملحوظ بسبب الإشعاع الذي ينبعث منه. يبلغ الإطلاق الحراري لـ Pu-239 1.92 واط/كجم. وبالتالي، يتم تسخين قطعة البلوتونيوم المعزولة جيدًا من درجة حرارة الغرفة إلى 100 درجة مئوية خلال ساعتين. وهذا بطبيعة الحال يخلق صعوبات عند تصميم قنبلة. إن الخصائص الفيزيائية للبلوتونيوم هي أن قنبلة من النوع المدفعي لا يمكنها دمج قطعتين من البلوتونيوم معًا بسرعة كافية لتكوين كتلة حرجة. بالنسبة للبلوتونيوم، يجب استخدام مخطط أكثر تعقيدا.

قنبلة الإنفجار
يوجد في مركز القنبلة الانفجارية البلوتونيوم، أو اليورانيوم عالي التخصيب، أو خليط من الاثنين معًا. يتم تنفيذ الانفجار الموجه نحو الداخل نحو نواة البلوتونيوم باستخدام نظام من العدسات الخاصة التي تعمل في وقت واحد. يتم ضغط البلوتونيوم بقوة وبشكل متساو. تصبح الكتلة حرجة. ومع ذلك، فإن مجرد ضغط البلوتونيوم إلى كتلة حرجة لا يضمن بدء التفاعل المتسلسل. وهذا يتطلب نيوترونات من مصدر نيوتروني يقع في وسط الجهاز ويقوم في نفس الوقت بتشعيع البلوتونيوم بالضغط.
البلوتونيوم المستخرج من الوقود المشعع والمستخدم مرة أخرى في المفاعل يصبح أقل ملاءمة لإنتاج الأسلحة بسبب زيادة نسبة Pu-238 وPu-240 وPu-242.
الشوائب الضارة الرئيسية للبلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة هي Pu-240 بسبب ارتفاع معدل الانشطار التلقائي. وهو أكبر بـ 30.000 مرة من Pu-239. فقط 1٪ Pu-240 في الخليط ينتج الكثير من النيوترونات مما يجعل الانفجار ممكنًا في نظام الانفجار الداخلي. إن وجود الأخير بنسب كبيرة يعقد بشكل كبير مهمة تصميم رأس حربي موثوق به بخصائص محددة (القوة المقدرة، السلامة أثناء التخزين طويل المدى، إلخ).
يتميز البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة بمحتوى مرتفع جدًا (أكثر من 90%) من نظير البلوتونيوم 239 ومحتوى منخفض من نظير البلوتونيوم 240 (يصل إلى 5% تقريبًا).
البلوتونيوم "المدني"، المنبعث أثناء معالجة (إعادة معالجة) الوقود المستهلك من المفاعلات النووية لمحطات الطاقة النووية ويتميز بمتوسط ​​نسبة محتوى النظائر 239 (60٪) و 240 (40٪). إن استخدام البلوتونيوم "المدني" لتصنيع الرؤوس الحربية النووية أمر ممكن من حيث المبدأ.

قنبلة اليورانيوم 233

في البلدان التي يوجد فيها القليل من اليورانيوم ولكن هناك الكثير من الثوريوم (على سبيل المثال، الهند)، من المهم الحصول على النظير الانشطاري U-233 باستخدام سلسلة من التفاعلات:

باعتبارها مادة متفجرة، فإن 233 U لها نفس فعالية 239 Pu. ومما يزيد الوضع تعقيدًا في الاستخدام العسكري لليورانيوم 233 هو شوائب اليورانيوم 232، والتي تعد منتجاتها الفرعية مصادر جاما قوية، مما يعقد العمل معها.
يتكون 232 U نتيجة للتفاعل.