RDS-37

RDS-37
RDS-37の試験中（1955年）
情報
国ソビエト連邦
テストサイトセミパラチンスク実験場、カザフスタン社会主義共和国
期間1955年11月
テスト数1
テストの種類大気テスト
デバイスタイプ融合
最大収量総威力 1.6メガトンTNT（6.7 PJ）
テストの年表

RDS-37（ロシア語：РДС-37）は、ソ連初の二段式水素爆弾であり、1955年11月22日に初実験が行われた。この兵器の公称出力は約3メガトンであった。実弾実験では1.6メガトンに縮小された。[ 1 ]

RDS-37につながる

1954年にサハロフが描いたソ連の水素爆弾構想のスケッチ：
  • 「A」：原爆の原爆
  • 「Д」：ダイヤフラム、おそらく中性子シールド
  • 「C」：スロイカ層状熱核二次

RDS-37は、アメリカの取り組みに対する反動として生まれた。以前、ソ連はアメリカ国内に潜む多くのスパイを、核爆弾の開発方法やアイデアの創出に利用していたとされている。水素爆弾の開発では、この手法はあまり必要とされなかったものの、それでもクラウス・フックスをはじめとする一部のスパイの協力を得ていた。

1945年、ソ連は「超爆弾」の設計に取り組むことを決定した。同じく1945年、エンリコ・フェルミはロスアラモスで核融合プロセスについて講演を行った。講演の最後に、フェルミは「これまでのところ、超爆弾の実現に向けたあらゆる計画は、かなり漠然としている」と述べた。[ 2 ]

1946年春、エドワード・テラーは水素爆弾に関する既知の情報をすべて評価するための会議を開催した。クラウス・フックスもこの会議に出席した。[ 3 ]同年、テラーは「目覚まし時計」と名付けた水素爆弾の新しい設計を提唱し、純粋な重水素の代わりに重水素化リチウム6を使用するという提案をした。[ 3 ]

クラウス・フックスは、核爆弾と水素爆弾の両方に関する情報をソ連に提供していた。この情報により、イゴール・タムのグループがソ連に招聘され、彼らの研究は水素爆弾の開発に寄与した。[ 3 ]フックスが1948年に提供した情報は、水素爆弾だけでなく、原子力産業全体に関わるものであった。二段点火ブロックを用いた爆弾の設計に関する詳細な知見を提供した。

設計図はすぐにラヴレンチー・ベリヤに送られ、ヨシフ・スターリンによってロシアの爆弾計画の責任者に任命され、さらにイゴール・クルチャトフ、ボリス・ヴァンニコフ、ユーリイ・ハリトンに送られ、設計図の検証と評価が行われた。 [ 3 ] 1948年5月5日、ヴァンニコフとクルチャトフは次のような返事を書いた。[ 3 ]

資料713aに関しては、ウラン235雷管から重水素への爆発の転移におけるトリチウムの役割、ウラン雷管の威力の慎重な選定の必要性、そして爆発の重水素への転移における粒子と光子の役割に関する基本的な考え方は新しいものです。これらの資料は、第一総局によって承認された運用計画に基づいて実施されるゼルドヴィッチ少佐の超爆弾に関する研究に役立つという点で貴重です。この分野の研究にさらなる努力を注ぎ、実用的な設計の作業を開始する必要があります。

ヴァニコフは重水素とその影響について研究を開始した。ハリトンも1948年5月5日に返答を送り、ソ連に設計グループの設置を促した。

当時、水素爆弾の設計について知っている人はほとんどいませんでした。アメリカの科学者たちも、自国の設計を完全に理解していませんでした。ソ連は水素爆弾の開発に取り組むグループを設立しました。1948年8月、アンドレイ・サハロフは、ウランと熱核燃料を交互に重ねるスロイカ（レイヤーケーキ方式）を提唱しました。 [ 3 ] 1949年初頭、このレイヤーケーキ方式は改良され、熱核燃料として重水素化リチウム6が使用されました。

1950年初頭、クラウス・フックスはイギリスで逮捕され、ソ連のためにスパイ活動を続けることができなくなった。[ 4 ]

ソ連の科学者たちは、重水素の密度を高めるというアイデアを思いつきました。サハロフと彼のチームは、層状ケーキの中で小型の核爆弾を爆発させる可能性を見出しました。[ 3 ]このアイデアは成功し、最初の実装はRDS-6で使用されました。RDS-6はRDS-37への道を拓きました。1952年までに、ソ連は二段式爆弾の本格的な検討を開始しました。しかし、計画が最終的に実現したのは1954年のことでした。1954年以前は、熱核兵器は放射線ではなく衝撃波によって起爆すると考えられていました。

1952年11月1日、アメリカ合衆国は最初の「水素爆弾」、コードネーム「アイビー・マイク」の実験を行った。[ 5 ]設計はテラー・ウラム方式に基づいていた。アイビー・マイクは実用に耐える兵器ではなかった。重量が82トンと巨大だったからだ。1953年8月12日、ソ連は「ジョー4」というコードネームの実験で独自の「水素爆弾」を実験した。これはレイヤーケーキ方式に基づいていた。この時点では誰も「真の」水素爆弾を製造していなかった。他の実験はすべてキロトン単位の威力だった。

1954年の春、アメリカはキャッスル作戦として知られる一連の核兵器6基の実験を行った。それぞれの実験はメガトン級であった。[ 5 ]最初の実験はキャッスル・ブラボーであり、これは後にアメリカ史上最大の核爆発となった。

1954年の春までに、ソ連の科学者たちは、核爆弾の起爆装置から放射線を放出し、それを用いて核融合反応を開始させる可能性を理解し始めた。このアイデアは、マイクの爆発で使用されたテラー＝ウラム設計と類似している。彼らはその後、単段式のレイヤーケーキ型爆弾とチューブ型爆弾の設計を放棄し、二段式爆弾の開発に専念した。1954年に発表された理論部門1の活動に関する報告書には、次のように記されている。

原子圧縮は、第2セクターのメンバーと共同で理論的に研究されています。原子圧縮に関連する主要な課題は開発段階にあります。原子爆弾からの放射線放出は、本体を圧縮するために用いられます。計算によると、非常に強い放射線が放出されます。放射エネルギーを機械エネルギーに変換し、本体を圧縮します。これらの原理は、第2セクターと第1セクターの努力によって開発されました。

1955年11月22日、ロシアはメガトン級の真の二段式水素爆弾であるRDS-37の実験を行った。[ 6 ]この実験では二段式放射線爆縮が採用された。これはまた、世界初の空中投下核融合爆弾の実験でもあった。

RDS-37の基礎

1954年3月のブラボー実験の後、ソ連の科学者たちは効果的な大出力熱核爆弾の製造方法を模索し始めた。これらの爆弾に関する過去の経験を徹底的に研究した結果、新たな二段式爆弾が考案された。[ 7 ]

RDS-37の熱核チャージは、高エネルギー密度物理学の基礎科学的概念に基づいています。[ 8 ]放射線爆縮の原理は、3つの概念に基づいています。イルカエフによれば、それらは「核チャージ（主モジュール）の爆発エネルギーの大部分はX線放射の形で生成される。X線放射のエネルギーは核融合モジュールに輸送される。そして、『輸送された』X線放射のエネルギーを用いて核融合モジュールが爆縮する」というものです。[ 8 ]核物質をより効率的に圧縮し、それを始動させるという期待は、1950年代初頭から議論されていました。[ 8 ]

その後間もなく、ヤコフ・ゼルドヴィチとアンドレイ・サハロフがこの理論の研究を始めました。「1954年1月、ヤコフ・B・ゼルドヴィチとアンドレイ・A・D・サハロフは、二段階核チャージの原理を取り入れた装置レイアウトを詳細に検討しました。」[ 8 ]

当初から、成功できるかどうか疑問視する声が多くありました。二段階核爆弾に関する疑問は2つのカテゴリーに分かれました。

最初の一連の疑問は、核爆発に関するものでした。最初のモジュール、すなわち核分裂誘発因子は、「核物質の圧縮、あるいは化学爆薬の球状爆発による物質の核分裂と核融合によって開始され、その際、爆縮の球対称性は、爆薬の最初の球対称爆発によって決定される」ものでした。[ 8 ]

「一次発生源（または発生源群）と圧縮可能な二次モジュールから構成される異質構造」が「球対称の『核爆発』を維持」できる方法はないように思われた。[ 8 ]

以下は、8月6日にサハロフとロマノフが提出した「原子圧縮」と題された報告書です。「原子圧縮は、第2セクターのメンバーと共同で理論的に研究されています。原子圧縮に関連する主要な問題は、開発段階にあります。」

（1）本体を圧縮するために使用された原子爆弾からの放射線の放出。計算によると、[削除]の場合、非常に強い放射線が放出されることが判明している…

（2）放射エネルギーを機械エネルギーに変換し、本体を圧縮する。これは[削除]と仮定されている。これらの原理は、第2セクターと第1セクター（Ya. B. Zel'dovich、Yu. A. Trutnev、A.D. Sakharov）の共同研究によって開発された。[ 7 ]

二段階核爆弾の問題は、さらに二つの問題を引き起こす。一つ目は、「元の爆発源の爆発エネルギーの運搬体は一体何なのか？」、二つ目は、「このエネルギーはどのようにして二次モジュールに輸送されるのか？」である。[ 8 ]

2つ目の疑問は、核分裂誘発装置の核爆発によって影響を受ける二次モジュールに関するものである。当初、科学者は、二段階チャージにおける核分裂誘発装置の核爆発開始エネルギーは、衝撃波が二次モジュールの不均質構造を伝播する際に、開始生成物の流れによって輸送されると考えていた。[ 8 ]ゼルドビッチとサハロフは、「二次モジュールの基本的な物理的要素、すなわちシステムの「層状」球状構成として、RDS-6sチャージの内部要素の類似物を選択することを決定した」[ 8 ] 。

デザインの背後にある要因

ソ連は外部情報の助けを借りずに、アメリカ合衆国と類似の成果をいくつか達成することができた。「長崎の原爆のように最初から固体の球体である活性物質の代わりに、中心に『浮遊』した球体を持つ殻として製造される。高価なプルトニウムの一部は、より安価なウラン235に置き換えられた。浮遊によりエネルギー収量が増加し、爆薬のサイズと重量を減らすことが可能になった。ソ連の研究所はスパイ活動なしに同様の成果を達成した。」[ 9 ]テラーが考案した最初の目覚まし時計方式は、スタニスワフ・ウラムによって評価され、予想以上に困難で費用がかかると判断した。この間、アメリカ合衆国は目覚まし時計方式に、ソ連はスロイカ方式に注力していた。目覚まし時計のジレンマは1951年まで続き、この年、ウラムは一次核分裂爆弾によって生成される流体衝撃で熱核二次核を圧縮するというアイデアを思いついた。[ 9 ]テラーはこの方法に同意し、流体衝撃ではなく一次核からの放射線の圧力を使用するように改良した。

テラーが最終的にこの方式を受け入れた後、問題は残った。どの熱核燃料を使用するかである。主な選択肢は、重水素化リチウム、重水素化アンモニア、液体重水素の3つであった。「それぞれに長所と短所があり、重水素化リチウムは室温で固体であるため、最も簡単に設計できる材料である。しかし、爆弾内でリチウムからトリチウムを生成するには、リチウムの複数の同位体のうちの1つだけを使用する複雑な熱核反応の連鎖が必要だった。」[ 9 ]重水素化アンモニアは適度な冷却または弱い圧力下で液相で保存できたが、その物理的特性は当時よく分かっていなかった。液体重水素の問題は、大量に輸送・貯蔵する技術がまだ開発されていなかったことであった。[ 9 ]アメリカ合衆国は熱核燃料として液体重水素を選択することを決定した。これがアイビー・マイク爆弾の前提となった。

アメリカによるアイビー・マイクの起爆はソ連の報復を招き、ソ連はすぐに追いつこうとした。ソ連はほぼ同時期にRDS-6を起爆させていたが、RDS-6は高出力爆薬で起爆されたのに対し、アイビー・マイクは放射線で起爆された。[ 10 ]その後、ソ連は層状爆弾方式を放棄し、二段爆弾方式に焦点を絞った。

水素爆弾は主に2つのユニット、すなわち主ユニットである核爆弾と、二次エネルギーユニットから構成される。水素爆弾の第一段階はレイヤーケーキ型設計に類似しているが、主な違いは起爆装置が従来の爆薬ではなく核兵器によって行われることである。[ 10 ]この設計は1941年にエンリコ・フェルミとエドワード・テラーによって最初に提唱された。テラーは何らかの核分裂兵器によって重水素を点火すべきだと主張した。水素爆弾は挑戦的で、核爆弾よりも強力で破壊力も大きいものとなるだろう。核融合セル自体はそれほど強力ではなく、1反応あたり約17.6 MeVであったが、水素燃料の量を増やすことで、必要に応じて兵器を大型化することができる。[ 5 ]

設計プロセス

アンドレイ・サハロフはRDS-37計画の主要な理論的貢献者であり、熱核燃料から得られる理論的利益を初めて定量化した人物である。[ 7 ]サハロフはテラー・ウラム設計とはまったく関係なく、独自の圧縮方式を開発した。サハロフの原子圧縮設計では、重水素-重水素または重水素-三重水素の密集した層をいくつか利用し、これが内側に起爆して原子圧縮を達成する。理論的には、原子起爆装置は熱核燃料とウランの層に囲まれた球形ハウジングの中央に配置する。システム全体は多層球の外側の周囲に配置された爆薬によって圧縮され、爆縮と最終的な原子起爆を開始することになっていた。[ 11 ]この設計の効率性により、サハロフは設計局 11 の同僚から名声を得た。この設計は、厚いクリームでしっかりとまとめられた伝統的なロシアの多層ケーキに似ていることから、サハロフの同僚からは「スロイカ」と呼ばれていた。彼のアイデアの主な問題は、重水素同士および重水素同士の反応断面積がわかっておらず、理論上しか考えられていなかったことであった。 [ 2 ]設計局 11 (KB-11) は、主に理論計算を用いて RDS-6 爆弾の設計案をソ連当局に提示した。アンドレイ・サハロフは 1949 年 1 月に論文を発表し、重水素同士および重水素同士の反応断面積は実験的に研究されておらず、すべての評価が推測に過ぎないと述べた。[ 12 ] [ 3 ] 1949年3月、ハリトンはベリヤに対し、タムとコンパネーツにD-T断面積を含む諜報データへのアクセスを許可するよう要請した。諜報資料へのアクセスを最小限に抑えるため、この要請は拒否されたが、代わりに4月27日にD-T断面積の測定値がタムとコンパネーツに送付されたが、その出典は伏せられていた。[ 13 ]皮肉なことに、1949年4月15日発行のPhysical Review誌にも同様のデータが発表された。この情報に基づき、サハロフと設計局11はRDS-6実験において原子圧縮を成功裏に実施することができた。[ 11 ]1954年12月24日、ソ連当局はRDS-37というコード名の新しいプロジェクトで原子圧縮のアイデアの実現を承認した。1955年初頭には、試験場の準備やその他の重要な試験作業の準備段階に入った。RDS-37では、球状爆縮からの電荷の分布を対称に保つという新しい設計上の問題が明らかになった。このため、X線の方向性散乱を最大化するために、一次モジュールと二次モジュールの両方を同じ区画に配置する標準システムが開発された。初期の原子起爆からの膨大な量のエネルギーはX線の形で伝達され、熱核爆弾の起爆に必要なエネルギーをすべて提供するように導かれた。[ 11 ]爆弾設計の技術仕様は1955年2月3日までに完成したが、RDS-37がセミパラチンスクの試験場に搬入されるまで継続的に再評価と改良が行われた。この時期にKB-11は、テラー・ウラム実験の発表後に決定された重水素・三重水素燃料の代わりに、リチウム・重水素を熱核燃料として使用できることを発見しました。[ 3 ] [ 7 ]

原子圧縮という構想を実現するにあたり、設計局11はいくつかの課題を克服する必要がありました。主な問題は、最初の原子爆弾の爆縮によって放出される膨大な量の放射線でした。計算された放射量は非常に大きく、放出されたエネルギーを収容・保持する構造物を設計できるかどうかについて大きな懸念がありました。次に克服すべき大きな障害は、膨大な量の放射エネルギーを、本体を圧縮するために使用する機械エネルギーに変換することでした。[ 7 ]ヤコフ・ゼルドヴィッチとアンドレイ・サハロフが執筆した報告書では、RDS-37に見られる原子圧縮という新しい原理は「創造的なチームワークの輝かしい例」であると述べられています。報告書はさらに、設計局11の主任設計者であるユリイ・ハリトンの監督の下で行われた、設計、実験、そして技術に関する膨大な努力を誇示しています。[ 7 ]

RDS-37 は空中投下可能な爆弾として組み立てられました。

テスト

初期の試験段階では、安全上の懸念から爆弾のエネルギー出力が低下しました。重水素化リチウム核融合セルは、核融合燃料の一部を不活性物質に置き換えるように改造されました。[ 7 ] RDS-37は1955年11月22日に初爆発しました。

配送方法

この兵器はカザフスタンのセミパラチンスク試験場に空中投下され、空中投下による二段階熱核実験としては初の試みとなった。セミパラチンスク試験場で行われた爆発としては過去最大規模であった。[ 2 ] 1953年に行われたRDS -6s装置（Joe-4）の実験は一段式の設計であり、メガトン級の威力には拡張できなかった。RDS-37はツポレフTu-16爆撃機から投下され、1950年代後半から1960年代にかけて最も多く使用された。しばらくしてソ連は2.9メガトンの熱核爆弾は一部の任務には過剰であると考え、より威力の低い200キロトン爆弾であるRP-30とRP-32が一部の任務のために準備された。[ 14 ]アメリカがチェロキー核兵器実験で同じ結果を達成するまでには、1956年5月20日まで、つまり約半年かかりました。[ 15 ] しかし、この時点で米空軍は数百発のメガトン級爆弾を保有しており、それらを投下できる航空機は1,100機以上ありました。[ 16 ]

この爆弾は、局所的な放射性降下物を避けるため、意図的に上空高く爆発させられました。爆発高度は地上1,550メートル（5,090フィート）でした。[ 17 ]

効果

威力は低下したものの、衝撃波の大部分は予想外に地面に向かって集中した。これは、兵器が逆転層の下で爆発したためである。その結果、塹壕が崩落し、兵士の集団が死亡し、1人が死亡した。また、65キロ離れたクルチャトフでも建物が倒壊し、少女が死亡した。[ 18 ]クルチャトフでは、爆発によって窓が割れ（常識的な推測であるため確認が必要）、飛散したガラスの破片で42人が負傷したという記録もある。[ 19 ]アンドレイ・サハロフの理論研究室の科学者は、この実験を回想録にまとめている。彼は爆心地から32キロ離れた観測所からRDS-37実験を目撃した。カウントダウンがゼロになったとき、彼が最初に感じた印象は「まるで頭をオーブンの中に数秒間入れられたかのような、耐え難いほどの熱さだった」。爆発によって生じた塵と破片の衝撃波は、熱核爆発の約90秒後に観測ステーションに接近し、目と耳で確認された。すべての観測者は、飛散する破片による怪我を避けるため、爆発の方向に足を向け、うつぶせに倒れなければならなかった。衝撃波が過ぎ去ると、すべての観測者は立ち上がり、ソ連が二段階式熱核兵器の空中投下を成功させた最初の国となったことを祝った。[ 2 ]この装置の測定されたエネルギー出力は、TNT火薬1.6メガトンに相当した。[ 7 ]

試験後、委員会は1955年11月24日の会議で3つの点を指摘した。「新しい原理に基づく水素爆弾の設計は、試験に成功した。この種の爆弾の爆発過程の詳細な研究を継続する必要がある。RDS-37爆弾の基礎として選択された原理を幅広く応用して、水素爆弾のさらなる開発を行うべきである」[ 8 ] 。RDS -37の試験の成功により、熱核兵器の大規模な開発を開始することが可能になった[ 8 ]。RDS -37の爆薬は、ソ連におけるその後のすべての二段階熱核兵器の原型となった[ 8 ] 。

RDS-37の重要な結果

セミパラチンスク・サイトで行われたRDS-37実験は、ソ連をアメリカ合衆国との軍拡競争に再び引き戻すこととなった。その大きな要因は、ソ連が重水素化リチウムを熱核燃料として初めて成功させた国であったという事実による。もう一つの重要な要素は、ソ連が爆弾のエネルギー出力をどれほど正確に予測できたかであった。RDS-6実験の予測精度は最大30%、RDS-37実験の予測精度は10%以内であったのに対し、キャッスル・ブラボー実験におけるアメリカのエネルギー出力予測は2.5倍も外れた[ 20 ] 。ソ連はRDS-37の兵器搭載可能な設計も提供した。軍拡競争におけるアメリカ側では、実験に使用された爆弾は遠隔操作で起爆された。「この実験は長年の努力の集大成であり、多様な高性能特性を持つ様々な装置の開発への道を開いた勝利であった。」[ 7 ] ゼルドヴィッチとサハロフが執筆したRDS-37に関する報告書は、RDS-37に見られる原子圧縮という新しい原理は「創造的なチームワークの輝かしい例」であると述べている。報告書は、設計局11の主任設計者であるハリトンの監督の下で行われた、膨大な設計、実験、そして技術的な努力を誇示している。[ 7 ]

最初の二段階熱核兵器の爆発成功は、ソ連の核兵器計画における重要な節目であり、計画の方向性を決定づけることになった。[ 7 ]この出来事は、アメリカとソ連の差が縮まりつつあることを示した。さらに重要なのは、核兵器の威力差が縮まったことである。両国は、より軽量で信頼性が高く、コンパクトな爆弾の開発競争に突入した。そして1955年11月22日、ソ連はアメリカ合衆国内のあらゆる標的を破壊できる兵器を保有するに至った。[ 14 ]

アメリカとソ連の熱核兵器開発競争は、参加した科学者たちの予想をはるかに超えるものでした。アメリカとソ連両国の成功と将来性ある研究は、熱核兵器の潜在能力の扉が開かれたため、両国はより強力な兵器の開発を推進するようになりました。[ 7 ]もちろん、冷戦が本格化していた当時、これは全く当然のことでした。ソ連の物理学者、技術者、科学者、そして優れた頭脳がアメリカと競争できるだけでなく、兵器と技術開発のいくつかの主要分野でアメリカを上回ることができるという認識は、ソ連の士気を大きく高めました。

RDS計画はアンドレイ・サハロフという天才を生み出し、彼は間違いなくソ連の熱核兵器開発計画の原動力となった。設計局11に在籍中、サハロフはソ連の熱核兵器計画の発展に最も重要なアイデアを考案した。RDS-37はサハロフに同僚や上司からの大きな信頼と名声をもたらした。成功後、彼は研究においてより大きな自主性を与えられ、核兵器（および産業）の分野で多大な貢献を果たした。磁気プラズマ閉じ込めと磁気熱核反応炉に関する彼の研究と理論は、最終的に大型電磁パルス装置とレーザー核融合の導入につながった。RDS計画に携わっていた当時のサハロフの研究と提案の多くは、今日でも継続されている。[ 11 ]

RDS-37の爆発を示すビデオは、ツァーリ・ボンバのビデオとよく混同されますが、非常によく似ています。RDS-37のビデオでは爆発が中央で撮影されていますが、ツァーリ・ボンバのビデオでは爆発が右側で撮影されています（中央にあるキノコ雲のビデオを除く）。さらに、RDS-37のテストはセミパラチンスクのテストエリアで行われ、ビデオの一部には秘密都市クルチャトフ（別名セミパラチンスク-16）の屋根越しに撮影されています。ツァーリ・ボンバは、当時数百キロメートル以内に同様の人口密集地がなかった北極圏のノヴァヤゼムリャ島の南半分の上空で発生しました。

参照

参考文献

  1. ^ 「1955年11月22日 - RDS-37: CTBTO準備委員会」包括的核実験禁止条約機構（CTBTO）. 2021年11月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  2. ^ a b c dゴンチャロフ 2005 .
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  5. ^ a b cバーンスタイン 2010 .
  6. ^ハリトン、アダムスキー、スミルノフ、1996 年。
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  16. ^ゲッツ 2018 p. 409
  17. ^ RDS-37試験の結果に関する報告書（1955年11月23日）、LD Ryabev編『 Atomnij Proekt SSSR: Documenti i materiali』（RFNC-VNIIEF、2009年）第3巻第2巻、423～424ページの文書183。
  18. ^サハロフ1992年。
  19. ^ 「1955年11月22日 - RDS-37: CTBTO準備委員会」 www.ctbto.org . 2017年4月18日閲覧。
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参考文献

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