Тонкий человек (ядерная бомба) - Thin Man (nuclear bomb)

Для использования в других целях см. Тонкий человек.

Тонкий человек
Кожаные бомбы для тонких людей.jpg
Испытательные корпуса плутониевой пушки "Тонкий человек"
ТипЯдерное оружие
Место происхожденияСоединенные Штаты
История производства
ДизайнерЛос-Аламосская лаборатория
Характеристики
Длина17 футов (5,2 м)
Диаметр38 дюймов (97 см)
ЗаполнениеПлутоний

"Тонкий человек"было кодовым названием предложенного плутоний пушечный ядерная бомба с использованием плутоний-239 которую Соединенные Штаты разрабатывали во время Манхэттенский проект. Они прервали его разработку, когда обнаружили, что спонтанное деление скорость их ядерных реакторный плутония было слишком много для использования в конструкции пушечного типа из-за высокой концентрации изотопа плутоний-240.

Ранние решения

В 1942 году, до того как армия взяла на себя атомные исследования во время войны, Роберт Оппенгеймер провел конференции в Чикаго в июне и Беркли, Калифорния, в июле, на котором различные инженеры и физики обсуждали вопросы проектирования ядерной бомбы. Была выбрана конструкция пушечного типа, в которой два дополнительныхкритические массы можно было бы объединить, выпустив «пулю» в «цель».[1] Идея ядерное оружие имплозивного типа было предложено Ричард Толман но привлекла скудное внимание.[2]

Оппенгеймер, рассматривая свои варианты в начале 1943 года, отдавал приоритет оружию пушечного типа,[2] но в качестве преграды от угрозы предварительного взрыва он создал группу E-5 на Лос-Аламосская лаборатория под Сет Неддермейер исследовать имплозию. Бомбы имплозионного типа оказались значительно более эффективными с точки зрения взрывной мощности на единицу массы делящегося материала в бомбе, потому что сжатые делящиеся материалы реагируют быстрее и, следовательно, более полно. Было решено, что плутониевая пушка получит основную часть исследовательских усилий, поскольку это был проект с наименьшей степенью неопределенности. Предполагалось, что из нее легче будет приспособить урановую бомбу пушечного типа.[3]

Конструкции пушечного и имплозивного типа имели кодовые названия "Тонкий человек" и "Толстяк соответственно. Эти кодовые имена были созданы Роберт Сербер, бывший студент Оппенгеймера, работавший над Манхэттенским проектом. Он выбрал их на основе их дизайнерских форм; «Тонкий человек» будет очень длинным устройством, а название произошло от Дашиелл Хэмметт детективный роман Тонкий человек и серия фильмов с таким же названием. Бомба «Толстяк» была круглой и толстой и была названа в честь Сидней Гринстрит характер в Мальтийский сокол. "Маленький мальчик "будет последним и будет назван только для контраста с бомбой" Тонкий человек ".[4] Кодовые названия Лос-Аламоса «Тонкий человек» и «Толстяк» были приняты ВВС армии США. Была придумана легенда, что Столовое серебро был о модификации Автомобиль Pullman для использования президентом Франклин Рузвельт (Тонкий человек) и премьер-министр Великобритании Уинстон Черчилль (Толстяк) в секретном турне по Соединенным Штатам.[5][6]

Разработка

Испытательные корпуса плутониевой пушки «Тонкий человек» на Воздушное поле армии Вендовер, как часть Проект Альберта в Манхэттенский проект. "Толстяк "за ними видны гильзы.

Оппенгеймер собрал команду в лаборатории Лос-Аламоса для работы над конструкцией плутониевой пушки, в которую входил старший инженер. Эдвин Макмиллан и старшие физики Чарльз Кричфилд и Йозеф Хиршфельдер. Кричфилд работал с сабо, который, как полагал Оппенгеймер, потребовался бы Тонкому Человеку для достижения высоких дульных скоростей, которые критическая сборка потребует. Хиршфельдер работал над внутренняя баллистика. Оппенгеймер сам руководил разработкой до июня 1943 года, когда ВМФ Капитан Уильям Стерлинг Парсонс прибыл и принял на себя управление артиллерийским и инженерным отделом и непосредственное руководство проектом «Тонкий человек».[7]

Эти четверо создали и протестировали все элементы конструкции Тонкого Человека в период с апреля 1943 года по август 1944 года. Парсонс, который разработал бесконтактный взрыватель для военно-морского флота руководил дивизией и поддерживал связь с другими агентствами. Как глава группы по снарядам, мишеням и источникам E-6, Кричфилд рассчитал критические массы и внедрил систему испытаний в реальном времени с масштабными моделями с использованием 20-мм пушка и 3-дюймовые пушки. На изготовление полноразмерных трубок Thin Man ушли месяцы, но их было легко и легко достать.[8] Провести испытания с плутонием не удалось, так как его еще не было. Действительно, реальные физические характеристики металла в то время были не более чем обоснованными предположениями.[9]

Хиршфельдер возглавлял группу внутренней баллистики E-8. Его группа выполнила математические вычисления, но ему также нужно было найти подходящую порошок, воспламенитель, и грунтовка. Его группа провела натурные испытания своих отборов.[10] Определение физического размера бомбы оказалось важным, когда дело дошло до выбора подходящего самолета для ее перевозки.[9] Группа E-8 оценила начальную скорость орудия примерно в 3000 футов в секунду (910 м / с), что близко к максимуму, достижимому в 1944 году.[11] и подсчитали, что давление в цилиндре будет до 75 000 фунтов на квадратный дюйм (520 000 кПа).[9]

Хотя конструкторы оружия считали, что достаточно просто собрать воедино критическую массу, Сербер предположил, что конструкция также должна включать инициатор. А полоний-210 -бериллий инициатор был выбран потому, что полоний-210 имеет 140-дневный период полураспада, что позволяло складировать его, и его можно было получить из природных руд из Порт-Хоуп, Онтарио. Оппенгеймер потребовал, чтобы он также производился в Графитовый реактор X-10 в Ок-Ридж, Теннесси или, когда они стали доступны, реакторы на Хэнфорд сайт.[12]

Характеристики

Конструкция «Тонкого человека» была ранней конструкцией ядерного оружия, предложенной до того, как плутоний был успешно выведен в ядерный реактор от облучения уран-238. Предполагалось, что плутоний, как и уран-235, можно собрать в критическую массу с помощью пушечный метод, который просто включал в себя перестрелку одного подкритического фрагмента в другой. Чтобы избежать преждевременной детонации или "шипеть ", плутониевая" пуля "должна быть ускорена до скорости не менее 3000 футов в секунду (910 м / с), иначе деление реакция начнется до завершения сборки, преждевременно разорвав устройство.[11]

Тонкий человек был 17 футов (5,2 м) в длину, с хвостом и носом в ширину 38 дюймов (97 см) и средней частью 23 дюйма (58 см). Длина была необходима для того, чтобы плутониевая «пуля» могла набрать адекватную скорость до достижения «цели». Вес финальной модели оружия составлял около 8000 фунтов (3600 кг).[13] В инвентаре USAAF не было самолетов, которые могли бы нести Тонкого Человека без модификации, и в 1943 году доктор Норман Рэмси предложил британцам Авро Ланкастер как единственный самолет, который мог нести Thin Man внутри из-за его 33-футового бомбоотсека.[14] Однако американская Боинг В-29 Суперфортресс мог быть модифицирован для его перевозки путем удаления части переборки под основным лонжероном крыла и некоторых кислородных баллонов, расположенных между двумя его бомбовыми отсеками.[15] Данная модификация была произведена на 58-м серийном экземпляре с конвейера Boeing Wichita, AAF Serial No. 42-6529.[16]

Хотя Рэмси предложил «Ланкастер», генерал ВВС США, Генри Х. «Хэп» Арнольд отклонил это предложение, указав американский тип, в частности B-29. Перед тем, как приступить к испытаниям макетов бомб Thin Man и Fat Man, Лесли Гроувс из Манхэттенского проекта предложил использовать Lancaster для испытаний, начиная с B-29, хотя в производстве все еще было мало.[17] И снова Арнольд отверг это предложение, поскольку он много вложил в разработку B-29.[18]

Проблемы дизайна

Аэродинамика

Большая длина бомбы «Тонкий человек» привела к аэродинамической нестабильности. Подмасштабные модели бомбы сбрасывались с Грумман TBF Avenger на полигоне ВМС США на Дальгрен, Вирджиния с августа 1943 г.[19] Бомбы вращались вбок после падения и разбивались при падении на землю.[20]

В марте 1944 года было произведено 24 сброса, прежде чем испытания были прекращены, чтобы можно было усовершенствовать Thin Man. Бомбы не взорвались немедленно, что расстроило калибровка тесты. В том, что стало последним испытательным полетом серии 16 марта, Thin Man был преждевременно выпущен, в то время как B-29 все еще находился в эксплуатации. по пути на полигон и упал на двери бомбового отсека, серьезно повредив испытательный самолет.[13] Модифицированные механизмы буксирного крюка планера, использованные для подвешивания бомбы в бомбоотсеке, вызвали сбои во всех четырех случаях из-за большого веса бомб. Они были заменены британскими одноточечными навесными приспособлениями Type G и выпусками Type F, которые использовались на Lancaster для перевозки 12000 фунтов (5400 кг). Высокая бомба.[21]

Преддетонация

Возможность создания плутониевой бомбы была поставлена ​​под сомнение в 1942 году. Джеймс Конант услышано 14 ноября от Уоллес Эйкерс, директор британской Трубные сплавы проект, что Джеймс Чедвик «пришли к выводу, что плутоний не может быть практическим расщепляющимся материалом для оружия из-за примесей».[22] Конант проконсультировался Эрнест Лоуренс и Артур Комптон, которые признали, что их ученые в Беркли и Чикаго соответственно знали об этой проблеме, но не смогли предложить готового решения. Конант сообщил директору Манхэттенского проекта: главный бригадир Лесли Р. Гровс младший, которые, в свою очередь, собрали специальный комитет, состоящий из Лоуренса, Комптона, Оппенгеймера и Макмиллана для изучения вопроса. Комитет пришел к выводу, что любые проблемы можно решить, потребовав более высокой чистоты.[23]

В апреле 1944 г. эксперименты Эмилио Дж. Сегре и его группа P-5 в Лос-Аламосе на новом реакторе, произведенном плутонием из Ок-Риджа и на площадке в Хэнфорде, показали, что он содержит примеси в виде изотоп плутоний-240. Это намного выше спонтанное деление оцените чем плутоний-239. В циклотрон -произведенный материал, на котором были произведены первоначальные измерения, имел гораздо меньшее количество плутония-240. Его включение в реакторный плутоний оказалось неизбежным. Это означало, что скорость спонтанного деления реакторного плутония была настолько высокой, что весьма вероятно, что он предвкушать и разорвется на части во время начального образования критической массы.[24] Расстояние, необходимое для ускорения плутония до скоростей, при которых преддетонация будет менее вероятной, потребует слишком длинного ствола орудия для любого существующего или планируемого бомбардировщика. Таким образом, единственный способ использовать плутоний в работающей бомбе - это взрыв - гораздо более сложная инженерная задача.[25]

На совещании, состоявшемся 17 июля 1944 года, была достигнута договоренность о невозможности создания бомбы пушечного типа, использующей плутоний. Вся работа в области пушечного типа в Манхэттенском проекте была направлена ​​на конструкцию урановой пушки Little Boy, и почти все исследования в Лаборатория Лос-Аламоса была переориентирована на проблемы взрыва бомбы Толстяка.[25][26]

Примечания

  1. ^ Hoddeson et al. 1993 г. С. 42–44.
  2. ^ а б Hoddeson et al. 1993 г., п. 55.
  3. ^ Hoddeson et al. 1993 г., п. 87.
  4. ^ Serber & Crease 1998, п. 104.
  5. ^ Боуэн 1959, п. 96.
  6. ^ Родос 1986, п. 481.
  7. ^ Hoddeson et al. 1993 г. С. 83–84.
  8. ^ Hoddeson et al. 1993 г. С. 83–84, 111–112.
  9. ^ а б c Hoddeson et al. 1993 г. С. 126–128.
  10. ^ Hoddeson et al. 1993 г. С. 112–114.
  11. ^ а б Хансен 1995, п. 106.
  12. ^ Hoddeson et al. 1993 г. С. 119–123.
  13. ^ а б Кэмпбелл 2005 С. 76–77.
  14. ^ Родос 1986, п. 478.
  15. ^ Хансен 1995 С. 107, 119.
  16. ^ Миссия невероятна, Грант Ньюман, Ежемесячный журнал «Самолет», август 2020 г., стр. 52
  17. ^ Родос 1986, п. 479-480.
  18. ^ Ланкастер: величайший бомбардировщик Второй мировой войны, Лео МакКинстри, Джон Мюррей, 2009, стр. 495
  19. ^ Кэмпбелл 2005, п. 42.
  20. ^ Hoddeson et al. 1993 г., п. 380.
  21. ^ Кэмпбелл 2005 С. 8–10.
  22. ^ Николс 1987, п. 64.
  23. ^ Николс 1987 С. 64–65.
  24. ^ Hoddeson et al. 1993 г., п. 228.
  25. ^ а б Hoddeson et al. 1993 г. С. 240–244.
  26. ^ Николс 1987 С. 138–139.

Рекомендации

  • Боуэн, Ли (1959). Vol. I, проект Silverplate 1943–1946 (PDF). История участия ВВС в программе по атомной энергии, 1943–1953 гг. Вашингтон, округ Колумбия: ВВС США, историческое бюро по связям с авиационным университетом. Архивировано из оригинал (PDF) 22 февраля 2014 г.. Получено 28 июля 2013.
  • Кэмпбелл, Ричард Х. (2005). Серебряные бомбардировщики: 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 США с 1945 года. Саннивейл, Калифорния: Публикации Чукели. ISBN  978-0-9791915-0-3. OCLC  231585284.
  • Ходдсон, Лилиан; Хенриксен, Пол В .; Мид, Роджер А .; Вестфол, Кэтрин Л. (1993). Критическая сборка: техническая история Лос-Аламоса в годы Оппенгеймера, 1943–1945 гг.. Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. ISBN  0-521-44132-3. OCLC  26764320.
  • Николс, Кеннет Д. (1987). Дорога к Троице. Нью-Йорк: Уильям Морроу и компания. ISBN  0-688-06910-X. OCLC  15223648.
  • Родос, Ричард (1986). Создание атомной бомбы. Нью-Йорк: Саймон и Шустер. ISBN  0-671-44133-7. OCLC  13793436.
  • Сербер, Роберт; Crease, Роберт П. (1998). Мир и война: воспоминания о жизни на пороге науки. Нью-Йорк: издательство Колумбийского университета. ISBN  978-0-231-10546-0. OCLC  37631186.