Il y a 60 ans - le 29 août 1949 - la première bombe atomique soviétique RDS-1 d'une puissance déclarée de 20 kt était testée avec succès sur le site d'essai de Semipalatinsk. Grâce à cet événement, la parité militaire stratégique entre l'URSS et les États-Unis aurait été établie dans le monde. Et une guerre hypothétique aux conséquences catastrophiques pour l'Union soviétique a été réalisée dans son état froid d'agrégation.
Sur les traces du projet Manhattan
L'Union soviétique (comme d'ailleurs l'Allemagne) avait toutes les raisons de devenir un leader dans la course au nucléaire. Cela ne s'est pas produit en raison du grand rôle que la science a joué dans l'idéologie du nouveau gouvernement. La direction du Parti communiste, suivant les préceptes du travail immortel "Matérialisme et empirio-critique", a observé avec anxiété l'épanouissement de "l'idéalisme physique". Dans les années 1930, Staline était enclin à faire confiance non pas aux physiciens qui soutenaient qu'avec l'aide d'une certaine réaction en chaîne dans les isotopes d'éléments lourds, il était possible de libérer une énergie énorme, mais à ceux qui défendaient les principes matérialistes de la science.
Certes, les physiciens soviétiques n'ont commencé à parler des possibilités d'utilisation militaire de l'énergie nucléaire qu'en 1941. Georgy Nikolaevich Flerov (1913-1990), qui avant la guerre dans le laboratoire d'Igor Vasilyevich Kurchatov (1903-1960) a travaillé sur le problème de la réaction en chaîne de la fission de l'uranium, puis a servi comme lieutenant dans l'armée de l'air, a envoyé deux fois lettres à Staline dans lesquelles il regrettait « une grosse erreur » et « la reddition volontaire des positions d'avant-guerre dans la recherche en physique nucléaire ». Mais en vain.
Ce n'est qu'en septembre 1942, lorsque les services de renseignements ont pris connaissance du déploiement du projet américain Manhattan, dirigé par Robert Oppenheimer (1904-1967), issu des activités de la Commission anglo-américaine de l'uranium, que Staline a signé un décret « Sur l'organisation des travaux sur l'uranium." … Il a ordonné à l'Académie des sciences de l'URSS « de reprendre les travaux sur l'étude de la faisabilité de l'utilisation de l'énergie atomique par fission de l'uranium et de soumettre au Comité de défense de l'État avant le 1er avril 1943, un rapport sur la possibilité de créer une bombe à uranium ou un combustible à l'uranium.."
A la mi-avril 1943 à Moscou, à Pokrovsky-Streshnevo, est créé le Laboratoire n°2 qui regroupe les plus grands physiciens du pays. Kurchatov a dirigé le laboratoire, et la direction générale du "travail d'uranium" a d'abord été attribuée à Molotov, mais Beria l'a ensuite remplacé dans cette fonction.
Il est tout à fait compréhensible que les ressources de l'Union soviétique étaient incomparables avec les capacités que possédaient les États pas trop accablés par la guerre. Cependant, ce n'est pas la seule explication de l'énorme écart dans l'échelle des développements réalisés à Los Alamos et à Moscou. 12 lauréats du prix Nobel des États-Unis et d'Europe, 15 mille scientifiques, ingénieurs et techniciens, 45 mille ouvriers, 4 mille sténographes, dactylographes et secrétaires, mille agents de sécurité qui assuraient le régime de l'extrême secret ont participé au projet Manhattan. Le Laboratoire n°2 compte 80 personnes, dont 25 seulement sont des chercheurs.
A la fin de la guerre, les travaux ne démarrent pratiquement pas: dans le Laboratoire n° 2, ainsi que dans les Laboratoires n° 3 et n° 4 ouverts au début de 1945, des méthodes sont recherchées pour obtenir du plutonium dans des réacteurs de diverses principes de fonctionnement. C'est-à-dire qu'ils étaient engagés dans des développements scientifiques et non expérimentaux et de conception.
Les bombardements atomiques d'Hiroshima et de Nagasaki ont en effet ouvert les yeux du gouvernement de l'URSS sur l'ampleur de la menace qui pèse sur le pays. Et puis un comité spécial a été créé, dirigé par Beria, qui a reçu des pouvoirs d'urgence et un financement illimité. La lenteur des travaux de recherche a été remplacée par un bond en avant énergique et innovant. En 1946, le réacteur uranium-graphite lancé dans le laboratoire de Kurchatov commence à produire du plutonium 239 en bombardant de l'uranium avec des neutrons lents. Dans l'Oural, en particulier à Chelyabinsk-40, plusieurs entreprises ont été créées pour la production d'uranium et de plutonium de qualité militaire, ainsi que des composants chimiques nécessaires à la fabrication d'une bombe.
A Sarov, près d'Arzamas, une branche du Laboratoire n°2 a commencé à être créée, appelée KB-11, il s'est vu confier le développement de la conception de la bombe et ses tests au plus tard au printemps 1948. Et au début il fallait fabriquer une bombe au plutonium. Ce choix était prédéterminé par le fait que le laboratoire n°2 disposait d'un schéma détaillé de la bombe américaine au plutonium "Fat Man" larguée sur Nagasaki, qui fut remise aux renseignements soviétiques par le physicien allemand Claus Foocks (1911-1988) qui participa à son développement, qui a adhéré aux vues communistes. La direction soviétique était pressée face aux relations tendues avec les États-Unis et voulait obtenir un résultat positif garanti. A cet égard, le responsable scientifique du projet, Kurchatov, n'avait pas le choix.
Uranium ou Plutonium ?
Le schéma classique d'une réaction nucléaire en chaîne dans l'isotope de l'uranium 235U est une fonction exponentielle du temps avec la base 2. Un neutron, entrant en collision avec le noyau de l'un des atomes, le scinde en deux fragments. Cela libère deux neutrons. À leur tour, ils ont déjà divisé deux noyaux d'uranium. À l'étape suivante, il se produit deux fois plus de fissions - 4. Puis - 8. Et ainsi de suite, progressivement, jusqu'à ce que, encore une fois, relativement parlant, toute la matière ne soit plus constituée de fragments de deux types, dont les masses atomiques sont d'environ 95/ 140. En conséquence, une énorme énergie thermique est libérée, dont 90 % est fournie par l'énergie cinétique des fragments volants (chaque fragment représente 167 MeV).
Mais pour que la réaction se déroule ainsi, il faut qu'aucun neutron ne soit gaspillé. Dans un petit volume de "combustible", les neutrons libérés lors du processus de fission des noyaux s'envolent, sans avoir le temps de réagir avec les noyaux d'uranium. La probabilité d'occurrence d'une réaction dépend également de la concentration de l'isotope 235U dans le "combustible", qui est constitué de 235U et 238U. Puisque l'238U absorbe les neutrons rapides qui ne participent pas à la réaction de fission. L'uranium naturel contient 0,714 % de 235U, enrichi, de qualité militaire, il doit être à au moins 80 %.
De même, bien qu'avec ses propres spécificités, la réaction se déroule dans l'isotope du plutonium 239Pu
D'un point de vue technique, il était plus facile de créer une bombe à l'uranium qu'une bombe au plutonium. Certes, il fallait un ordre de grandeur en plus d'uranium: la masse critique de l'uranium-235, dans laquelle se déroule la réaction en chaîne, est de 50 kg, et pour le plutonium-239 elle est de 5,6 kg. Dans le même temps, obtenir du plutonium de qualité militaire en bombardant de l'uranium-238 dans un réacteur n'est pas moins laborieux que de séparer l'isotope de l'uranium-235 du minerai d'uranium dans des centrifugeuses. Ces deux tâches ont nécessité au moins 200 tonnes de minerai d'uranium. Et leur solution nécessitait un investissement maximal des ressources financières et de production par rapport au coût total du projet nucléaire soviétique. En ce qui concerne les ressources humaines, l'Union soviétique a dépassé de nombreuses fois les États-Unis au fil du temps: au final, 700 000 personnes, pour la plupart des prisonniers, ont été impliquées dans la création de la bombe.
« Enfant » ou « Gros homme » ?
La bombe à l'uranium larguée par les Américains sur Hiroshima et baptisée « Kid » a été récupérée dans un canon emprunté à un canon antiaérien de 75 millimètres percé au diamètre requis. Il y a eu six cylindres d'uranium connectés en série les uns aux autres avec une masse totale de 25,6 kg. La longueur du projectile était de 16 cm, le diamètre était de 10 cm Au bout du canon se trouvait une cible - un cylindre d'uranium creux d'une masse de 38, 46 kg. Son diamètre extérieur et sa longueur étaient de 16 cm. Pour augmenter la puissance de la bombe, la cible était montée dans un réflecteur à neutrons en carbure de tungstène, ce qui permettait de réaliser une "combustion" plus complète de l'uranium participant à la réaction en chaîne.
La bombe avait un diamètre de 60 cm, une longueur de plus de deux mètres et pesait 2300 kg. Son fonctionnement a été effectué en enflammant une charge de poudre, qui a entraîné les cylindres d'uranium le long d'un canon de deux mètres à une vitesse de 300 m / s. Dans le même temps, les coques de protection en bore ont été détruites. Au « bout de la trajectoire », le projectile est entré dans la cible, la somme des deux moitiés a dépassé la masse critique et une explosion s'est produite.
Le dessin de la bombe atomique, apparu en 1953 au procès dans l'affaire des époux Rosenberg, accusés d'espionnage atomique au profit de l'URSS. Fait intéressant, le dessin était secret et n'a été montré ni au juge ni au jury. Le dessin n'a été déclassifié qu'en 1966. Photo: ministère de la Justice. Bureau des États-Unis Avocat du district judiciaire sud de New York
Les militaires, à qui l'on confiait l'utilisation au combat du « Malysh », craignaient que, s'il était manipulé avec négligence, tout coup puisse entraîner la détonation de la mèche. Par conséquent, la poudre à canon n'a été chargée dans la bombe qu'après le décollage de l'avion.
Le dispositif de la bombe au plutonium soviétique, à l'exception de ses dimensions, installé dans la soute à bombes du bombardier lourd Tu-4, et l'équipement de déclenchement lorsque la pression atmosphérique d'une valeur donnée était atteinte, répétaient exactement le "bourrage" de une autre bombe américaine - "Fat Man".
La méthode au canon consistant à rapprocher deux morceaux de masse semi-critique n'est pas adaptée au plutonium, car cette substance a un fond de neutrons nettement plus élevé. Et lorsque les pièces sont rassemblées à une vitesse atteignable avec le poussoir de dynamitage, avant le début d'une réaction en chaîne due à un fort échauffement, la fusion et l'évaporation du plutonium devraient se produire. Et cela devrait inévitablement conduire à une destruction mécanique de la structure et à la libération de substance n'ayant pas réagi dans l'atmosphère.
Par conséquent, dans la bombe soviétique, comme dans la bombe américaine, la méthode de compression dynamique d'un morceau de plutonium par une onde de choc sphérique a été utilisée. La vitesse des vagues atteint 5 km / s, grâce à quoi la densité de la substance augmente de 2,5 fois.
La partie la plus difficile d'une bombe à implosion est de créer un système de lentilles explosives, ressemblant visuellement à la géométrie d'un ballon de football, qui dirigent l'énergie strictement au centre d'un morceau de plutonium, de la taille d'un œuf de poule, et le pressent symétriquement avec un erreur de moins d'un pour cent. De plus, chacune de ces lentilles, constituée d'un alliage de TNT et de RDX additionné de cire, avait deux types de fragments - rapides et lents. Lorsqu'en 1946, l'un des participants au projet Manhattan a été interrogé sur les perspectives de création d'une bombe soviétique, il a répondu qu'elle n'apparaîtrait pas plus tôt que 10 ans plus tard. Et seulement parce que les Russes se débattront longtemps sur le problème de la symétrie idéale de l'implosion.
"Fat Man" soviétique
La bombe soviétique RDS-1 avait une longueur de 330 cm, un diamètre de 150 cm et pesait 4 700 kg. Des sphères emboîtées de manière concentrique ont été placées à l'intérieur du corps en forme de goutte avec un stabilisateur classique en forme de X.
Au centre de toute la structure se trouvait un "fusible à neutrons", qui était une boule de béryllium, à l'intérieur de laquelle se trouvait une source de neutrons au polonium-210 protégée par une coque en béryllium. Lorsque l'onde de choc a atteint la mèche, le béryllium et le polonium se sont mélangés, et des neutrons « enflammant » une réaction en chaîne ont été libérés dans le plutonium.
Viennent ensuite deux hémisphères de 10 centimètres de plutonium 239 dans un état de densité réduite. Cela a rendu le plutonium plus facile à traiter et la densité finale requise était le résultat de l'implosion. La distance de 0,1 mm entre les hémisphères était remplie d'une couche d'or, qui empêchait la pénétration prématurée de l'onde de choc dans la fusée neutronique.
La fonction de réflecteur de neutrons était assurée par une couche d'uranium naturel de 7 cm d'épaisseur et pesant 120 kg. Une réaction de fission s'y est produite avec la libération de neutrons, qui ont été partiellement restitués à un morceau de plutonium. L'uranium-238 a donné 20% de la puissance de la bombe.
La couche "pousseur", qui est une sphère d'aluminium de 11,5 cm d'épaisseur et pesant 120 kg, était destinée à amortir l'onde de Taylor, qui entraîne une forte baisse de pression derrière le front de détonation.
La structure était entourée d'un obus explosif de 47 cm d'épaisseur et pesant 2500 kg, qui consistait en un système complexe de lentilles explosives focalisées vers le centre du système. 12 lentilles étaient pentagonales, 20 étaient hexagonales. Chaque lentille se composait de sections alternées d'explosifs à détonation rapide et lente, qui avaient une formule chimique différente.
La bombe disposait de deux systèmes de détonation autonomes - dès l'impact au sol et lorsque la pression atmosphérique atteignait une valeur prédéterminée (fusible à haute altitude).
Cinq bombes RDS-1 ont été fabriquées. Le premier d'entre eux a explosé dans une décharge près de Semipalatinsk en position terrestre. La puissance d'explosion a été officiellement enregistrée à 20 kt, mais au fil du temps, il s'est avéré qu'il s'agissait d'une estimation trop élevée. Réel - à la moitié du niveau. À ce moment-là, les Américains possédaient déjà 20 bombes de ce type et toute revendication de parité était sans fondement. Mais le monopole était rompu.
Quatre autres de ces bombes n'ont jamais été lancées en l'air. Le RDS-3, un développement soviétique original, a été mis en service. Cette bombe, avec ses dimensions et son poids réduits, avait une puissance de 41 kt. Cela est devenu possible, notamment, grâce à l'amélioration de la réaction de fission du plutonium par la réaction thermonucléaire de fusion du deutérium et du tritium.
