Integruotas greitas reaktorius. Sovietinė bomba su amerikietišku akcentu Urano bomba

Neutronų iniciatorius.
Pirmoji pakopa, neutronų iniciatorius, dar vadinamas Urchinu, yra 2 cm skersmens ir 0,6 cm storio berilio apvalkalas. Bendras konstrukcijos svoris yra apie 7 gramus. Vidiniame korpuso paviršiuje yra 15 pleišto formos plyšių, kurių gylis yra 2,09 mm. Pats apvalkalas gaunamas karšto presavimo būdu karbonilo nikelio atmosferoje, jo paviršius ir vidinė sfera yra padengti nikelio ir aukso sluoksniu. 50 karių polonio-210 (11 mg) nusėdo ant vidinės sferos ir įtrūkimų apvalkale. Aukso ir nikelio sluoksniai apsaugo berilį nuo alfa dalelių, kurias išskiria polonis arba plutonis, supantis iniciatorių. Iniciatorius sumontuotas ant kronšteino, esančio 2,5 cm skersmens ertmėje plutonio šerdyje.
Urchinas suaktyvinamas, kai smūgio banga pasiekia krūvio centrą. Kai smūginė banga pasiekia plutonio vidinės ertmės sieneles, išgaravusio plutonio smūginė banga veikia iniciatorių, susmulkindama tarpus poloniu ir sukurdama Munroe efektą – stiprias medžiagos čiurkšles, kurios greitai sumaišo polonį ir berilį iš plutonio. išorinė ir vidinė sferos. Po-210 skleidžiamos alfa dalelės yra sugeriamos berilio atomų, kurie savo ruožtu išskiria neutronus.

Plutonio krūvis.
Devynių centimetrų rutulys, kurio centre yra 2,5 cm ertmė neutronų iniciatoriui. Šią krūvio formą pasiūlė Robertas Christy, kad sumažintų asimetriją ir nestabilumą sprogimo metu.
Šerdyje esantis plutonis stabilizuojamas mažo tankio delta fazėje (tankis 15,9), sulydant jį su 3% galio medžiagos kiekio (0,8% masės). Delta fazės naudojimo pranašumai, palyginti su tankesne alfa faze (tankis 19,2), yra tai, kad delta fazė yra lanksti ir lanksti, o alfa fazė yra trapi ir trapi, be to, plutonio stabilizavimas delta fazėje leidžia išvengti susitraukimo ruošinio atšalimas ir deformacija po liejimo ar karšto apdirbimo. Gali atrodyti, kad šerdyje naudoti mažesnio tankio medžiagą gali būti nenaudinga, nes geriau naudoti tankesnę medžiagą dėl didesnio efektyvumo ir sumažėjusio reikalingo plutonio kiekio, tačiau tai nėra visiškai tiesa. Delta stabilizuotas plutonis pereina į alfa fazę esant santykinai žemam, dešimčių tūkstančių atmosferų slėgiui. Kelių milijonų atmosferų slėgis, atsirandantis sprogimo metu, daro šį perėjimą kartu su kitais reiškiniais, atsirandančiais tokio suspaudimo metu. Taigi plutonio delta fazėje tankis ir reaktyvumas padidėja labiau nei tankios alfa fazės atveju.

Šerdis yra surinkta iš dviejų pusrutulių, tikriausiai iš pradžių išlieta į ruošinius, o vėliau apdorojama karštu presavimu karbonilo nikelio atmosferoje. Kadangi plutonis yra labai reaktyvus metalas ir, be to, pavojingas gyvybei, kiekvienas pusrutulis yra padengtas nikelio sluoksniu (arba sidabru, kaip pranešama apie prietaiso šerdį), nes greitai galvanizuojamas plutonis su nikeliu (arba sidabru) lėmė metalo apvalkalų susidarymą ir jo netinkamumą naudoti šerdyje. Kruopštus aukso sluoksnių šlifavimas ir sluoksniavimas atstatė pusrutulių atsiradusius defektus. Tačiau plonas aukso sluoksnis (apie 0,1 mm storio) tarp pusrutulių bet kuriuo atveju buvo būtina konstrukcijos dalis, padedanti išvengti priešlaikinio smūginės bangos čiurkšlių prasiskverbimo tarp pusrutulių, galinčių per anksti suaktyvinti neutronų iniciatorių.

Urano korpusas/neutroninis reflektorius.
Plutonio užtaisas yra apsuptas 120 kg sveriančiu ir 23 cm skersmens natūralaus urano apvalkalu. Šis apvalkalas aplink plutonį sudaro septynių centimetrų sluoksnį. Urano storį lemia neutronų išsaugojimo užduotis, todėl neutronų stabdymui užtikrinti pakanka kelių centimetrų sluoksnio. Storesnis korpusas (viršijantis 10 cm storį) taip pat užtikrina reikšmingą neutronų išsaugojimą visoje struktūroje, tačiau „laikinos absorbcijos“ efektas, būdingas greitoms, eksponentiškai besivystančioms grandininėms reakcijoms, sumažina storesnio reflektoriaus naudojimo naudą.
Apie 20% bombos energijos išsiskiria greitas urano korpuso dalijimasis. Šerdis ir korpusas kartu sudaro minimaliai subkritinę sistemą. Kai sprogimo sprogimas suspaudžia agregatą iki 2,5 karto didesnio už įprastą tankį, šerdyje pradeda būti maždaug nuo keturių iki penkių kritinių masių.

"Stumiklis" / neutronų absorberis.
Uraną supantis aliuminio sluoksnis, kurio storis 11,5 cm, sveria 120 kg. Pagrindinis šios sferos, vadinamos „stūmikliu“, tikslas yra sumažinti Teiloro bangos poveikį – greitą slėgio mažėjimą, atsirandantį už detonacijos fronto. Sprogimo metu ši banga linkusi didėti, sukeldama vis spartesnį slėgio kritimą, kai detonacijos frontas suartėja į vieną tašką. Dalinis smūginės bangos atspindys, atsirandantis sprogmens (sudėtis „B“)/aliuminio sąsajoje (dėl tankių skirtumo: 1,65/2,71), antrinę priekinę dalį siunčia atgal į sprogmenį, slopindama Taylor bangą. Tai padidina perduodamos bangos slėgį, padidindama suspaudimą šerdies centre.
Aliuminio „stūmiklyje“ taip pat yra dalis boro. Kadangi pats boras yra trapi nemetalinė medžiaga ir jį sunku naudoti, tikėtina, kad jis yra lengvai apdorojamo aliuminio lydinio, vadinamo boraksu (35–50 % boro), pavidalu. Nors bendra jo dalis korpuse yra nedidelė, boras atlieka neutronų sugėriklio vaidmenį, neleidžiant iš ten išbėgusiems neutronams grįžti į plutonio-urano mazgą, sulėtėjusį aliuminiu ir sprogmenyse iki terminio greičio.

Sprogstamasis apvalkalas ir detonavimo sistema.
Sprogstamasis korpusas yra stiprios sprogstamosios medžiagos sluoksnis. Jis yra apie 47 cm storio ir sveria mažiausiai 2500 kg. Šioje sistemoje yra 32 sprogstamieji lęšiai, iš kurių 20 yra šešiakampiai ir 12 yra penkiakampiai. Lęšiai yra sujungti taip, kaip futbolas, kad susidarytų sferinis sprogstamasis mazgas, kurio skersmuo yra maždaug 130 cm. Kiekviena turi 3 dalis: dvi iš jų pagamintos iš didelio sprogimo greičio sprogmens, viena – iš mažo detonacijos greičio. Išorinėje greitai detonuojančio sprogmens dalyje yra kūgio formos įduba, užpildyta mažo detonacijos greičio sprogmenimis. Šios poros dalys sudaro aktyvųjį lęšį, galintį sukurti apskritą, augančią smūgio bangą, nukreiptą į centrą. Greitai detonuojančio sprogmens vidinė pusė beveik uždengia aliuminio sferą, kad sustiprintų susiliejantį smūgį.
Lęšiai buvo preciziškai išlieti, todėl prieš naudojant sprogmenį reikėjo išlydyti. Pagrindinis greitai detonuojantis sprogmuo buvo „sudėtis B“, 60 % heksageno (RDX) mišinys – labai greitai detonuojantis, bet prastai tirpstantis smarkus sprogmuo, 39 % TNT (TNT) – labai sprogus ir lengvai tirpstantis sprogmuo ir 1 %. vaškas. „Lėtas“ sprogmuo buvo baratolis - TNT ir bario nitrato mišinys (TNT dalis paprastai yra 25–33%) su 1% vaško rišikliu.
Lęšių sudėtis ir tankis buvo tiksliai kontroliuojami ir išliko pastovūs. Objektyvo sistema buvo sureguliuota iki labai griežto tolerancijos, kad dalys sutilptų mažiau nei 1 mm, kad būtų išvengta smūgio bangos nelygumų, tačiau objektyvo paviršiaus išlygiavimas buvo dar svarbesnis nei jų derinimas.
Norint pasiekti labai tikslų detonatoriaus laiką, standartiniai detonatoriai neturėjo pirminių/antrinių sprogstamųjų medžiagų derinių ir turėjo elektra šildomus laidininkus. Šie laidininkai yra plonos vielos gabalėliai, kurie akimirksniu išgaruoja nuo srovės bangos, gaunamos iš galingo kondensatoriaus. Susprogdinama detonatoriaus sprogstamoji medžiaga. Kondensatorių baterijos iškrovimas ir visų detonatorių vielos išgarinimas gali būti atliekami beveik vienu metu - skirtumas yra +/- 10 nanosekundžių. Tokios sistemos minusas yra didelių baterijų poreikis, aukštos įtampos maitinimo šaltinis ir galingas kondensatorių bankas (vadinamas X-Unit, sveriantis apie 200 kg), skirtas vienu metu paleisti 32 detonatorius.
Užbaigtas sprogstamasis korpusas dedamas į duraliuminio korpusą. Korpuso konstrukciją sudarė centrinis diržas, surinktas iš 5 apdorotų duraliuminio liejinių, ir viršutinis bei apatinis pusrutuliai, sudarantys visą apvalkalą.

Paskutinis surinkimo etapas.
Galutinėje bombos konstrukcijoje yra specialus „dangtis“, per kurį gale dedamos skiliosios medžiagos. Užtaisas gali būti pagamintas visiškai, išskyrus plutonio įdėklą su iniciatoriumi. Saugumo sumetimais surinkimas baigiamas prieš pat praktinį naudojimą. Duraliuminio pusrutulis pašalinamas kartu su vienu iš sprogstamųjų lęšių. Neutronų iniciatorius yra sumontuotas tarp plutonio pusrutulių ir sumontuotas 40 kilogramų urano cilindre, o tada visa ši konstrukcija patalpinta į urano reflektorių. Lęšis grįžta į savo vietą, prie jo prijungiamas detonatorius, o viršuje įsukamas dangtelis.
„Fat Man“ buvo rimta rizika, kai jis buvo išsiųstas ir laikomas paruoštas naudoti, nors net ir blogiausiu atveju jis vis tiek buvo mažiau pavojingas nei „Little Boy“. Kritinė šerdies su urano reflektoriumi masė yra 7,5 kg plutonio delta fazei ir tik 5,5 kg alfa fazei. Bet koks netyčinis sprogstamojo sviedinio susprogdinimas gali sukelti 6,2 kilogramo storio žmogaus branduolio suspaudimą į superkritinę alfa fazę. Numatoma sprogimo galia dėl tokio neteisėto užtaiso susprogdinimo gali svyruoti nuo dešimčių tonų (grubiai tariant, 1). eilės tvarka daugiau nei sprogstamasis užtaisas bomboje) iki poros šimtų tonų TNT ekvivalento. Tačiau pagrindinis pavojus slypi prasiskverbiančios spinduliuotės sraute sprogimo metu, gama spinduliai ir neutronai gali sukelti mirtį ar rimtą ligą daug toliau nei. smūginės bangos sklidimo zona Taigi nedidelis 20 tonų branduolinis sprogimas sukels mirtiną 640 rem spinduliuotės dozę 250 m atstumu.
Saugumo sumetimais „Fat Man“ gabenimas nebuvo atliktas visiškai sukomplektuotas. Dėl ginklo sudėtingumo šis procesas užtruko mažiausiai porą dienų (atsižvelgiant į tarpinius patikrinimus). Surinkta bomba ilgą laiką negalėjo veikti dėl išsikrovusių X-Unit baterijų.
Gyvos plutonio bombos kontūras daugiausia susideda iš eksperimentinio įtaiso dizaino, supakuoto į plieninį apvalkalą. Dvi plieninio elipsoido pusės yra pritvirtintos prie sprogstamosios sistemos tvarsčio kartu su X-Unit, baterijomis, saugikliais ir paleidimo elektronika. priekinė apvalkalo pusė.
Kaip ir „Little Boy“, „Fat Man“ didelio aukščio saugiklis yra „Atchis“ radaro nuotolio ieškiklio sistema (Archies – jos antenos Little Boy nuotraukose matomos šone). Kai užtaisas pasiekia reikiamą aukštį virš žemės (nustatytas 1850+-100 pėdų), jis duoda signalą detonuoti. Be to, bomboje taip pat yra barometrinis jutiklis, kuris apsaugo nuo sprogimo virš 7000 pėdų.

Kovoti su plutonio bombos naudojimu.
Saloje įvyko galutinis Storojo žmogaus susirinkimas. Tinianas.
1945 m. liepos 26 d. iš Kirtlando oro pajėgų bazės į Tinianą lėktuvu C-54 buvo išsiųsta plutonio šerdis su iniciatoriumi.
Liepos 28 d. į salą atvyksta branduolys. Šią dieną trys B-29 lėktuvai išvyksta iš Kirtlando į Tinianą su trimis iš anksto surinktais Fat Mans.
Rugpjūčio 2 d. – atvyksta B-29. Nustatyta, kad sprogimo data yra rugpjūčio 11 d., taikinys – Kokuros arsenalas. Nebranduolinė pirmosios bombos dalis buvo paruošta iki rugpjūčio 5 d.
Rugpjūčio 7 d. ateina prognozė apie nepalankias oro sąlygas skrydžiui 11 d., skrydžio data perkeliama į rugpjūčio 10 d., vėliau į rugpjūčio 9 d. Dėl datos pamainos vyksta pagreitinti įkrovos surinkimo darbai.
8 dienos ryte Fat Man surinkimas baigtas, o iki 22 val. jis pakraunamas į B-29 "Block's Car".
rugpjūčio 9 d.:
03:47 Lėktuvas pakyla iš Tiniano, taikinys identifikuojamas kaip Kokur arsenalas. Pilotas – Charlesas Sweeney.
10:44 Laikas artėti prie Kokuros, tačiau prasto matomumo sąlygomis taikinys nematomas. Priešlėktuvinės artilerijos ugnis ir japonų naikintuvų pasirodymas verčia sustabdyti paieškas ir pasukti link rezervinio taikinio – Nagasakio.
Virš miesto susiklostė debesų sluoksnis – kaip ir virš Kokuros, vienam pravažiavimui liko tik degalų, todėl bomba buvo numesta į pirmą tinkamą tarpą debesyse už kelių mylių nuo nurodyto taikinio.
11:02 503 m aukštyje netoli miesto ribos įvyksta sprogimas, galia pagal matavimus 1987 m. yra 21 kt. Nepaisant to, kad sprogimas įvyko ant apgyvendintos miesto dalies ribos, aukų skaičius viršijo 70 000 žmonių. Taip pat buvo sugriauta „Mitsubishi“ ginklų gamybos įranga.

(dabar Kongo Demokratinė Respublika), Kanadoje (Didysis Lokių ežeras) ir JAV (Koloradas).

Skirtingai nuo daugelio šiuolaikinių bombų, kurios gaminamos sprogimo principu, „Kūdikis“ buvo patrankos tipo bomba. Patrankos bombą lengva apskaičiuoti ir pagaminti, ji praktiškai nesugenda (todėl tikslūs bombos brėžiniai vis dar yra įslaptinti). Šio dizaino trūkumas yra mažas efektyvumas.

Naudotas iki 1,8 m sutrumpintas 16,4 cm kalibro karinio jūrų laivyno pabūklo vamzdis, o urano „taikinys“ buvo 100 mm skersmens ir 25,6 kg masės cilindras, į kurį iššaujus cilindro formos „kulka“, sverianti 38 m. 5 kg su atitinkamu vidiniu kanalu. Šis „intuityviai nesuprantamas“ dizainas buvo sukurtas siekiant sumažinti taikinio neutronų foną: jame jis buvo ne arti, o 59 mm atstumu nuo neutronų reflektoriaus („tamperio“). Dėl to rizika, kad per anksti prasidės dalijimosi grandininė reakcija su nepilnu energijos išsiskyrimu, sumažėjo iki kelių procentų.

Nepaisant mažo efektyvumo, sprogimo radioaktyvioji tarša buvo nedidelė, nes sprogimas buvo įvykdytas 600 m virš žemės, o pats nesureagavęs uranas yra silpnai radioaktyvus, palyginti su branduolinės reakcijos produktais.

Saugikliai į šią bombą buvo įkišti tiesiai lėktuve, bombos skyriuje, praėjus 15 minučių po pakilimo, siekiant sumažinti nesėkmingo pakilimo pasekmių pavojų. Tuo pačiu metu buvo tikimybė, kad jis gali veikti nenormaliai.

Atomo branduolio specialiajai laboratorijai (nuo 1943 m. kovo mėn. - Laboratorija Nr. 2) svarbiausio uždavinio aktualumas – atlikti reikiamus tyrimus ir pateikti ataskaitą Valstybės gynimo komitetui. apie galimybę sukurti urano bombą arba urano kurą“, – sustiprino tai, kad 1941 metų žvalgybinėje informacijoje, kurią, kaip minėta aukščiau, pažymėjo I. V. Kurchatovas savo 1942 m. lapkričio 27 d. laiške, adresuotame V. M. Molotovui, nebuvo išsamaus atsakymo į klausimą apie 1941 m. galimybė sukurti urano bombą.

Tuo pačiu metu eksperimentiniai ir teoriniai pagrindai, kuriais laboratorija Nr. 2 turėjo savo žinioje 1943 m. pirmoje pusėje ir iš tikrųjų gana ilgą vėlesnį laikotarpį, buvo nepakankami, kad būtų galima tiksliai atsakyti į klausimą apie 2-osios laboratorijos tikrovę. atominę bombą tik remdamasi savo eksperimentiniais ir teoriniais duomenimis.

Tačiau ir toliau buvo gauta žvalgybos medžiaga, įskaitant medžiagą, kurią I.V. Iki 1943 m. pavasario Kurchatovas iš esmės neabejojo ​​dėl bombos, pagamintos iš urano-235, tinkamumo. Iš jau minėtos apžvalgos I. V. Kurchatovas 1943 m. liepos 4 d., atsakydamas į žvalgybos kanalais gautą amerikiečių darbų apie urano problemą sąrašą, iš to išplaukia, kad jis nebesirūpino pačia galimybe sukurti bombą iš urano-235, bet nerimavo dėl įvairių darbų duomenų apie urano-235 dalijimosi skerspjūvius vidutinių neutronų energijų srityje prieštaravimų. I.V. Kurchatovas pažymėjo: Šis klausimas yra labai svarbus, nes bombos dydis iš urano-235 ir pati galimybė pastatyti katilą iš metalinio urano labai smarkiai priklauso nuo dalijimosi skerspjūvio dydžio šiame regione." .

1943 metų pavasarį I.V. Kurchatovui iš esmės tapo aiški ir nauja galimybė sukonstruoti atominę bombą. Rašte, adresuotame M. G. Pervukhinas 1943 m. kovo 22 d. I. V. Kurchatovas rašė: Medžiagos, kurias pastaruoju metu apžvelgiau... rodo, kad galbūt branduolinio kuro degimo „urano katile“ produktai gali būti naudojami kaip medžiaga bombai vietoj urano-235. Atsižvelgdamas į šias pastabas, aš atidžiai išnagrinėjau naujausią amerikiečių publikuotą darbą „Physical Review“ apie transurano elementus (eka-renium-239 ir eka-osmium-239) ir sugebėjau nustatyti naują kryptį sprendžiant problemą. visa urano problema..."Diskusija buvo apie plutonio-239 panaudojimą atominėje bomboje, kurią I. V. Kurchatovas pavadino savo laiške eka-ocmium-239. Jis rašė, kad " šios krypties perspektyvos itin įdomios". "Remiantis visomis šiuo metu egzistuojančiomis teorinėmis koncepcijomis, neutrono patekimas į eka-osmio branduolį turėtų būti kartu su dideliu energijos išsiskyrimu ir antrinių neutronų emisija, kad šiuo požiūriu tai būtų lygiavertė uranui-235. „Jei iš tikrųjų eka-osmis turi tokias pačias savybes kaip uranas-235, jį galima išskirti iš „urano katilo“ ir panaudoti kaip medžiagą eka-oktiumo bombai. Todėl bomba bus pagaminta iš „nežemiškos“ medžiagos, kuri dingo mūsų planetoje.

Kaip matote, su šiuo visos problemos sprendimu, nereikia atskirti urano izotopų, kurie naudojami ir kaip kuras, ir kaip sprogmuo.".

"Aukščiau aptartos ypatingos galimybės, žinoma, iš esmės nepagrįstos. Jų įgyvendinimas įmanomas tik tuo atveju, jei eka-ocmium-239 yra tikrai analogiškas uranui-235 ir, be to, vienaip ar kitaip "urano katilas" gali būti pradėtas eksploatuoti. Be to, sukurta schema reikalauja kiekybinės visų proceso detalių apskaitos. Šis paskutinis darbas netrukus bus patikėtas prof. AŠ NORĖČIAU. Zeldovičius".

Jungtinėse Valstijose paskelbus apie pirmojo urano katilo paleidimą, kuris atveria perspektyvas plačiu mastu panaudoti atominę energiją ir gaminti naujas skiliąsias medžiagas, kurių atominis svoris yra 239, tinkamas atominiam katilui gaminti. bomba (turima omenyje E. Fermio branduolinį reaktorių, paleistą 1942 m. gruodžio 2 d. Čikagoje), I.V. Kurchatovas buvo informuotas 1943 m. liepą netrukus po to, kai žvalgybos kanalais gavo šią žinią.

Jis itin aukštai įvertino pirmojo pasaulyje branduolinio reaktoriaus paleidimą JAV. Savo atsakyme į minėtą žvalgybos medžiagą jis rašė: „ Nagrinėjamoje medžiagoje pateikiama nepaprastai svarbi žinia apie pirmojo urano-grafito katilo paleidimą Amerikoje – žinutė apie įvykį, kuris negali būti vertinamas kitaip kaip pagrindinis pasaulio mokslo ir technologijų reiškinys."

Atkreipkime dėmesį, kad jau minėtame anglų „MAUD komiteto“, kuris 1941 metais žvalgybos kanalais atkeliavo į SSRS ir su kuriuo 1942 metų pabaigoje I.V. Kurchatovo, buvo pasakyta, kad elementas, kurio masė 239, labai tikėtina, turėtų panašias į urano-235 skilimo savybes ir galėtų būti naudojamas kaip sprogmuo atominėje bomboje (žr.).

Kuriant atominius ginklus pagal Manheteno projektą, tuo pačiu metu buvo atliekami dviejų branduolinių bombų - urano ir plutonio - sukūrimo darbai.

Išbandžius pirmąjį branduolinį užtaisą „Gadget“ (plutonio bombos „FatMan“ prototipas – kitas, paruoštas naudoti, buvo urano „LittleBoy“). Būtent jis 1945 m. rugpjūčio 6 d. buvo numestas ant Hirosimos. Kito „Kūdikio“ gamybai prireiktų mėnesių kaupti uraną, todėl antroji numesta bomba buvo „Fat Man“, surinkta Tiniano saloje prieš pat jo panaudojimą. .

Pirminis „Fat Man“ surinkimas įvyko Saltwells karinio jūrų laivyno bazėje, Kalifornijoje. Galutinis plutonio branduolio surinkimas ir montavimas buvo atliktas Ramiajame vandenyne esančioje Tiniano saloje, kur buvo baigtas statyti pirmasis kovinis plutonio užtaisas. Antrasis smūgis po Hirosimos iš pradžių turėjo būti įvykdytas prieš Kokurą, praėjus kelioms dienoms po pirmosios atakos, tačiau dėl oro sąlygų Nagasakio miestas buvo subombarduotas.

Little Boy urano atominė bomba.
Urano užtaisas bomboje susideda iš dviejų dalių: taikinio ir sviedinio. 10 centimetrų skersmens ir 16 centimetrų ilgio sviedinys yra šešių urano žiedų rinkinys. Jame yra apie 25,6 kg – 40% viso urano. Sviedinio žiedai yra paremti volframo karbido disku ir plieninėmis plokštėmis ir yra plieniniame korpuse. Taikinio masė yra 38,46 kg, jis pagamintas iš tuščiavidurio cilindro, kurio skersmuo yra 16 cm, o ilgis - 16 cm. Taikinys sumontuotas korpuse, kuris tarnauja kaip neutronų atšvaitas. Iš esmės bomboje panaudoto urano kiekis duoda kritinę masę net ir be reflektoriaus, bet jo buvimas, taip pat sviedinio gamyba iš labiau prisodrinto urano (89 % U-235) nei taikinys (~80 %). U-235), leidžia padidinti įkrovimo galią.

Urano sodrinimo procesas vyko 3 etapais. Iš pradžių šiluminės difuzijos gamykloje natūrali rūda (0,72 % urano) buvo prisodrinta iki 1-1,5 %. Po to sekė dujų difuzijos įrenginys ir paskutinis etapas – elektromagnetinis separatorius, kuris jau atliko urano izotopų atskyrimą. „Kūdikiui“ pagaminti prireikė 64 kg sodrinto urano, tai yra ~2,5 kritinės masės. Iki 1945 metų vasaros buvo sukaupta apie 50 kg 89 % U-235 ir 14 kg 50 % U-235. Dėl to bendra koncentracija buvo ~80%. Palyginus šiuos rodiklius su plutonio šerdimi, kurioje Pu-239 masė buvo tik ~6 kilogramai, kurioje yra apie 5 kritinės masės, išryškėja pagrindinis urano projekto trūkumas – sunku užtikrinti aukštą skiliosios medžiagos superkritiškumą. , todėl ginklo efektyvumas yra mažas.

Siekiant išvengti atsitiktinės grandininės reakcijos, taikinyje yra boro kamštis, o sviedinys įdėtas į boro apvalkalą. Boras yra geras neutronų sugėriklis, todėl padidina saugumą transportuojant ir sandėliuojant užtaisytus šaudmenis. Kai sviedinys pasiekia taikinį, jo korpusas nuskrenda ir taikinio kištukas iš jo išstumiamas.

Surinktą bombos korpusą sudaro volframo karbido korpusas (veikiantis kaip neutroninis atšvaitas), apjuostas maždaug 60 cm skersmens plieniniu apvalkalu. Bendra šios konstrukcijos masė yra apie 2,3 tonos įgręžtas į striukę, į kurią įtaisytas taikinys. Šios skylės apačioje gali būti vienas ar daugiau berilio-polonio iniciatorių. Vamzdis, kuriuo juda urano sviedinys, yra tvirtai įsriegtas į plieninį taikinio korpusą, jis buvo pasiskolintas iš 75 mm priešlėktuvinio pabūklo ir išgręžtas, kad sviedinys tilptų iki 100 mm. Statinės ilgis yra apie 2 m, svoris - 450 kg, o užraktas - 34 kg. Bedūmiai milteliai naudojami kaip propelentas. Sviedinio greitis vamzdyje siekia apie 300 m/s, norint jį pajudinti, reikia ne mažesnės kaip 300 kN jėgos.

Little Boy buvo itin nesaugi bomba laikyti ir transportuoti. Net atsitiktinis raketinio kuro detonavimas (sviedžiamas sviedinys) sukelia branduolinį sprogimą. Dėl šios priežasties stebėtojas iš oro ir ginklų specialistas S. Parsonsas nusprendė parako į bombą įkelti tik pakilus. Tačiau esant pakankamai stipriam smūgiui krintant, sviedinys gali pradėti judėti be parako pagalbos, o tai gali sukelti sprogimą nuo kelių tonų iki pilnos galios. Little Boy taip pat yra pavojingas, jei jis patenka į vandenį. Uranas viduje – iš viso kelios kritinės masės – yra atskirtas oru. Jei vanduo patenka į vidų, jis gali atlikti tarpininko vaidmenį ir sukelti grandininę reakciją. Dėl to greitai išsilydys arba įvyks nedidelis sprogimas, dėl kurio išsiskirs daug radioaktyvių medžiagų.

Little Boy surinkimas ir naudojimas.
Pirmieji sviedinio komponentai buvo baigti Los Alamose 1945 m. birželio 15 d., o iki liepos 3 dienos jie buvo visiškai pagaminti.

Liepos 14 d. Little Boy ir jam skirtas urano sviedinys buvo pakrauti į Indianapolio laivą ir 16 dieną išvyko į salą. Tinianas, Marianų salos. Laivas į salą atplaukė liepos 26 d.

Liepos 24 d. bombos taikinys buvo baigtas, o 26 d. komponentai buvo išskraidinti trimis C-54 iš Albukerkės ir atvyko į Tinian 28 d.

Liepos 31 dieną bombos viduje buvo sumontuotas taikinys ir sviedinys. Branduolinė ataka buvo suplanuota kitą dieną, rugpjūčio 1-ąją, tačiau artėjant taifūnui operaciją teko atidėti 5 dienoms.

rugpjūčio 6 d.:
00:00 Paskutinis susitikimas, tikslas – Hirosima. Pilotas – Tibbetsas, 2-asis pilotas – Lewisas.
02:45 Bombonešis kyla.
07:30 Bomba visiškai paruošta numesti.
08:50 Lėktuvas skrenda virš Japonijos Šikoku salos.
09:16:02 Little Boy sprogsta 580 m aukštyje Sprogimo galia: 12-18 kt, vėlesniais skaičiavimais - 15 kt (+/- 20%).

Esant tokiai sprogimo galiai, aukštis, kuriame jis buvo susprogdintas, yra optimalus 12 psi (svarų kvadratiniame colyje) smūgio bangos slėgiui, t.y. kad maksimaliai padidintumėte plotą, kuriame veikia 12 psi ar daugiau. Miesto pastatams sunaikinti pakanka 5 psi slėgio, kas atitinka ~860 aukštį, taigi, esant tokiam aukščiui, aukų ir sunaikinimų gali būti dar daugiau. Dėl galios nustatymo neapibrėžtumo ir daugybės priežasčių, galinčių sumažinti sprogimo galią, aukštis buvo pasirinktas vidutiniškai mažas, kaip ir mažo užtaiso atveju. 580 m aukštis yra optimalus 5 kt sprogimui.

„Fat Man“ plutonio atominė bomba.

Bombos šerdis yra sferų rinkinys, įdėtas viena į kitą. Čia jie išvardyti lizdų tvarka, pateikiami išorinių sferų spindulių matmenys:

* sprogstamasis korpusas - 65 cm,
* "stūmiklis"/neutronų absorberis - 23 cm,
* urano korpusas / neutronų reflektorius - 11,5 cm,
* plutonio šerdis - 4,5 cm,
* berilio-polonio neutronų iniciatorius - 1 cm.

Neutronų iniciatorius.
Pirmoji pakopa, neutronų iniciatorius, dar vadinamas Urchinu, yra 2 cm skersmens ir 0,6 cm storio berilio apvalkalas. Bendras konstrukcijos svoris yra apie 7 gramus. Vidiniame korpuso paviršiuje yra 15 pleišto formos plyšių, kurių gylis yra 2,09 mm. Pats apvalkalas gaunamas karšto presavimo būdu karbonilo nikelio atmosferoje, jo paviršius ir vidinė sfera yra padengti nikelio ir aukso sluoksniu. 50 karių polonio-210 (11 mg) nusėdo ant vidinės sferos ir įtrūkimų apvalkale. Aukso ir nikelio sluoksniai apsaugo berilį nuo alfa dalelių, kurias išskiria polonis arba plutonis, supantis iniciatorių. Iniciatorius sumontuotas ant kronšteino, esančio 2,5 cm skersmens ertmėje plutonio šerdyje.

Urchinas suaktyvinamas, kai smūgio banga pasiekia krūvio centrą. Kai smūginė banga pasiekia plutonio vidinės ertmės sieneles, išgaravusio plutonio smūginė banga veikia iniciatorių, susmulkindama tarpus poloniu ir sukurdama Munroe efektą – stiprias medžiagos čiurkšles, kurios greitai sumaišo polonį ir berilį iš plutonio. išorinė ir vidinė sferos. Po-210 skleidžiamos alfa dalelės yra sugeriamos berilio atomų, kurie savo ruožtu išskiria neutronus.

Plutonio krūvis.
Devynių centimetrų rutulys, kurio centre yra 2,5 cm ertmė neutronų iniciatoriui. Šią krūvio formą pasiūlė Robertas Christy, kad sumažintų asimetriją ir nestabilumą sprogimo metu.

Šerdyje esantis plutonis stabilizuojamas mažo tankio delta fazėje (tankis 15,9), sulydant jį su 3% galio medžiagos kiekio (0,8% masės). Delta fazės naudojimo pranašumai, palyginti su tankesne alfa faze (tankis 19,2), yra tai, kad delta fazė yra lanksti ir lanksti, o alfa fazė yra trapi ir trapi, be to, plutonio stabilizavimas delta fazėje leidžia išvengti susitraukimo ruošinio atšalimas ir deformacija po liejimo ar karšto apdirbimo. Gali atrodyti, kad šerdyje naudoti mažesnio tankio medžiagą gali būti nenaudinga, nes geriau naudoti tankesnę medžiagą dėl didesnio efektyvumo ir sumažėjusio reikalingo plutonio kiekio, tačiau tai nėra visiškai tiesa. Delta stabilizuotas plutonis pereina į alfa fazę esant santykinai žemam, dešimčių tūkstančių atmosferų slėgiui. Kelių milijonų atmosferų slėgis, atsirandantis sprogimo metu, daro šį perėjimą kartu su kitais reiškiniais, atsirandančiais tokio suspaudimo metu. Taigi plutonio delta fazėje tankis ir reaktyvumas padidėja labiau nei tankios alfa fazės atveju.

Šerdis yra surinkta iš dviejų pusrutulių, tikriausiai iš pradžių išlieta į ruošinius, o vėliau apdorojama karštu presavimu karbonilo nikelio atmosferoje. Kadangi plutonis yra labai reaktyvus metalas ir, be to, pavojingas gyvybei, kiekvienas pusrutulis yra padengtas nikelio sluoksniu (arba sidabru, kaip pranešama apie prietaiso šerdį), nes greitai galvanizuojamas plutonis su nikeliu (arba sidabru) lėmė metalo apvalkalų susidarymą ir jo netinkamumą naudoti šerdyje. Kruopštus aukso sluoksnių šlifavimas ir sluoksniavimas atstatė pusrutulių atsiradusius defektus. Tačiau plonas aukso sluoksnis (apie 0,1 mm storio) tarp pusrutulių bet kuriuo atveju buvo būtina konstrukcijos dalis, padedanti išvengti priešlaikinio smūginės bangos čiurkšlių prasiskverbimo tarp pusrutulių, galinčių per anksti suaktyvinti neutronų iniciatorių.

Urano korpusas/neutroninis reflektorius.
Plutonio užtaisas yra apsuptas 120 kg sveriančiu ir 23 cm skersmens natūralaus urano apvalkalu. Šis apvalkalas aplink plutonį sudaro septynių centimetrų sluoksnį. Urano storį lemia neutronų išsaugojimo užduotis, todėl neutronų stabdymui užtikrinti pakanka kelių centimetrų sluoksnio. Storesnis korpusas (viršijantis 10 cm storį) taip pat užtikrina reikšmingą neutronų išsaugojimą visoje struktūroje, tačiau „laikinos absorbcijos“ efektas, būdingas greitoms, eksponentiškai besivystančioms grandininėms reakcijoms, sumažina storesnio reflektoriaus naudojimo naudą.

Apie 20 % bombos energijos išsiskiria dėl greito urano korpuso dalijimosi. Šerdis ir korpusas kartu sudaro minimaliai subkritinę sistemą. Kai sprogimo sprogimas suspaudžia agregatą iki 2,5 karto didesnio už įprastą tankį, šerdyje pradeda būti maždaug nuo keturių iki penkių kritinių masių.

"Stumiklis" / neutronų absorberis.
Uraną supantis aliuminio sluoksnis, kurio storis 11,5 cm, sveria 120 kg. Pagrindinis šios sferos, vadinamos „stūmikliu“, tikslas yra sumažinti Teiloro bangos poveikį – greitą slėgio mažėjimą, atsirandantį už detonacijos fronto. Sprogimo metu ši banga linkusi didėti, sukeldama vis spartesnį slėgio kritimą, kai detonacijos frontas suartėja į vieną tašką. Dalinis smūginės bangos atspindys, atsirandantis sprogmens (sudėtis „B“)/aliuminio sąsajoje (dėl tankių skirtumo: 1,65/2,71), antrinę priekinę dalį siunčia atgal į sprogmenį, slopindama Taylor bangą. Tai padidina perduodamos bangos slėgį, padidindama suspaudimą šerdies centre.

Aliuminio „stūmiklyje“ taip pat yra dalis boro. Kadangi pats boras yra trapi nemetalinė medžiaga ir jį sunku naudoti, tikėtina, kad jis yra lengvai apdorojamo aliuminio lydinio, vadinamo boraksu (35–50 % boro), pavidalu. Nors bendra jo dalis korpuse yra nedidelė, boras atlieka neutronų sugėriklio vaidmenį, neleidžiant iš ten išbėgusiems neutronams grįžti į plutonio-urano mazgą, sulėtėjusį aliuminiu ir sprogmenyse iki terminio greičio.

Sprogstamasis apvalkalas ir detonavimo sistema.
Sprogstamasis korpusas yra stiprios sprogstamosios medžiagos sluoksnis. Jis yra apie 47 cm storio ir sveria mažiausiai 2500 kg. Šioje sistemoje yra 32 sprogstamieji lęšiai, iš kurių 20 yra šešiakampiai ir 12 yra penkiakampiai. Lęšiai yra sujungti taip, kaip futbolas, kad susidarytų sferinis sprogstamasis mazgas, kurio skersmuo yra maždaug 130 cm. Kiekviena turi 3 dalis: dvi iš jų pagamintos iš didelio sprogimo greičio sprogmens, viena – iš mažo detonacijos greičio. Išorinėje greitai detonuojančio sprogmens dalyje yra kūgio formos įduba, užpildyta mažo detonacijos greičio sprogmenimis. Šios poros dalys sudaro aktyvųjį lęšį, galintį sukurti apskritą, augančią smūgio bangą, nukreiptą į centrą. Greitai detonuojančio sprogmens vidinė pusė beveik uždengia aliuminio sferą, kad sustiprintų susiliejantį smūgį.

Lęšiai buvo preciziškai išlieti, todėl prieš naudojant sprogmenį reikėjo išlydyti. Pagrindinis greitai detonuojantis sprogmuo buvo „sudėtis B“, 60 % heksageno (RDX) mišinys – labai greitai detonuojantis, bet prastai tirpstantis smarkus sprogmuo, 39 % TNT (TNT) – labai sprogus ir lengvai tirpstantis sprogmuo ir 1 %. vaškas. „Lėtas“ sprogmuo buvo baratolis - TNT ir bario nitrato mišinys (TNT dalis paprastai yra 25–33%) su 1% vaško rišikliu.

Lęšių sudėtis ir tankis buvo tiksliai kontroliuojami ir išliko pastovūs. Objektyvo sistema buvo sureguliuota iki labai griežto tolerancijos, kad dalys sutilptų mažiau nei 1 mm, kad būtų išvengta smūgio bangos nelygumų, tačiau objektyvo paviršiaus išlygiavimas buvo dar svarbesnis nei jų derinimas.

Norint pasiekti labai tikslų detonatoriaus laiką, standartiniai detonatoriai neturėjo pirminių/antrinių sprogstamųjų medžiagų derinių ir turėjo elektra šildomus laidininkus. Šie laidininkai yra plonos vielos gabalėliai, kurie akimirksniu išgaruoja nuo srovės bangos, gaunamos iš galingo kondensatoriaus. Susprogdinama detonatoriaus sprogstamoji medžiaga. Kondensatorių baterijos iškrovimas ir visų detonatorių vielos išgarinimas gali būti atliekami beveik vienu metu - skirtumas yra +/- 10 nanosekundžių. Tokios sistemos minusas yra didelių baterijų poreikis, aukštos įtampos maitinimo šaltinis ir galingas kondensatorių bankas (vadinamas X-Unit, sveriantis apie 200 kg), skirtas vienu metu paleisti 32 detonatorius.

Užbaigtas sprogstamasis korpusas dedamas į duraliuminio korpusą. Korpuso konstrukciją sudarė centrinis diržas, surinktas iš 5 apdorotų duraliuminio liejinių, ir viršutinis bei apatinis pusrutuliai, sudarantys visą apvalkalą.

Paskutinis surinkimo etapas.
Galutinėje bombos konstrukcijoje yra specialus „dangtis“, per kurį gale dedamos skiliosios medžiagos. Užtaisas gali būti pagamintas visiškai, išskyrus plutonio įdėklą su iniciatoriumi. Saugumo sumetimais surinkimas baigiamas prieš pat praktinį naudojimą. Duraliuminio pusrutulis pašalinamas kartu su vienu iš sprogstamųjų lęšių. Neutronų iniciatorius yra sumontuotas tarp plutonio pusrutulių ir sumontuotas 40 kilogramų urano cilindre, o tada visa ši konstrukcija patalpinta į urano reflektorių. Lęšis grįžta į savo vietą, prie jo prijungiamas detonatorius, o viršuje įsukamas dangtelis.

„Fat Man“ buvo rimta rizika, kai jis buvo išsiųstas ir laikomas paruoštas naudoti, nors net ir blogiausiu atveju jis vis tiek buvo mažiau pavojingas nei „Little Boy“. Kritinė šerdies su urano reflektoriumi masė yra 7,5 kg plutonio delta fazei ir tik 5,5 kg alfa fazei. Bet koks netyčinis sprogstamojo sviedinio susprogdinimas gali sukelti 6,2 kilogramo storio žmogaus branduolio suspaudimą į superkritinę alfa fazę. Numatoma sprogimo galia dėl tokio neteisėto užtaiso susprogdinimo gali svyruoti nuo dešimčių tonų (grubiai tariant, 1). eilės tvarka daugiau nei sprogstamasis užtaisas bomboje) iki poros šimtų tonų TNT ekvivalento. Tačiau pagrindinis pavojus slypi prasiskverbiančios spinduliuotės sraute sprogimo metu, gama spinduliai ir neutronai gali sukelti mirtį ar rimtą ligą daug toliau nei. smūginės bangos sklidimo zona Taigi nedidelis 20 tonų branduolinis sprogimas sukels mirtiną 640 rem spinduliuotės dozę 250 m atstumu.

Saugumo sumetimais „Fat Man“ gabenimas nebuvo atliktas visiškai sukomplektuotas. Dėl ginklo sudėtingumo šis procesas užtruko mažiausiai porą dienų (atsižvelgiant į tarpinius patikrinimus). Surinkta bomba ilgą laiką negalėjo veikti dėl išsikrovusių X-Unit baterijų.

Gyvos plutonio bombos kontūras daugiausia susideda iš eksperimentinio įtaiso dizaino, supakuoto į plieninį apvalkalą. Dvi plieninio elipsoido pusės yra pritvirtintos prie sprogstamosios sistemos tvarsčio kartu su X-Unit, baterijomis, saugikliais ir paleidimo elektronika. priekinė apvalkalo pusė.

Kaip ir „Little Boy“, „Fat Man“ didelio aukščio saugiklis yra „Atchis“ radaro nuotolio ieškiklio sistema (Archies – jos antenos Little Boy nuotraukose matomos šone). Kai užtaisas pasiekia reikiamą aukštį virš žemės (nustatytas 1850+-100 pėdų), jis duoda signalą detonuoti. Be to, bomboje taip pat yra barometrinis jutiklis, kuris apsaugo nuo sprogimo virš 7000 pėdų.

Kovoti su plutonio bombos naudojimu.
Saloje įvyko galutinis Storojo žmogaus susirinkimas. Tinianas.

1945 m. liepos 26 d. iš Kirtlando oro pajėgų bazės į Tinianą lėktuvu C-54 buvo išsiųsta plutonio šerdis su iniciatoriumi.

Liepos 28 d. į salą atvyksta branduolys. Šią dieną trys B-29 lėktuvai išvyksta iš Kirtlando į Tinianą su trimis iš anksto surinktais Fat Mans.

Rugpjūčio 2 d. – atvyksta B-29. Nustatyta, kad sprogimo data yra rugpjūčio 11 d., taikinys – Kokuros arsenalas. Nebranduolinė pirmosios bombos dalis buvo paruošta iki rugpjūčio 5 d.

Rugpjūčio 7 d. ateina prognozė apie nepalankias oro sąlygas skrydžiui 11 d., skrydžio data perkeliama į rugpjūčio 10 d., vėliau į rugpjūčio 9 d. Dėl datos pamainos vyksta pagreitinti įkrovos surinkimo darbai.

8 dienos ryte Fat Man surinkimas baigtas, o iki 22 val. jis pakraunamas į B-29 "Block's Car".

rugpjūčio 9 d.:
03:47 Lėktuvas pakyla iš Tiniano, taikinys identifikuojamas kaip Kokur arsenalas. Pilotas – Charlesas Sweeney.
10:44 Laikas artėti prie Kokuros, tačiau prasto matomumo sąlygomis taikinys nematomas. Priešlėktuvinės artilerijos ugnis ir japonų naikintuvų pasirodymas verčia sustabdyti paieškas ir pasukti link rezervinio taikinio – Nagasakio.
Virš miesto susiklostė debesų sluoksnis – kaip ir virš Kokuros, vienam pravažiavimui liko tik degalų, todėl bomba buvo numesta į pirmą tinkamą tarpą debesyse už kelių mylių nuo nurodyto taikinio.
11:02 503 m aukštyje netoli miesto ribos įvyksta sprogimas, galia pagal matavimus 1987 m. yra 21 kt. Nepaisant to, kad sprogimas įvyko ant apgyvendintos miesto dalies ribos, aukų skaičius viršijo 70 000 žmonių. Taip pat buvo sugriauta „Mitsubishi“ ginklų gamybos įranga.

Deja, kaip dažnai nutinka, naudingi išradimai dažnai naudojami blogiems tikslams. Tai taip pat taikoma naudojant skilimo grandininę reakciją. Kova su atominių ginklų platinimu vyksta su įvairia sėkme. Didžiausią pavojų kelia autoritarinių režimų, o ypač teroristų, disponavimas atominiais ginklais. Pažvelkime į skirtingus atominių bombų tipus ir pavojus, susijusius su jų gamybos technologijų plitimo galimybe.

Urano-235 bomba

Atominė bomba gali būti pagaminta iš U-235, Pu-239 ir U-233. Iš jų gamtoje egzistuoja tik U-235. Pu-239 ir U-233 gaminami bombarduojant kitus izotopus neutronais.
Lengviausias būdas pagaminti atominę bombą yra iš urano. Tam jums nereikia reaktoriaus. Pavyzdžiui, tam reikia turėti reikiamą kiekį natūralaus urano ir dujų centrifugų. Uranas paverčiamas dujine būsena – urano heksafluoridu UF 6, kuris perduodamas per centrifugas. Atskyrimo laipsnis nustatomas pagal atskirų centrifugų, surinktų kaskadoje, skaičių. „Truputį“ kantrybės ir turėsite ginklams tinkamo urano (>90 % 235 U). Norint sukurti urano bombą be plutonio, reikia apie 15-20 kg ginkluoto urano.
Tačiau, nors urano sodrinimo procesas iš esmės yra žinomas, norint gauti pakankamai stipriai prisodrinto urano, reikia žaliavų, įgūdžių, infrastruktūros ir daug energijos. Taigi labai mažai tikėtina, kad net teroristai gaus labai prisodrintą uraną. Greičiausiai jie tiesiog bandys jį pavogti. Taigi šalys, turinčios ginklams tinkamo urano atsargas, turi griežtai stebėti savo saugyklas. Ginklinio urano gamyba yra įmanoma tik šalyse, turinčiose pakankamai išvystytą technologinę bazę.
Be to, bomba turi būti pagaminta iš prisodrinto urano. Pati primityviausia atominė bomba − vadinamasis„patrankos“ tipo bomba.

„Cannon“ tipo bomba
„Pabūklo“ tipo bomba yra paprasto dizaino. Jame vienas U-235 „gabalas“ iššaunamas su atitinkamu užtaisu, sukuriant kritinę masę Labai prisodrintas uranas tokio tipo bomboje yra suskilęs. Ši bomba buvo numesta ant Hirosimos. Ji per didelė raketai, bet gali būti pristatyta, pavyzdžiui, lėktuvu.

Plutonio-239 bomba

Plutonis yra visų reaktorių šalutinis produktas. Tačiau, kad būtų galima naudoti kaip skiliąją medžiagą, ji turi būti chemiškai išvalyta nuo didelio aktyvumo atliekų likučių. Tai brangus ir pavojingas procesas, reikalaujantis specialių žinių ir įrangos.

Plutonis susidaro branduoliniame reaktoriuje, kai U-238 yra bombarduojamas šiluminiais neutronais

Pu-239 naudojamas branduoliniams ginklams gaminti. Skilimo ir sklaidos skerspjūviai, taip pat neutronų skaičius dalijimosi metu yra didesni Pu-239 nei U-235 ir atitinkamai turi mažesnę kritinę masę, t.y. Norint įgyvendinti savaime išsilaikančią dalijimosi reakciją, plutoniui reikia mažiau nei urano. Plutonio atominei bombai paprastai reikia 3–5 kg Pu-239.
Dėl gana trumpo pusinės eliminacijos periodo (palyginti su U-235), Pu-239 pastebimai įkaista dėl skleidžiamos spinduliuotės. Pu-239 šilumos išsiskyrimas yra 1,92 W/kg. Taigi gerai izoliuotas plutonio gabalas per dvi valandas įkaista nuo kambario temperatūros iki 100 o. Tai natūraliai sukuria sunkumų kuriant bombą. Fizinės plutonio savybės yra tokios, kad pistoleto tipo bomba negali pakankamai greitai sujungti dviejų plutonio gabalėlių, kad susidarytų kritinė masė. Plutoniui reikia naudoti sudėtingesnę schemą.

Sprogimo bomba
Sprogimo tipo bombos centre yra plutonis, labai prisodrintas uranas arba abiejų mišinys. Sprogimas, nukreiptas į vidų į plutonio šerdį, realizuojamas naudojant specialių lęšių, veikiančių vienu metu, sistemą. Plutonis suspaudžiamas stipriai ir tolygiai. Masė tampa kritinė. Tačiau vien tik plutonio suspaudimas iki kritinės masės negarantuoja grandininės reakcijos pradžios. Tam reikia neutronų iš neutronų šaltinio, kuris yra įrenginio centre ir kartu apšvitina plutonį suspaudimu.
Iš apšvitinto kuro išgaunamas ir reaktoriuje vėl naudojamas plutonis vis mažiau tinkamas ginklų gamybai, nes didėja Pu-238, Pu-240 ir Pu-242 dalis.
Pagrindinė ginklų klasės plutonio kenksminga priemaiša yra Pu-240 dėl didelio savaiminio dalijimosi greičio. Jis yra 30 000 kartų didesnis nei Pu-239. Vos 1% Pu-240 mišinyje sukuria tiek neutronų, kad sprogimo sistemoje galimas sprogimas. Pastarųjų buvimas didelėmis proporcijomis labai apsunkina užduotį sukurti patikimą kovinę galvutę su nurodytomis charakteristikomis (nominali galia, sauga ilgalaikio saugojimo metu ir kt.).
Ginklams tinkamam plutoniui būdingas labai didelis (daugiau nei 90 %) skiliojo 239 Pu izotopo kiekis ir mažas 240 Pu izotopo kiekis (iki ~ 5 %).
„Civilinis“ plutonis, išsiskiriantis perdirbant (perdirbant) panaudotą kurą iš atominių elektrinių branduolinių reaktorių ir pasižymintis vidutiniu izotopų kiekio santykiu 239 (60%) ir 240 (40%). „Civilinio“ plutonio naudojimas branduolinėms galvutėms gaminti iš esmės yra įmanomas.

Urano-233 bomba

Šalyse, kuriose mažai urano, bet daug torio (pavyzdžiui, Indijoje), yra įdomu gauti skiliųjų izotopą U-233 naudojant reakcijų grandinę:

Kaip sprogi medžiaga, 233 U yra beveik toks pat efektyvus kaip 239 Pu. 233 U karinio naudojimo situaciją apsunkina 232 U priemaiša, kurios antriniai produktai yra stiprūs gama šaltiniai, o tai apsunkina darbą su ja.
Reakcijos metu susidaro 232 U.