Физическая часть атомной бомбы конца 40-х гг. представляет собой сферу диаметром около 100 см со сферическим ядерным зарядом. Сам ядерный заряд из активного вещества 235U или 239Pu выполнен в виде тонкостенной металлической сферической оболочки и в исходном состоянии подкритичен. В центре пустой внутренней полости помещается нейтронный запал. Снаружи к активному веществу примыкает слой из отражателя нейтронов 238U, а затем слой твердого взрывчатого вещества. Далее располагается система линз, фокусирующих ударную волну от детонаторов, расположенных почти на поверхности внешнего слоя взрывчатого вещества.

Взрыв бомбы запускается одновременным инициированием детонаторов. Система линз формирует практически правильную сферическую ударную волну, сходящуюся внутрь и сжимающую сферическую оболочку из активного вещества (такой подрыв ядерного заряда именуется имплозией). В момент ее схлопывания в сферу приводится в действие специальный запал, впрыскивающий в систему нейтроны, после чего начинается цепная ядерная реакция, приводящая к взрыву.

Схемы конструкции сферического ядерного заряда (вверху) и его подрыва на механизме имплозии (показан момент схлопывания и срабатывания нейтронного запала)

Инициирование ядерного взаимодействия точно в момент схлопывания значительно уменьшает вероятность так называемого неполного взрыва в результате преждевременного начала цепной реакции от случайного нейтрона, рожденного, например, частицей космического излучения. Сжатие ударной волной (сферическое обжатие) активного вещества приводит к существенному снижению его критической массы, что дает заметную экономию ядерного горючего.

Ядерную начинку для артиллерийского снаряда калибра около 40 см можно было делать по-разному. Ядерный заряд американского снаряда образца 1951 года приводился в действие механизмом пушечного сближения двух компонент критической массы активного вещества внутри летящего снаряда. Недостатком такого подхода является низкий КПД и значительная вероятность неполного взрыва снаряда. Американцы, уже имевшие солидный запас ядерного горючего, могли себе позволить такие боеприпасы. Можно сказать, что это был снаряд для богатых.

Конструкция ядерного заряда, созданного командой М. А. Лаврентьева, напоминала среднеазиатскую дыню, которую предстояло разместить внутри цилиндрического артиллерийского снаряда. Фактически это было подобие сферического заряда, сильно вытянутого вдоль полярной оси. В этом случае последовательность расположения внутренних оболочек, равно как и физика взрыва, в общих чертах остаются теми же, что и для сферического ядерного заряда. Можно сказать, что это был снаряд для бедных, вызванный жестокой необходимостью

Механизм пушечного сближения критической массы активного вещества в атомном артиллерийском снаряде (США, 1951)

Артиллерийский снаряд с ядерным зарядом на основе механизма имплозии (СССР, 1956)

***

Музей ядерного оружия ВНИИЭФ в Сарове. Слева направо: первые отечественные атомная (1949) и серийная атомная (1953, сверху) бомбы, первая в мире водородная (термоядерная) бомба (1953), артиллерийский снаряд с ядерным зарядом (1956)