Нейтронний ініціатор атомної бомби. Атомна зброя

Багато уранових родовищ містять багаті запаси урану. Чому ж він не вибухнув, а досі зберігається в землі, і чи є небезпека такого вибуху?

Згадаймо, що природний уран складається головним чином з урану 238 і лише Уіо частка його припадає на уран 235. Поведінка цих двох сортів атомів урану при обстрілі їх нейтронами дуже по-різному. Ядра атомів урану 238 діляться лише дуже швидкими нейтронами, що мають значну енергію. Ядра атомів урану 235 діляться не тільки швидким, але і скільки завгодно повільними нейтронами, і тим краще, чим менше швидкість налітають на них нейтронів). Нейтрони, що виникають внаслідок мимовільного поділу в природному урані, виявляються зазвичай не в змозі розділити ядра урану 238. Поглинання нейтронів ядрами урану 238 не призводить до поділу. Тому «ядерним пальним», придатним для створення ланцюгової реакції, є тільки уран 235. Зустріч же нейтронів з ядрами урану 235 відбувається надзвичайно рідко, внаслідок чого в природному урані за звичайних умов ланцюговий процес не виникає. Таким чином, природний уран, що в основному складається з урану 238, не є ядерним пальним і жодної небезпеки вибуху не становить.

Для створення атомних бомб, здатних виробляти атомні вибухи, необхідно отримувати значну кількість чистого урану 235, відокремлюючи його від урану 238. Відмінність у масах урану 238 і 235 невелика (близько 1%). Тому поділ ізотопів урану виявляється виключно складною та дорогою операцією.

Подивимося тепер, як влаштовано атомну бомбу.

Якщо взяти шматочок урану 235 вагою в 1 грам - це буде кубик з ребром в 3,7 міліметра, то такий шматочок ніколи не вибухне. Чому? Припустимо, що в центрі
шматочка урану стався мимовільний розпад одного ядра урану і виникли 3 швидкі нейтрони. Рухаючись у невеликій товщі урану, вони зазвичай не зустрічають на своєму шляху нових ядер, а вилітають за межі уранового кубика. Тому в такому шматочку урану ланцюговий процес розвинутися не може.

Для того, щоб зробити вибух, треба мати значно більше чистого урану 235. Кількість урану 235, в якому ланцюговий процес поділу атомних ядер призводить до вибуху, зазвичай називають критичною масою. Якщо маса наявного шматка урану 235 менше критичної, вибуху ніколи не буде. Якщо ж маса шматка дорівнює критичній або більшій за неї - вибух відбувається негайно. Критична маса урану 235 становить близько кілограма.

Кількість урану, необхідне для атомного вибуху, можна зменшити, змусивши частину нейтронів, що виходять з нього, повернутися назад в уран. Цього можна досягти, оточуючи шматок урану шаром легкого металу берилію. Зіткнувшись з ядрами берилію, нейтрони здебільшого відскакують від них і повертаються в уран.

Для того, щоб бомба вибухала в потрібний момент часу, в неї закладають не один, а два шматки урану 235. Маса кожного з них дещо менша за критичну. Доки обидва шматки відокремлені один від одного, ніякої небезпеки вибуху немає. Щоб зробити вибух, треба дуже швидко з'єднати обидва шматки урану в один. При цьому вийде шматок з масою, більшою за критичну, і відразу ж відбудеться вибух.

На рис. 17 показана зразкова схема атомної бомби. Бомба є металевою посудиною з дуже міцною оболонкою. У нижній частині знаходиться один шматок урану 235, у верхній - інший. Кожен із шматків урану 235 укладений у спеціальну оболонку з берилію, яка перешкоджає вильоту нейтронів з урану і відбиває їх назад у глиб шматка. Це дозволяє
повніше використовувати нейтрони, що у процесі поділу. Для швидкого з'єднання обох шматків у верхній частині бомби розташований заряд звичайної вибухової речовини (тротилу) і встановлений спеціальний підривник. У потрібний момент часу підривник підпалює тротиловий заряд. Відбувається постріл одним шматком урану інакше - сила вибуху заряду тисне на верхній шматок урану, змушуючи його миттєво з'єднатися з нижнім. Негайно виникає атомний вибух.

Точку у Другій світовій війні поставили США, а саме президент Гаррі Трумен, у той момент, коли атомна бомба, скинута на Хіросіму, вибухнула над головами тисяч японців.

Цій трагічній події та водночас великому технологічному прориву передували роки досліджень, робота сотень видатних учених та техніків по всьому світу, десятки життів, які були втрачені внаслідок впливу радіації.

І лише з волі випадку, першими, хто зумів застосувати результат досліджень у галузі атомної енергії як зброю, стали американці. Хіросіма, Нагасакі, ядерна бомба – ці слова стали практично синонімами, коли говоримо про зброю масового знищення. Нова зброя, символ гонки озброєнь – атомна бомба на Хіросіму та Нагасакі принесла лише біль та смерть.

Що ж являла собою атомна бомба (Хіросіма), створена для знищення людських життів, з такою милою назвою «Little Boy» (англ. малюк)? Хто був творцем цієї інноваційної зброї, застосованої на японських містах Хіросіма та Нагасакі? Потужність бомби, її характеристики - ось питання, відповіді на які ми намагатимемося дати в цій статті.

Атомна бомба Хіросіма. З чого все почалося?

На рубежі 1938 та 1939 років було відкрито факт розподілу ядра урану та визначено критичну масу ізотопу урану-235. У ті роки наукові кола різних країн щільно співпрацювали, але напруга, що наростає, у світі поставила під питання спільні дослідження.

У США також цікавилися цією темою. Фізики світового масштабу Юджин Вігнер та Лео Сілард написали листа Франкліну Рузвельту від імені Ейнштейна. У ньому повідомлялося, що фашистська Німеччина веде дослідження, внаслідок яких буде зроблено бомбу неймовірної сили. У зв'язку з цим автори листа закликали американського президента прискорити накопичення уранової руди і збільшити фінансування проектів з атомної енергії, оскільки в США має бути зроблено першу в світі атомну бомбу. Хіросіма та Нагасакі незабаром стануть полігоном для випробування її потужності.

Американський уряд екстрено вживає необхідних заходів. Дослідницький урановий комітет переформатується, і 17 вересня 1943 відкривається секретна програма «Проект Манхеттен». Вже дуже скоро буде створено атомну бомбу. Хіросіма зазнає її на собі. Для досліджень, якими керували полковник Леслі Гровс і Роберт Оппенгеймер (наукова частина), були запрошені вчені-фізики з усіх куточків світу, люди обчислювачі, техніки та інші фахівці. Багато хто з них був біженцями з фашистської Німеччини.

Загалом у проекті, в результаті якого буде скинуто ядерну бомбу на Хіросіму, взяло участь близько 130 тисяч співробітників. Серед них понад десяток лауреатів Нобелівської премії.

Народження «Малюка»

Ізотоп урану 235 у руді природного походження міститься в кількості всього 0,7%.

Для отримання необхідної для подолання критичної маси в 10 кг кількості урану-235 Національна лабораторія Ок-Рідж розробила способи збагачення руди, а сировину для виготовлення уранової бомби «Малюк» видобувало з кількох родовищ:

• Бельгійське Конго (територія сучасної Демократичної Республіки Конго у Центральній Африці);
• Велике Ведмеже Озеро у Канаді;
• Штат Колорадо (США).

Існує припущення, що половина світового запасу урану, що у Бельгійському Конго, остаточно 30-х була скуплена Францією. На основі добре оснащеної лабораторії в Колеж де Франс європейські вчені не встигли довести дослідження до кінця, оскільки Франція в 1940 році впала. Після запаси урану були вивезені до США.

ВАЖЛИВО ЗНАТИ:

Над проектом створення атомної зброї у Штатах працював великий колектив вчених, але його «батьком» прийнято вважати Отто Опенгеймера. Якби не його геній, ядерна бомба на Хіросіму не впала б і результат Другої світової війни був би іншим. Пізніше він активно виступатиме проти застосування атомної зброї. Опенгеймер усіма силами намагатиметься, щоб не повторилася «нова Хіросіма», бомба такого типу не була скинута.

В основу механіки вибуху бомби лягла гарматна система. Її розробником був Вільям Парсон. Це досить простий принцип. Дві частини, що мають докритичну масу, на певній швидкості з'єднуються і відбувається вибух. Але, навіть досягнувши критичної маси, за якої відбувається детонація урану, два шматки цього радіоактивного матеріалу не мали б руйнівної сили. Необхідно було забезпечити щільну оболонку, яка б перешкоджала «вивітрюванню» нейтронів.

Перший, не протестований зразок – уранова бомба (Хіросіма; Нагасакі отримав вже випробувану на полігонах плутонієву бомбу) «Малюк» після набору необхідної кількості радіоактивного наповнювача був скинутий на місто Хіросіма. Бомба мала досить низький ККД заряду, але його було достатньо, щоб забрати сотні тисяч людських життів.

Що була скинута на місто Хіросіма бомба?

Вибухнула бомба в Хіросімі несла в собі 64 кілограми збагаченого до 80% урану-235. З них 25 кг припадало на "мішень", а решта маси на "кулю", яка рухалася в гарматному стовбурі діаметром 76,2 мм зі швидкістю 300 м/с від вибуху порохового заряду.

Щоб потужність бомби в Хіросімі задовольняла вимоги щодо руйнівної сили, знадобилося понад 12 тонн уранової руди, яку протягом півтора місяця безперервної роботи збагачував промисловий гігант в Ок-Рідж. Довжина «Малюка» становила 3 ​​м 20 см, діаметр – 71 см. Масивний корпус, виконаний з важкої легованої сталі, стандартний для американських авіабомб того періоду громіздкий хвіст, плюс інше оснащення дали загалом вагу в 4090 кг, що прямують на місто Хіросіма. Потужність бомби мала бути достатньою для масового руйнування.

Завдяки подовженості та передній центровці, авіабомба мала стійку траєкторію, і як наслідок високу точність влучення. Потужність атомної бомби скинутої на Хіросіму склала 18 кілотонн у тротиловому еквіваленті. У майбутньому потужність бомби скинутої на Хіросіму виявиться надзвичайно малою. Атомна зброя майбутніх поколінь має набагато вищі показники руйнівної сили.
Потужність бомби скинутої на Хіросіму обумовлена ​​як кількістю уранового заряду, а й додаткової механікою.

Перед техніками стояли завдання:

• В експлуатації атомна бомба (Хіросіма) має бути безпечною, несанкціонована детонація неприпустима;
• зробити так, щоб бомба, що падає, на Хіросіму вибухнула на висоті 500 - 600 метрів над землею;
• якщо щось піде не за планом, і бомба на Хіросіму впаде не вибухнувши, має відбутися самоліквідація заряду, щоб технології не дісталися ворогові.

Для цих цілей були розроблені чотири основні системи:

• Висотоміри Арчі, розроблені для ВПС США, забезпечували детонацію бомби на потрібній висоті, причому достатньо було 2-х показників із 4-х наявних. Цікавим фактом є те, що чутливі антени висотомірів не можна було зняти з бомби та заново встановити. Тому всій американській авіації над японськими островами у дні, коли атомна бомба на Хіросіму та Нагасакі були в дорозі, заборонялося створювати радіоперешкоди.
• Барометричний запобіжник та таймер служили для запобігання непередбаченому самопідриванню. Запобіжник не дозволяв спрацьовувати вибуховим ланцюгам на висотах понад 2135 м. Таймер блокував протягом 15 секунд після скидання бомби барометричні дані, відображені від літака-носія.
• Блок автоматики під час спрацьовування висотомірів запускав детонатор гарматної системи уранового заряду.
• У разі непередбачених несправностей, якщо над містом Хіросіма бомба не вибухне, спрацює звичайний підривник при ударі об землю.

Скинута атомна бомба на Хіросіму та Нагасакі. У чому різниця?

Скинута на місто Хіросіма бомба на основі урану, для виробництва була дуже дорога. «Проект Манхеттен» паралельно проводив розробку бомби на основі плутонію-239 (сильно радіоактивного). Ядерна бомба Хіросіма була, як уже говорилося вище, гарматного типу, для плутонію потрібно було інше рішення. Сфера плутонієвого заряду в оболонках, була оточена 64 детонаторами. Все це було поміщено у металеву кулю. Детонація всередині сфери, збільшуючи густину плутонію до критичної, викликаючи вибух. Механіка була така сама, яку несла атомна бомба (Хіросіма) «Малюк».

Потужність атомної бомби в Хіросімі була значно нижчою. «Товстун», призначений для Нагасакі, мав потужність 22 кілотонни у тротиловому еквіваленті. Але руйнувань він приніс набагато менше через неточність прицілювання та конфігурації міста.

Скинута ядерна бомба на Хіросіму та Нагасакі мала змусити Японію капітулювати. США досягли своєї ціною тисяч миттєво відібраних в атомному вогні життів, хвороб і страждань ще багатьох тисяч людей у ​​містах Хіросіма, Нагасакі. Атомна бомба використана в Японії зумовила кінець Другої світової війни і започаткувала Холодну війну і вік ядерної енергії.

За деякими відомостями могла існувати ще одна атомна бомба. Хіросіма та Нагасакі стали першими у списку жертв. Потужність бомби (на Хіросіму довелося близько 15 – 18 кілотонн), яка могла стати третьою, була в рази вищою. Але з невідомих нам причин її слід втрачено.

У ході створення атомної зброї в рамках манхеттенського проекту одночасно велися роботи зі створення двох ядерних бомб – уранової та плутонієвої.

Після проведення випробування першого ядерного заряду "Gadget" (прототипу плутонієвої бомби "Товстун" - FatMan) наступним, готовим до застосування був урановий "Малюк" (LittleBoy). Саме він і виявився скинутим на Хіросіму 6 серпня 1945 року. Виготовлення ще одного "Малюка" вимагало б місяців накопичення урану, тому другою скинутою бомбою став "Товстун", зібраний на острові Тініан незадовго до свого використання.

Початкове ж складання Fat man'а відбувалося на базі ВМФ Солтвеллс, Каліфорнія. було б нанесено по Кокурі (Kokura), через кілька днів після першої атаки, проте через погодні умови бомбардування зазнало місто Нагасакі.

Уранові атомна бомба Little Boy.
Урановий заряд у бомбі складається з двох частин: мішені та снаряда. Снаряд діаметром 10 і довжиною 16 сантиметрів є набір з шести уранових кілець. У ньому міститься близько 25.6 кг – 40% всього урану. Кільця в снаряді підтримуються диском з вольфраму карбіду і сталевими пластинами і знаходяться всередині сталевого корпусу. Мета має масу 38.46 кг і зроблена у формі порожнистого циліндра діаметром 16 см і довжиною 16 см. Конструктивно вона виконана у вигляді двох окремих половинок. Мета вмонтована в корпус, який служить відбивачем нейтронів. У принципі, використане в бомбі кількість урану дає критичну масу і без відбивача, проте його наявність, як і виготовлення снаряда з більш збагаченого урану (89% U-235) ніж мета(~80% U-235), дозволяє збільшити потужність заряду.

Процес збагачення урану відбувався у 3 етапи. Спочатку термодифузійної установці відбувалося збагачення природної руди (0.72% урану) до 1-1.5%. Далі йшли газова дифузійна установка та остання стадія - електромагнітний сепаратор, на якому вже проводився поділ ізотопів урану. Для виробництва "малюка" знадобилося 64 кг збагаченого урану, що становить ~2.5 критичні маси. До літа 1945 року було накопичено близько 50 кг 89% U-235 і 14 кг 50%. У результаті загальна концентрація склала ~80%. Якщо порівняти ці показники з плутонієвим ядром, маса Pu-239 в якому склала всього ~6 кілограмів, що містять у собі приблизно 5 критичних мас, стає видно головний недолік уранового проекту: труднощі забезпечення високої надкритичності речовини, що ділиться, внаслідок чого низьку ефективність зброї.

Для запобігання випадковому виникнення ланцюгової реакції в мішені міститься борова заглушка, а снаряд вкладений у борову оболонку. Бор є хорошим поглиначем нейтронів, таким чином збільшується безпека під час перевезення та зберігання спорядженого боєприпасу. Коли снаряд досягає мети, його оболонка відлітає, а заглушка в мішені викидається з неї.

Зібрана оболонка бомби складається з корпусу з карбіду вольфраму (службовцем відбивачем нейтронів), оточеного сталевою сорочкою діаметром приблизно 60 см. Загальна маса такої конструкції - близько 2.3 т. У просвердлений в сорочці отвір встановлений карбідний корпус, який вмонтована мішень. У днищі цього отвору можуть бути один або кілька берилієво-полонієвих ініціаторів. Стовбур, яким переміщається урановий снаряд міцно кріпиться на різьбленні до сталевого корпусу мішені, запозичений він від 75-мм зенітної зброї і розточений за розміром снаряда до 100 мм. Довжина ствола становить приблизно 2 м, маса – 450 кг, а казенної частини – 34 кг. Як метальна вибухова речовина використовується бездимний порох. Швидкість руху снаряда в стовбурі досягає близько 300 м/с, для приведення його в рух потрібна дія сили не менше ніж 300 кН.

Little Boy був надзвичайно небезпечним у зберіганні та транспортуванні бомбою. Детонація, нехай навіть і випадкова, метальна вибухова речовина (що призводить до руху снаряд), викликає ядерний вибух. З цієї причини повітряний спостерігач і фахівець із озброєння С. Парсонс вирішив завантажити порох у бомбу лише після зльоту. Втім, при досить сильному ударі при падінні снаряд може почати рухатися і без допомоги пороху, що здатне призвести до вибуху від кількох тонн до повної потужності. Little Boy становить небезпеку і при попаданні у воду. Уран, що знаходиться всередині, - кілька критичних мас в цілому, розділений повітрям. При попаданні всередину води вона може зіграти роль посередника, призводячи до ланцюгової реакції. Це призведе до швидкого розплавлення або невеликого вибуху з викидом великої кількості радіоактивних речовин.

Складання та застосування Little Boy.
Перші компоненти снаряда були закінчені в Лос-Аламосі 15 червня 1945 року, повністю ж вони були виготовлені до 3 липня.

14 липня Little Boy та урановий снаряд до нього були відвантажені на судно "Індіанаполіс" і 16 числа вирушили на о. Тініан, Маріанські о-ви. Корабель прибув на острів 26 липня.

24 Липня було закінчено виготовлення мішені для бомби та 26-го ці компоненти були відправлені трьома літаками C-54 з Альбукерке та прибули на Тініан 28-го.

31 липня Мета зі снарядом встановлені всередину бомби. Ядерна атака намічена наступного дня, 1 серпня, але тайфун, що наближається, змусив перенести операцію на 5 днів.

6 серпня:
00:00 Остання нарада, ціль - Хіросіма. Пілот - Тіббетс (Tibbets), 2-й пілот - Льюїс (Lewis).
02:45 Бомбардувальник злітає.
07:30 Бомба повністю готова до скидання.
08:50 Літак летить над японським островом Сікоку.
09:16:02 Little Boy вибухає на висоті 580 м. Потужність вибуху: 12-18 кт, за пізніми оцінками - 15 кт (+/- 20%).

За такої потужності вибуху та висота, де він був підірваний, оптимальна тиску ударної хвилі 12 psi (фунтів/квадратний дюйм), тобто. для максимізації області, підданої тиску 12 або більше psi. Для руйнування будівель міста достатньо тиску в 5 psi, чому відповідає висота ~860, таким чином, при установці такої висоти жертви та руйнування могли б бути ще більшими. Через неясність у визначенні потужності та великої кількості причин, що можуть викликати зменшення потужності вибуху, висота вибиралася помірно низькою, як у випадку з маленьким за силою зарядом. Висота 580 м оптимальна для вибуху в 5 кт.

Плутонієва атомна бомба Fat Man.

Ядро бомби є набір вкладених один одного сфер. Тут вони перераховуються у порядку вкладеності, наведено розміри для зовнішніх радіусів сфер:

* вибухова оболонка - 65 см,
* "штовхач"/поглинач нейтронів - 23 см,
* урановий корпус/відбивач нейтронів - 11.5 см,
* плутонієве ядро ​​- 4.5 см,
* берилієво-полонієвий нейтронний ініціатор - 1 см.

Нейтронний ініціатор
Перший ступінь - нейтронний ініціатор, званий також Урчин (Urchin), є берилієвою сферичною оболонкою, діаметром 2 см і товщиною 0.6 см. Усередині неї знаходиться бериллієвий вкладиш діаметром 0.8 см. Загальна вага конструкції становить близько 7 грамів. На внутрішній поверхні оболонки виготовлено 15 клиноподібних щілин, глибиною 2.09 мм. Сама оболонка отримана гарячим пресуванням в атмосфері карбонільного нікелю, поверхня її та внутрішньої сфери покрита шаром нікелю та золота. На внутрішній сфері та щілинах в оболонці обложено 50 кюрі полонію-210 (11 мг). Шари золота і нікелю оберігають берилій від альфа-часток, що випускаються полонієм або навколишнім ініціатором плутонієм. Ініціатор закріплений на кронштейні всередині порожнини діаметром 2.5 см у плутонієвому ядрі.

Урчин активізується при досягненні ударної хвилі центру заряду. Коли ударна хвиля досягає стінок внутрішньої порожнини в плутонії, ударна хвиля з плутонію, що випарувався, впливає на ініціатор, змінюючи щілини з полонієм і створюючи ефект Манро (Munroe) - сильні струмені речовини, які швидко змішують полоній і берилій із зовнішньої та внутрішньої сфер. Альфа-частинки, що випускаються Po-210, поглинаються атомами берилію, які у свою чергу випускають нейтрони.

Плутонієвий заряд.
Дев'ятисантиметрова сфера з порожниною в центрі розміром 2.5 см для нейтронного ініціатора. Цю форму заряду запропонував Роберт Крісті (Robert Christy) зменшення асиметрії і нестабільності при імплозії.

Плутоній у ядрі стабілізований у дельта-фазі з низькою щільністю (щільність 15.9) за допомогою сплавлення його з 3% галію за кількістю речовини (0.8% за масою). Переваги використання дельта-фази в порівнянні з більш щільною альфа-фазою (щільність 19.2) полягають у тому, що дельта-фаза ковка та податлива, у той час як альфа-фаза ламка і крихка, крім того, стабілізація плутонію в дельта-фазі дозволяє уникнути усадки при охолодженні та деформації заготовки після лиття або гарячої обробки. Може здатися, що використання для ядра матеріалу з більш низькою щільністю може бути невигідним, так як застосування більш щільного матеріалу краще через підвищення ефективності та зниження кількості необхідного плутонію, але це виявляється не зовсім так. Дельта-стабілізований плутоній піддається переходу в альфа-фазу за відносно низького тиску в десятки тисяч атмосфер. Тиск кілька мільйонів атмосфер, що виникає при імплозійному вибуху робить цей перехід поряд з іншими явищами, що виникають при такому стисканні. Таким чином, з плутонієм у дельта-фазі відбувається більше збільшення щільності та більший введення реактивності, ніж це відбувалося б у випадку із щільною альфа-фазою.

Ядро зібрано з двох напівсфер, ймовірно спочатку відлитих у заготовки, а потім оброблених гарячим пресуванням в атмосфері карбонільного нікелю. Так як плутоній хімічно дуже активний метал, а, крім того, що представляє небезпеку для життя, кожна напівсфера покрита шаром нікелю (або срібла, як повідомлялося для ядра Gadget"а). Це покриття створило неприємність з ядром Gadget"а, так як швидке гальванопокриття плутонію нікелем (або сріблом) призвело до утворення раковин у металі та непридатності його до використання в ядрі. Бережне шліфування та нашаровування шарів золота відновили отримані напівсферами дефекти. Тим не менш, тонкий золотий прошарок (близько 0.1 мм товщиною) між напівсферами був у будь-якому випадку необхідною частиною проекту, що служить для запобігання передчасному проникненню струменів ударної хвилі між напівсферами, що могло б передчасно активізувати нейтронний ініціатор.

Урановий корпус/відбивач нейтронів.
Плутонієвий заряд оточений корпусом із природного урану масою 120 кг та діаметром 23 см. Цей корпус утворює семи сантиметровий шар навколо плутонію. Товщина урану обумовлена ​​завданням збереження нейтронів, так що шару в кілька сантиметрів достатньо для забезпечення гальмування нейтронів. Більш товстий корпус (перевищує по товщині 10 см) додатково забезпечує значне збереження нейтронів для всієї конструкції, проте, ефект "тимчасового поглинання" властивий швидким ланцюговим реакціям, що експоненційно розвивається, зменшує вигоди від використання більш товстого відбивача.

Близько 20% енергії бомби виділяється за рахунок швидкого поділу уранового корпусу. Ядро та корпус утворюють разом мінімально підкритичну систему. Коли за допомогою імплозійного вибуху відбувається стиск складання до 2.5 разів у порівнянні зі звичайною щільністю, ядро ​​починає містити близько чотирьох-п'яти критичних мас.

"Товкач"/поглинач нейтронів.
Навколишній уран шар алюмінію товщиною 11.5 см важить 120 кг. Основне призначення цієї сфери, званої "штовхачем", полягає у зменшенні дії тейлорової хвилі, швидкого зниження тиску, що відбувається позаду детонаційного фронту. Ця хвиля має тенденцію зростати при імплозії, викликаючи все більш швидке падіння тиску при сходження детонаційного фронту в одну точку. Часткове відображення ударної хвилі, що відбувається на межі розділу вибухівка (композиція "Б")/алюміній (внаслідок відмінності щільностей: 1.65/2.71) відправляє вторинний фронт назад у вибухівку, пригнічуючи хвилю тейлора. Це посилює тиск минулої хвилі, збільшуючи стиск у центрі ядра.

Алюмінієвий "штовхач" містить у собі і частку бору. Так як сам по собі бор крихка неметалічна речовина, важка у застосуванні, ймовірно, що він міститься у формі зручного в обробці сплаву з алюмінієм, званого боракс (35-50% бору). Хоча загальна його частка в оболонці невелика, бір відіграє роль поглинача нейтронів, запобігаючи потраплянню назад у плутонієво-уранову збірку нейтронів, що вилітають звідти, сповільнилися в алюмінії і вибухівці до теплових швидкостей.

Вибухова оболонка та детонаційна система.
Вибухова оболонка є шаром бризантної вибухової речовини. Її товщина близько 47 см, а маса щонайменше 2500 кг. Ця система містить 32 вибухові лінзи, 20 з яких шестикутні, а 12 – п'ятикутні. Лінзи з'єднуються разом за зразком футбольного м'яча, утворюючи сферичне вибухове складання, близько 130 см діаметром. Кожна має 3 частини: дві з них виготовлені з вибухової речовини (ВВ) з великою швидкістю детонації, одна з низькою. Найкраща частина швидкодетонуючого ВР має конусоподібне поглиблення, заповнене ВР з низькою швидкістю детонації. Ці пов'язані частини формують діючу лінзу, здатну створювати круглу, зростаючу ударну хвилю, спрямовану в центр. Внутрішня сторона швидкодетонуючого ВР майже покриває алюмінієву сферу для посилення удару, що сходить.

Лінзи виготовлялися точним литтям, тому вибухівка повинна була бути розплавлена ​​перед використанням. Основним швидкодетонуючим ВР була "композиція Б", суміш 60% гексагену (RDX) - дуже швидкодетонуюче, але погано плавиться бризантне ВР, 39% тротилу (TNT) - добре ВР, що легко плавиться і 1% воску. "Повільним" ВР був баратол - суміш тротилу і нітрату барію (частка толу зазвичай 25-33%) з 1% воску як сполучної речовини.

Склад та щільність лінз точно контролювались і залишалися незмінними. Лінзова система підганялася з дуже малим допуском, так що її частини з'єднувалися один з одним з точністю менше 1 мм, щоб уникнути неоднорідностей в ударній хвилі, але вирівнювання поверхні лінз було навіть більш важливим, ніж припасування їх один до одного.

Для отримання дуже точної синхронізації детонаторів, у стандартних детонаторів були відсутні комбінації первинних/вторинних ВР і були провідники, що електрично нагрівалися. Ці провідники є відрізками тонкого дроту, які моментально випаровуються від кидка струму, отриманого від потужного конденсатора. Відбувається підрив вибухової речовини детонатора. Розряд конденсаторної батареї та випаровування дроту у всіх детонаторів може бути здійснено практично одномоментно - різниця становить +/-10 наносекунд. Зворотний бік такої системи - необхідність у великих батареях, високовольтному джерелі живлення та потужного банку конденсаторів (званого X-Unit, близько 200 кг вагою), призначених для одночасного спрацювання 32 детонаторів.

Готова вибухова оболонка міститься в корпус з дюралюмінію. Конструкція корпусу складалася з центрального пояса, зібраного з 5 оброблених алюмінієвих виливків, і верхньої та нижньої півсфер, що утворюють закінчену оболонку.

Кінцева стадія складання.
Фінальний проект бомби передбачає особливу "кришку", через яку в кінці закладаються матеріали, що діляться. Заряд може бути виготовлений повністю, крім вставки плутонію з ініціатором. З метою безпеки, складання завершується безпосередньо перед практичним застосуванням. Видаляється алюмінієва півсфера разом із однією з вибухових лінз. Нейтронний ініціатор встановлюється між плутонієвими напівсферами і кріпиться всередині 40-кілограмового уранового циліндра і потім вся ця конструкція вкладається всередину уранового відбивача. Лінза повертається своє місце, до неї підключається детонатор, зверху прикручується на місце кришка.

Fat Man представляв серйозну небезпеку в плані доставки та зберігання в готовому до використання стані, щоправда, навіть у найгіршому випадку небезпека була все ж таки менша, ніж у Little Boy. Критична маса ядра з урановим відбивачем становить 7.5 кг плутонію для дельта-фази і лише 5.5 кг для альфа-фази. Будь-яка випадкова детонація вибухової оболонки може призводити до стиснення 6.2-кілограмового ядра Fat Man"а в надкритичну альфа-фазу. Передбачувана потужність вибуху від такого несанкціонованого спрацювання заряду становитиме від десятків тонн (грубо кажучи на порядок більше, ніж заряд вибухівки в бомбі) пари-другий сотень тонн тротилового еквівалента, але головна небезпека криється від потоку проникаючої радіації під час вибуху. дозу опромінення 640 бер на відстані 250 м.

Перевезення Fat Man"а з міркувань безпеки ніколи не здійснювалося в повністю зібраному вигляді, бомби завершували безпосередньо перед застосуванням. Внаслідок складності зброї на цей процес вимагалося щонайменше кілька днів (з урахуванням проміжних перевірок). Зібрана бомба не могла довго перебувати у працездатному. стані через розряд батарей X-Unit"а.

Обриси бойової плутонієвої бомби в основному складаються з конструкції експериментального Gadget"а, упакованого в сталеву оболонку. Дві половини сталевого еліпсоїда кріпляться до бандажу вибухової системи разом з X-Unit"ом, батареями, запобіжниками та пусковою електронікою розміщені на передній стороні оболонки.

Як і в Little Boy, висотним запалом у Fat Man'і служить радіолокаційна далекомірна система "Атчіс" (Archies - її антени можна бачити збоку на фотографіях Little Boy'я). Під час досягнення зарядом потрібної висоти над землею (встановлена ​​на 1850+-100 футів) вона видає сигнал до детонації. Крім нього, бомба оснащена ще й барометричним датчиком, що запобігає вибуху вище 7000 футів.

Бойове застосування плутонієвої бомби.
Остаточне складання Товстуна проходило на о. Тініан.

26 липня 1945 плутонієве ядро ​​з ініціатором відправлено літаком C-54 з авіабази Кіртленд на Тініан.

28 Липня ядро ​​приходить на острів. Цього дня три B-29 відправляються з Кіртленда на Тініан із трьома попередньо зібраними Fat Man'ами.

2 серпня - прибуття B-29. Дата бомбардування визначена як 11 серпня, мета – арсенал у Кокурі. Неядерна частина першої бомби виявилася готовою до 5 серпня.

7 серпня приходить прогноз про несприятливі для польоту 11 числа метеоумови, дата польоту зрушується на 10, потім - на 9 серпня. Через зсув дати, ведуться прискорені роботи зі збирання заряду.

8-го вранці збірка Fat Man"а завершується, до 22:00 він завантажений в B-29 "Block"s Car".

9 серпня:
03:47 Літак злітає з Тініана, мету визначено як Кокурський арсенал. Пілот - Чарльз Свіні (Charles Sweeney).
10:44 Час підльоту до Кокури, але ціль невидима в умовах поганої видимості. Вогонь зенітної артилерії та поява японських винищувачів змушують припинити пошуки та повернути у бік запасної мети - Нагасакі.
Над містом виявився шар хмарності - як і над Кокурою, пального залишалося тільки на один захід, тому бомба була скинута в перший відповідний просвіт у хмарах за кілька миль від призначеної мети.
11:02 Відбувається вибух на висоті 503 м поблизу кордону міста, потужність за даними вимірів 1987 року – 21 кт. Незважаючи на те, що вибух стався на межі населеної частини міста, кількість жертв перевищила 70 000 людей. Було зруйновано і збройові виробництва Міцубісі.

Класифікація ядерної зброї

Усі ядерні боєприпаси можуть бути поділені на дві основні категорії:

«Атомні» - однофазні або одноступінчасті пристрої, в яких основний вихід енергії походить від ядерної реакції розподілу важких елементів (урану-235 або плутонію) з утворенням легших елементів.

«Водневі» - двофазні або двоступінчасті пристрої, в яких послідовно розвиваються два фізичні процеси, локалізовані в різних областях простору: на першій стадії основним джерелом енергії є реакція поділу ядер, а на другій реакції поділу та термоядерного синтезу використовуються в різних пропорціях, залежно від типу та налаштування боєприпасу. Перша стадія запускає другу, у ході якої виділяється найбільша частина енергії вибуху. Термін термоядерна зброя використовується як синонім для «водневого».

Іноді в окрему категорію виділяється нейтронна зброя – двофазний боєприпас малої потужності (від 1 кт до 25 кт), у якому 50 – 75 % енергії виходить за рахунок термоядерного синтезу. Оскільки основним переносником енергії при синтезі є швидкі нейтрони, при вибуху такого боєприпасу вихід нейтронів може в кілька разів перевищувати вихід однофазних ядерних пристроїв порівнянної потужності. За рахунок цього досягається істотно більша вага вражаючих факторів нейтронне випромінювання та наведена радіоактивність (до 30% від загального енерговиходу), що може бути важливим з точки зору завдання зменшення радіоактивних опадів та зниження руйнувань на місцевості за високої ефективності застосування проти танків та живої сили. Слід зазначити міфічний характер уявлень про те, що нейтронна зброя вражає виключно людей і залишає безпеку будови. За руйнівним впливом вибух нейтронного боєприпасу в сотні разів перевершує будь-який неядерний боєприпас.

Прийнято ділити ядерні боєприпаси за потужністю п'ять груп:

надмалі (менше 1 кт);

малі (1 - 10 кт);

середні (10 – 100 кт);

великі (великій потужності) (100 кт - 1 Мт);

надвеликі (надвеликій потужності) (понад 1 Мт).

Це вид атомної бомби, у якому зарядом є ізотопи урану. Кістяком уранової бомби є некерована ланцюгова реакція поділу ядра урану. У вужчому сенсі - це вибуховий пристрій, що застосовує енергію поділу важких ядер урану. Пристрої, які застосовують енергію, що виділяється при злитті легких ядер, звуться термоядерних. Уран у природі існує у вигляді двох ізотопів – уран-235 та уран-238. У процесі поглинання ураном-235 нейтрон під час розпаду випускається від одного до трьох нейтронів. Уран-238, навпаки, у процесі поглинання нейтронів не випускає нові, тим самим перешкоджаючи перебігу ядерної реакції. Він перетворюється на уран-239, після чого на нептуній-239 і врешті-решт порівняно стабільний плутоній-239. Залежно від виду ядерного заряду можна розділити на уранову бомбу, термоядерну зброю та нейтронну зброю. Для того щоб ядерна бомба була боєздатною, концентрація урану-235 в ядерному паливі не повинна бути менше 80%, в іншому випадку уран-238 дуже швидко погасить ланцюгову ядерну реакцію, що встановилася. Природний уран майже весь (приблизно 99,3%) складається з урану-238. Внаслідок чого під час виробництва ядерного палива використовують дуже складний, багатоступінчастий процес збагачення урану, внаслідок якого частина урану-235 підвищується. Бомби, засновані на урані, були першою ядерною зброєю, застосованою людиною у військових умовах (бомба «Малюк», скинута Америкою на Хіросіму). Завдяки ряду недоліків, наприклад, таких, як труднощі отримання, виготовлення та доставки, на сьогоднішній день уранові бомби не дуже популярні, поступаючись своїм місцем досконалим бомбам на базі інших радіоактивних елементів, що мають нижчу критичну масу.