Тонкий человек (ядерная бомба)
| Тонкий человек | |
|---|---|
 Корпуса для испытаний плутониевой пушки «Тонкий человек» | |
| Тип | Ядерное оружие |
| Место происхождения | Соединенные Штаты |
| История производства | |
| Дизайнер | Лос-Аламосская лаборатория |
| Технические характеристики | |
| Длина | 17 футов (5,2 м) |
| Диаметр | 38 дюймов (97 см) |
| Наполнение | Плутоний |
« Тонкий человек » было кодовым названием предполагаемой плутонии работающей на ядерной бомбы пушечного типа, , которую Соединенные Штаты разрабатывали во время Манхэттенского проекта . Его разработка была прекращена в 1944 году после того, как было обнаружено, что спонтанного деления скорость плутония, полученного в ядерном реакторе, слишком высока для использования в конструкции пушечного типа из-за высокой концентрации изотопа плутония-240 .
Ранние решения
В 1942 году, до того, как армия Соединенных Штатов взяла на себя контроль над атомными исследованиями военного времени в рамках так называемого Манхэттенского проекта , Роберт Оппенгеймер провел конференции в Чикаго в июне и в Беркли, Калифорния , в июле, на которых физики обсуждали вопросы конструкции ядерной бомбы. Была выбрана конструкция пушечного типа , в которой две субкритические массы плутония . соединялись путем выстрела «пулей» в «мишень» [1] Альтернативная идея ядерного оружия имплозивного типа была предложена Ричардом Толманом , но она не привлекла особого внимания, поскольку была гораздо более сложной. [2]
Оппенгеймер рассмотрел свои варианты в начале 1943 года и отдал приоритет оружию пистолетного типа. [2] но в качестве защиты от угрозы преддетонации он создал Группу Е-5 в Лос-Аламосской лаборатории под руководством Сета Неддермейера для исследования имплозии. Было установлено, что бомбы имплозивного типа значительно более эффективны с точки зрения мощности взрывчатого вещества на единицу массы делящегося материала в бомбе, поскольку сжатые делящиеся материалы реагируют быстрее и, следовательно, более полно. Но было решено, что основная часть исследовательских работ будет направлена на создание плутониевой бомбы пушечного типа, поскольку это был проект с наименьшей степенью неопределенности. Предполагалось, что из него можно будет легче адаптировать урановую бомбу пушечного типа. [3]
Именование [ править ]
Конструкции пистолетного и имплозивного типа имели кодовые названия «Тонкий человек» и « Толстяк » соответственно. Эти кодовые имена были созданы Робертом Сербером , бывшим студентом Оппенгеймера, работавшим над Манхэттенским проектом. Он выбрал их, основываясь на их дизайнерской форме; «Тонкий человек» будет очень длинным устройством, а название пришло из Дэшила Хэммета детективного романа «Тонкий человек» и серии фильмов одноименной . Толстяк был круглым и толстым и был назван в честь Сиднея Гринстрита персонажа в «Мальтийском соколе» . Man . Дизайн уранового пистолета Little Boy появился позже и был назван только для контраста с Thin [4] Кодовые названия «Тонкий человек» и «Толстяк» Лос-Аламоса были приняты ВВС США (USAAF). Была придумана легенда о том, что Silverplate рассказывает о модификации автомобиля Pullman для использования президентом Франклином Рузвельтом (Тонкий человек) и премьер-министром Соединенного Королевства Уинстоном Черчиллем (Толстяк) во время секретного тура по Соединенным Штатам. [5] Персонал ВВС использовал кодовые имена по телефону, чтобы создать впечатление, будто они модифицируют самолет для Рузвельта и Черчилля. [6]
Развитие [ править ]
Для работы над конструкцией плутониевой пушки Оппенгеймер собрал в Лос-Аламосской лаборатории команду, в которую входили старший инженер Эдвин Макмиллан и старшие физики Чарльз Кричфилд и Джозеф Хиршфельдер . Кричфилд работал с башмаками , которые, по мнению Оппенгеймера, потребуются Тонкому Человеку для достижения высоких начальных скоростей, критической сборки необходимых для ; Хиршфельдер работал над внутренней баллистикой . Оппенгеймер сам руководил разработкой до июня 1943 года, когда ВМС США прибыл капитан Уильям Стерлинг Парсонс и взял на себя управление артиллерийским и инженерным отделом и непосредственное руководство проектом «Тонкий человек». [7]
Эти четверо создали и испытали все элементы конструкции «Тонкого человека» в период с апреля 1943 по август 1944 года. Парсонс, разработавший неконтактный взрыватель для ВМФ, руководил подразделением и поддерживал связь с другими агентствами. В качестве главы группы по снарядам, мишеням и источникам Е-6 Кричфилд рассчитал критические массы и ввел систему живых испытаний с использованием масштабных моделей с использованием 20-мм пушек и 3-дюймовых орудий . Их было легко и легко получить, в то время как на производство полномасштабных трубок «Тонкого человека» уходили месяцы. [8] С плутонием провести испытания не удалось, так как его еще не было в наличии. Действительно, реальные физические характеристики металла в то время были не более чем обоснованными предположениями. [9]
Хиршфельдер возглавлял группу внутренней баллистики E-8. Его группа проводила математические расчеты, но ему также предстояло найти подходящий порох , воспламенитель и капсюль . Его группа провела полномасштабные испытания своих селекций. [10] Определение физического размера бомбы оказалось важным, когда дело дошло до выбора подходящего самолета для ее перевозки. [9] Группа Е-8 оценила начальную скорость орудия примерно в 3000 футов в секунду (910 м/с), что близко к максимально достижимому в 1944 году. [11] и подсчитал, что давление в стволе составит до 75 000 фунтов на квадратный дюйм (520 000 кПа). [9]
Хотя конструкторы оружия считали, что просто собрать критическую массу будет достаточно, Сербер предложил, чтобы конструкция также включала инициатор . Инициатор полоний -210 - бериллий 140 дней был выбран потому, что полоний-210 имеет период полураспада , что позволяло хранить его в запасах, и его можно было получить из природных руд из Порт-Хоупа, Онтарио . Оппенгеймер потребовал, чтобы он также производился в графитовом реакторе X-10 на инженерном заводе Клинтона в Ок-Ридже, штат Теннесси , или, когда они станут доступны, в реакторах на инженерном заводе Хэнфорда в штате Вашингтон . [12]
Технические характеристики [ править ]
Проект «Тонкий человек» был ранним проектом ядерного оружия, предложенным до того, как плутоний был успешно получен в ядерном реакторе путем облучения урана-238 . Предполагалось, что плутоний, как и уран-235 , можно собрать в критическую массу пушечным методом , заключающимся в стрельбе из одного подкритического куска в другой. Чтобы избежать преддетонации или « вспыхивания », плутониевую «пулю» необходимо будет разогнать до скорости не менее 3000 футов в секунду (910 м/с), иначе реакция деления начнется до того, как сборка будет завершена, взорвав плутониевую пулю. устройство разобрать преждевременно. [11]
Тонкий Человек имел длину 17 футов (5,2 м), ширину хвоста и носа 38 дюймов (97 см) и среднюю часть 23 дюйма (58 см). Длина была необходима для того, чтобы плутониевая «пуля» достигла достаточной скорости до достижения «мишени». Вес последней модели оружия составлял примерно 8000 фунтов (3600 кг). [13] В арсенале ВВС США не было самолетов, которые могли бы нести «Тонкого человека» без модификации, и в 1943 году Норман Рэмси предложил британский «Авро Ланкастер» как единственный самолет, способный нести «Тонкого человека» внутри помещения, благодаря его длине 33 фута (10 футов). м) бомбоотсек. [14] Однако американский Boeing B-29 Superfortress можно было модифицировать для его перевозки, удалив часть переборки под основным лонжероном крыла и несколько кислородных баков, расположенных между двумя бомбовыми отсеками. [15] Данная модификация была осуществлена на 58-м серийном экземпляре с производственной линии Boeing Wichita, серийный номер AAF 42-6259. [16]
Хотя Рэмси предложил «Ланкастер», глава ВВС США генерал-лейтенант Генри Х. Арнольд отверг это предложение, отдав предпочтение американскому типу, в частности B-29. Прежде чем сбросить испытания макетов бомб «Тонкий человек» и «Толстяк», бригадный генерал Лесли Гроувс , директор Манхэттенского проекта, предложил использовать «Ланкастер» для испытаний, поскольку B-29, хотя и находился в производстве, все еще был в дефиците. [17] Арнольд снова отклонил это предложение, поскольку он вложил много времени и денег в разработку B-29. [18]
Проблемы с дизайном [ править ]
Аэродинамика [ править ]
Большая длина бомбы «Тонкого человека» привела к аэродинамической нестабильности. Немасштабные модели бомбы были сброшены с самолета Grumman TBF Avenger на полигоне ВМС США в Дальгрене, штат Вирджиния , начиная с августа 1943 года. [19] Бомбы вращались вбок после падения и разваливались при ударе о землю. [20] В марте 1944 года было проведено двадцать четыре сброса, прежде чем они были сняты с производства, чтобы можно было внести улучшения в «Тонкий человек». Бомбы не сработали немедленно, что помешало калибровочным испытаниям. В последнем испытательном полете серии 16 марта 1944 года «Тонкий человек» был преждевременно выпущен, когда B-29 все еще находился на пути к полигону, и упал на двери бомбового отсека, серьезно повредив испытательный самолет. . [13] Модифицированные механизмы буксировочного крюка планера, использовавшиеся для подвешивания бомбы в бомбоотсеке, вызвали все четыре неисправности из-за большого веса бомб. Они были заменены британскими одноточечными креплениями типа G и фиксаторами типа F, которые использовались на Lancaster для перевозки бомбы Tallboy массой 12 000 фунтов (5 400 кг) . [21]
Преддетонация [ править ]
Возможность создания плутониевой бомбы была поставлена под сомнение в 1942 году. Джеймс Конант 14 ноября услышал от Уоллеса Эйкерса , директора проекта British Tube Alloys , что Джеймс Чедвик «пришёл к выводу, что плутоний не может быть практичным расщепляющимся материалом для оружия из-за примеси». [22] Конант проконсультировался с Эрнестом Лоуренсом и Артуром Комптоном , которые признали, что их ученые в Беркли и Чикаго соответственно знали об этой проблеме, но не могли предложить готового решения. Конант проинформировал директора Манхэттенского проекта бригадного генерала Лесли Р. Гроувса-младшего , который, в свою очередь, собрал специальный комитет, состоящий из Лоуренса, Комптона, Оппенгеймера и Макмиллана, для изучения этого вопроса. Комитет пришел к выводу, что любые проблемы можно решить, потребовав более высокой чистоты. [23]
В апреле 1944 года эксперименты Эмилио Дж. Сегре и его группы P-5 в Лос-Аламосе с плутонием, полученным в графитовом реакторе X-10, показали, что плутоний содержит примеси в виде изотопа плутония -240 . Он имеет гораздо более высокую скорость спонтанного деления , чем плутоний-239 . Материал , произведенный на циклотроне , на котором были проведены первоначальные измерения, содержал гораздо меньше следов плутония-240. Его включение в реакторный плутоний казалось неизбежным. Это означало, что скорость спонтанного деления реакторного плутония была настолько высокой, что весьма вероятно, что он взорвется и взорвется на части во время первоначального образования критической массы. [24] Расстояние, необходимое для ускорения плутония до скоростей, при которых преддетонация будет менее вероятной, потребует слишком длинного ствола для любого существующего или планируемого бомбардировщика. Единственным способом использовать плутоний в работоспособной бомбе была имплозия — гораздо более сложная инженерная задача. [25]
Невозможность создания бомбы пушечного типа с использованием плутония была согласована на совещании, состоявшемся 17 июля 1944 года. Все работы по артиллерийскому типу в рамках Манхэттенского проекта были направлены на разработку конструкции пушки с обогащенным ураном Little Boy , и почти все исследования в Лос-Анджелесе Лаборатория Аламоса была переориентирована на проблемы взрыва бомбы «Толстяк». [25] [26]
Примечания [ править ]
- ^ Ходдесон и др. 1993 , стр. 42–44.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Ходдесон и др. 1993 , с. 55.
- ^ Ходдесон и др. 1993 , с. 87.
- ^ Serber & Crease 1998 , с. 104.
- ^ Боуэн 1959 , с. 96.
- ^ Родос 1986 , с. 481.
- ^ Ходдесон и др. 1993 , стр. 83–84.
- ^ Ходдесон и др. 1993 , стр. 83–84, 111–112.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Ходдесон и др. 1993 , стр. 126–128.
- ^ Ходдесон и др. 1993 , стр. 112–114.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Хансен 1995 , стр. 106.
- ^ Ходдесон и др. 1993 , стр. 119–123.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Кэмпбелл 2005 , стр. 76–77.
- ^ Родос 1986 , с. 478.
- ^ Хансен 1995 , стр. 107, 119.
- ^ Ньюман 2020 , с. 52.
- ^ Родос 1986 , с. 479-480.
- ^ МакКинстри 2009 , с. 495.
- ^ Кэмпбелл 2005 , с. 42.
- ^ Ходдесон и др. 1993 , с. 380.
- ^ Кэмпбелл 2005 , стр. 8–10.
- ^ Николс 1987 , с. 64.
- ^ Николс 1987 , стр. 64–65.
- ^ Ходдесон и др. 1993 , с. 228.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Ходдесон и др. 1993 , стр. 240–244.
- ^ Николс 1987 , стр. 138–139.
Ссылки [ править ]
- Боуэн, Ли (1959). Том. I, Проект Silverplate 1943–1946 (PDF) . История участия ВВС в программе по атомной энергии, 1943–1953 гг. Вашингтон, округ Колумбия: ВВС США, Отдел исторической связи Воздушного университета. Архивировано из оригинала (PDF) 22 февраля 2014 года . Проверено 28 июля 2013 г.
- Кэмпбелл, Ричард Х. (2005). Бомбардировщики Silverplate: история и реестр Enola Gay и других B-29, предназначенных для перевозки атомных бомб . Джефферсон, Северная Каролина: McFarland & Company. ISBN 0-7864-2139-8 . OCLC 58554961 .
- Хансен, Чак (1995). Том V: История ядерного оружия США . Мечи Армагеддона: Разработка ядерного оружия в США с 1945 года. Саннивейл, Калифорния: Публикации Chukelea. ISBN 978-0-9791915-0-3 . OCLC 231585284 .
- Ходдесон, Лилиан ; Хенриксен, Пол В.; Мид, Роджер А.; Вестфолл, Кэтрин Л. (1993). Критическая сборка: техническая история Лос-Аламоса в годы Оппенгеймера, 1943–1945 . Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-44132-3 . OCLC 26764320 .
- МакКинстри, Лео (2009). Ланкастер: величайший бомбардировщик Второй мировой войны . Лондон: Джон Мюррей. ISBN 978-0-7195-2363-2 . OCLC 520736950 .
- Ньюман, Грант (август 2020 г.). «Миссия невероятная». Самолет ежемесячно . № 568. С. 50–59. ISSN 0143-7240 .
- Николс, Кеннет Д. (1987). Дорога к Троице . Нью-Йорк: Уильям Морроу и компания. ISBN 0-688-06910-Х . OCLC 15223648 .
- Роудс, Ричард (1986). Создание атомной бомбы . Нью-Йорк: Саймон и Шустер. ISBN 0-671-44133-7 . OCLC 13793436 .
- Сербер, Роберт ; Криз, Роберт П. (1998). Мир и война: воспоминания о жизни на передовых рубежах науки . Нью-Йорк: Издательство Колумбийского университета. ISBN 978-0-231-10546-0 . ОСЛК 37631186 .
