Рядовой Шутник (pfc_joker) wrote,
Рядовой Шутник
pfc_joker

Categories:

Предварительный отчет по испытаниям изделия РДС-6с

Ещё один документик ровно 60-летней давности.

Предварительный отчет по испытаниям изделия РДС-6с

15 августа 1953 г.
Сов. секретно
(Особая папка)

12 августа 1953 г. в 4 ч 30 мин по московскому времени на полигоне №2 в районе г. Семипалатинска был успешно осуществлен взрыв опытной советской водородной бомбы (РДС-6с) и получена мощная термоядерная реакция изотопов водорода – дейтерия и трития.

I. Конструкция и характеристика водородной бомбы

Характерной особенностью водородной бомбы РДС-6с является термоядерная реакция между изотопами водорода – дейтерием и тритием. Благодаря термоядерной реакции становится возможным весьма эффективно использовать заложенный в изделие уран-235, а также вызвать расщепление значительного количества обычного урана.

Термоядерная реакция в изделии РДС-6с возникает в результате разогрева сферических слоёв, содержащих дейтерий и тритий, взрывом заряда из урана-235, расположенного в центре изделия. Этот заряд, если бы он взорвался при отсутствии термоядерной реакции, дал бы выделение энергии, соответствующее взрыву не более 50 000 т тротила. В результате термоядерной реакции образуется значительное количество быстрых нейтронов, вызывающих дальнейшее деление ядер урана-235 и урана-238 в сферических оболочках изделия.

Испытанное изделие РДС-6с состояло из следующих частей (см. схематический чертеж 1):

(…)

II. Условия испытания

Испытание изделия РДС-6с проводилось на Опытном поле полигона №2. Для установки изделия была построена стальная башня высотой в 30 м, вблизи от нее находилась мастерская для сборки изделия.

Для регистрации процессов, сопровождающих взрыв изделия, было использовано большое количество специальной аппаратуры, установленной в 12 подземных казематах и 12 прочных наземных сооружениях. В числе этой аппаратуры были: измерители времени, протекающего от момента инициирования до начала реакции в изделии; измерители потока гамма-лучей и 14-мегавольтных нейтронов, записи которых позволяли судить о ходе реакции в изделии за стомиллионные доли секунды; измерители давления и скорости ударной волны; лупы времени, скоростные и нормальные киносъемочные камеры и фотоаппараты, измерители потока гамма-квантов, излучаемых радиоактивным облаком взрыва, и ряд других регистрирующих приборов общим числом до 200.

Вся регистрирующая аппаратура приводилась в действие дистанционно сигналами, выдаваемыми по кабельной сети и по радио, с центрального автомата.

Кроме сложных приборов, записывающих различные процессы и функции времени, использовались простейшие измерители и индикаторы давлений ударной волны, доз нейтронного и гамма-излучений, а также световых импульсов.

Всего на поле в сооружениях и боевой технике было установлено 2100 простейших измерителей и индикаторов.

Для изучения разрушающего действия взрыва изделия РДС-6с на Опытном поле было построено 190 различных сооружений, в том числе четыре многоэтажных кирпичных дома, пять щитовых деревянных домов, промышленное здание с металлическим каркасом и кирпичным заполнением стен, двухпролетный железнодорожный мост, а также железобетонные артиллерийские и пулеметные фортсооружения и полевые фортсооружения – окопы и убежища.

Действие взрыва на вооружение и военную технику проверялось на 152-миллиметровых пушках-гаубицах, дивизионных и зенитных 85-миллиметровых пушках и 160-миллиметровых минометах, устанавливавшихся на различных дистанциях открыто и в укрытиях полевого типа. Испытанию подверглись 18 артиллерийских орудий. Испытывались также танки Т-34, Т-54, ИС-3 и бронетранспортеры БТР-40 в количестве 7 машин, а также 16 штук самолетов различных типов.

Поражающее действие изучалось на животных (овцы, собаки, белые крысы), размещавшихся открыто на поле, в полевых и долговременных фортсооружениях и боевых машинах.

III. Общая картина взрыва

Утром в день испытания в районе полигона было ясное безоблачное небо, благоприятствовавшее проведению испытаний и наблюдениям.

В 4 ч 30 мин по московскому времени (7 ч 30 мин по местному времени) над башней, в которой было установлено изделие, пролетели на высоте 11 тыс. метров два самолета Ил-28, оборудованные приборами для измерения давления ударной волны, перегрузок и вибрации самолетов.

Через 79 секунд после пролета самолетов был включен автоматический пульт, управляющий подрывом изделия и запуском регистрирующей аппаратуры, и еще через 73 секунды, когда самолеты достаточно удалились от башни, был произведен подрыв изделия.

На месте взрыва образовался осветительный купол пламени, достигший в плоскости горизонта 1000 м, а затем характерное для атомных взрывов грибообразное облако дыма и пыли.

Бросились в глаза большие размеры огненного полушария и грибообразного облака по сравнению с испытаниями 1951 г., что указывало на успешное осуществление термоядерной реакции и несравненно большую мощность испытываемого изделия. Огненный шар больших размеров с продолжительным свечением наблюдался в жилом поселке полигона в 60 км и в Семипалатинске – за 170 км от места взрыва.

На командных пунктах опытного поля в 10 и 25 км от места взрыва наблюдалось продолжительное сотрясение почвы и подземный гул. Этих явлений в 1951 г. также не было.
[Подробный доклад об испытаниях 1951 г. можно посмотреть тутpfc_joker]

Через 12 сек после начала взрыва верхняя кромка огненного шара находилась на высоте 1,6 км, а нижняя – на высоте 0,8 км. С этого момента на шаре начали появляться неосвещенные пятна, и последние светящиеся пятна исчезли через 42 сек после начала взрыва. При наземном взрыве атомной бомбы в 1951 г. светящиеся пятна исчезли через 18-20 сек. После исчезновения светящихся пятен облако продолжало быстро подниматься вверх, расширяясь и захватывая окружающие массы воздуха, а также подсасывая струю воздуха снизу, смешанную с пылью, захваченной с земли. Подсасываемая с земли струя воздуха совершала медленное вращение около своей оси, а само облако имело тороидальное вращение, направленное вниз на внешней поверхности.

Полная высота подъема верхней кромки облака составляла около 16 км, и в конце подъема облако имело размер по вертикали около 7 км и по горизонтали около 16 км. Общее время подъема облака составляло около 7 мин. В опыте 1951 г. общее время подъема облака было то же, высота верха кромки – 12 км, размер по горизонтали – 5 км и ширина – около 4 км. По теоретическим расчетам, увеличение высоты подъема облака соответствует увеличению мощности взрыва в 8-10 раз.

Во время подъема облака наблюдалась конденсация атмосферной влаги над верхней поверхностью облака, а затем вокруг ножки облака, в виде юбки, расширяющейся вниз.

Начиная с 60-й секунды после взрыва наблюдалось выпадение из облака взвешенных частиц.

На прилагаемых графиках 2 и 3 даны кривые зависимости высот верхней и нижней кромок облака и ширины облака от времени.

V. Радиоактивные излучения взрыва

а) Гамма-лучи.
Интенсивность гамма-излучения на расстояниях 1,1-1,9 км в течение первых 15 секунд после взрыва была в 34 раза больше, чем при наземном взрыве атомной бомбы в 1951 г. Значения полной дозы гамма-излучения на открытой местности за это время приведены в таблице:

Расстояние, км Полная доза, рентгены
1951 г. 1953 г.
1,20 2100 71000
1,35 1850 63000
1,50 320 11000
1,65 190 6500
1,88 88 3000
1,95 41 1400

Закон изменения дозы с расстоянием хорошо выражается уравнением:

D = (1,05 x 1013) / R2 = eR / 255 ,

где D – доза в рентгенах, а R – расстояние от центра в метрах. График зафисимости D от R изображен на рис.4; точки достаточно хорошо укладываются на одну прямую, как это должно быть при указанном законе.

Увеличение интенсивности гамма-излучения произошло из-за увеличения мощности взрыва и из-за увеличения размеров огненного шара.

Сопоставление интенсивностей в опытах 1951 и 1953 гг. в одинаковых условиях в первые 0,15 сек, когда огненный шар ещё невелик и роль его в поглощении гамма-лучей мала, дает приблизительное отношение мощностей – в 10 раз.

Когда облако, содержащее основную массу радиоактивных продуктов взрыва ушло, на поле осталось значительное количество радиоактивных веществ. Вызванное ими гамма-излучение через 1 час после взрыва создавало смертельную дозу (450 рентген) на расстоянии 500 метров от центра взрыва за 7 минут.

Часть радиоактивных веществ, унесенная сначала облаком, затем выпала и образовала радиоактивный след, промеренный на 480 км. В некоторых точках следа, удаленных от места взрыва даже на 130 км, интенсивность излучения такова, что при длительном пребывании человека вызвало бы его смерть.

б) Быстрые нейтроны.
Самое прямое доказательство того, что в опыте 1953 г. была осуществлена мощная термоядерная реакция, заключено в измерениях потока быстрых нейтронов с энергией 14 мегаэлектронвольт.

В каждом акте термоядерной реакции образуется один нейтрон такой энергии, тогда как нейтроны, образующиеся при расщеплении ядер урана, в среднем имеют энергию всего лишь около одного мегаэлектронвольта и лишь ничтожная часть их обладает энергиями порядка 14 МэВ.

Поток быстрых нейтронов был измерен с помощью 4-фторных индикаторов, которые были расположены на расстояниях от 600 до 900 м от объекта. Эти индикаторы приобретают радиоактивность под воздействием нейтронов с энергией выше 11 МэВ.

Измерения показали, что из оболочки изделия вышло наружу 6,3*1023 нейтронов с энергией выше 11 МэВ. Это находится в хорошем согласии с ожидающимся числом быстрых нейтронов, образующихся в термоядерной реакции мощностью 300-400 тыс. т тротила и выходящих из оболочки изделия.

Быстрые нейтроны, образующиеся при расщеплении ядер урана, не могли составить больше чем 0,1% измеренного числа.

в) Медленные нейтроны.
Поток более медленных нейтронов был измерен с помощью большого числа индикаторов, располагавшихся на расстоянии от 900 до 2250 м от объекта и состоящих из натрия, серы и тория. Натрий регистрирует лучше всего самые медленные нейтроны; порог энергии нейтронов, активирующих серу и торий, равен соответственно 1 и 2 МэВ. Измерения показали, что в опыте 1953 г. поток нейтронов, активирующих различные индикаторы, превышал соответствующий поток в опыте 1951 г. в следующее число раз: натриевые индикаторы – в 180 раз, серные индикаторы – в 60-130 раз, ториевые индикаторы – в 20-25 раз.

Непосредственно за счет увеличения мощности взрыва поток медленных нейтронов увеличился бы в 8-10 раз. Однако вместе с увеличением мощности увеличился и размер той области, внутри которой воздух находился в течение первых секунд после взрыва при высокой температуре и малой плотности. Поэтому медленные нейтроны меньше поглощались в воздухе на своем пути от объекта до индикаторов, чем в опыте 1951 г. Это влияние плотности, как и следовало ожидать, оказалось особенно большим для самых медленных нейтронов.

VIII. Мощность (тротиловый эквивалент) изделия РДС-6с

Энергия взрыва изделия РДС-6с определена путем сравнения давления ударной волны, интенсивности гамма-излучения и размеров огненного шара при взрыве изделия РДС-6с и при взрыве изделия РДС-2, произведенном в 1951 г.
Ниже приводятся данные о давлении ударной волны на различных расстояниях. Давление измерялось мембранными приборами, а также рассчитывалось по данным о скорости ударной волны.

Расстояние, м Давление ударной волны, кг/см2
РДС-6с, 1953 г. РДС-2, 1951 г.
500 4,5
1000 5,2 0,95
2000 1,1 0,27
4000 0,30 0,10
6000 0,18 0,055
8000 0,11 0,040
10000 0,08 0,035

Из таблицы видно, что на близких расстояниях давление взрыва изделия РДС-6с в 4-5 раз, а на больших расстояниях в 2-3 раза больше давления взрыва изделия РДС-2.

Равное давление достигается на расстоянии, большем в среднем [в] 2,12 раза. По закону подобия отсюда следует, что мощность изделия РДС-6с больше мощности изделия РДС-2 в 10 раз.

Мощность изделий можно сравнить также по начальному периоду распространения ударной волны на расстояние до 300 метров в опыте 1953 г. и до 100 метров в опыте 1951 г.

На этом участке скорость ударной волны больше 4 км/сек, давление – выше 200 атмосфер, температура – 5000 градусов и выше, поверхность ударной волны ярко светится. Распространение волны на этой стадии изучается посредством киносъемки. При равной скорости волны (что соответствует равной средней энергии на единицу массы воздуха) масса нагретого воздуха в опыте 1953 г. в среднем в 9,3 раза больше массы нагретого воздуха в опыте 1951 г. В таком же отношении находится и полная мощность взрыва 1953 и 1951 гг.

Количество гамма-лучей определяется по потемнению стеклянных индикаторов и по почернению фотопленок, расположенных на различных расстояниях на поле и защищенных от действия света и теплового воздействия взрыва, а также ионизационными камерами.

Стеклянные индикаторы и фотопленки дают полную дозу гамма-облучения за все время, пока осколки не поднимутся вместе с облаком вверх. В опыте 1953 г. на равных расстояниях полное количество гамма-лучей оказалось в 34 раза больше количества в опыте 1951 г. Частично увеличение количества гамма-лучей зависит от того, что при большей мощности взрыва увеличивается объем нагретого воздуха, легче пропускающего гамма-лучи. В среднем за время облучения доля гамма-лучей, проникающих от осколков к стеклянным индикаторам и фотопленкам, в 1953 г. приблизительно в 34 раза больше, чем в 1951 г. Увеличение количества гамма-лучей в 34 раза свидетельствует об увеличении количества осколков в 34 / 4,5 = 7,5 раз.

Учитывая, что в изделии РДС-6с, по расчетам, часть энергии, около 15%, выделяется за счет ядерных реакций, не дающих осколков, находим увеличение мощности изделия РДС-6с по сравнению с изделием РДС-2 в 9 раз.
[Это очень важный момент: здесь говорится, что по расчётам термоядерные реакции синтеза дейтерия и трития должны были дать около 15% от общего энерговыделения модели РДС-6с, т.е. порядка 60 килотонн – pfc_joker]

Точнее отношение мощности может быть определено по интенсивности гамма-лучей, измеренной ионизационной камерой. Интенсивность гамма-лучей через 0,15 сек после взрыва в опыте 1953 г. в 13,6 раза больше интенсивности в опыте 1951 г. Поправка в различии пропускания воздуха через 0,15 сек равна 1,68. Таким образом, количество осколков увеличилось в 13,6:1,68 = 8,1, а мощность изделия с учетом реакций, не дающих осколков, по этому измерению больше мощности изделия РДС-2 в 9,5 раз.

Совокупность измерений, проделанных совершенно различными, независимыми друг от друга способами, дает отношение мощности изделия РДС-6с к мощности изделия РДС-2 в пределах от 9 до 10,2.

Полный тротиловый эквивалент изделия РДС-2 равен 38 300 т. Полный тротиловый эквивалент изделия РДС-6с находится в пределах между 350 и 400 тыс. тонн.

И.Курчатов
Ю.Харитон
К.Щелкин
И.Тамм
А.Сахаров
М.Лаврентьев
Я.Зельдович
В.Давиденко
В.Комельков
Н.Духов
Е.Забабахин
М.Садоовский
В.Болятко
Д.Блохинцев
И.Старик
М.Келдыш
Н.Боголюбов

Отп. 2 экз.
15.VIII 53 г. ав, гф
№ СТ 1303оп
с вх. 4122/8


Архив Росатома. Ф.24, оп.18, д.20, л.191-202. Подлинник.

Цитируется по: "Атомный проект СССР : Документы и материалы" Том 3 Книга 2 стр. 54-60.

Примечание ("Атомного проекта"): Согласно нумерации отчет должен содержать 20 листов. Фактически в нем только 13 листов и отсутствуют разделы IV, VI и VII. При этом никаких отметок об изъятии 7 листов на документе не имеется.
Tags: РДС-6с, история, ядерное оружие
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 36 comments