RDS-37

La RDS-37 ( en ruso : РДС-37 ) fue la primera bomba de hidrógeno de dos etapas de la Unión Soviética , probada por primera vez el 22 de noviembre de 1955. El arma tenía una potencia nominal de aproximadamente 3 megatones . Se redujo a 1,6 megatones para la prueba real. ^{[ 1 ]}

El RDS-37 fue una respuesta a los esfuerzos de Estados Unidos. Anteriormente, la Unión Soviética supuestamente utilizó a muchos de sus espías en EE. UU. para generar métodos e ideas para la bomba nuclear . La creación de la bomba de hidrógeno requirió menos de este método, aunque aún recibieron ayuda de algunos espías, sobre todo de Klaus Fuchs .

En 1945, la Unión Soviética decidió trabajar en el diseño de una "superbomba". También en 1945, Enrico Fermi impartió conferencias en Los Álamos sobre el proceso de fusión. Al final de su conferencia afirmó: "Hasta ahora, todos los planes para la iniciación de la superbomba son bastante vagos". ^{[ 2 ]}

En la primavera de 1946, Edward Teller organizó una conferencia para evaluar toda la información conocida sobre la bomba de hidrógeno. Klaus Fuchs asistió a esta misma conferencia. ^{[ 3 ]} Ese mismo año, Teller postuló un nuevo diseño para la bomba de hidrógeno, al que llamó «Reloj Despertador», que, según sugirió, utilizaría deuteruro de litio-6 en lugar de deuterio puro . ^{[ 3 ]}

Klaus Fuchs había transmitido información sobre la bomba nuclear y la bomba de hidrógeno a la Unión Soviética. Esta información propició el reclutamiento del grupo de Igor Tamm , cuyo trabajo contribuyó a la creación de la bomba de hidrógeno. ^{[ 3 ]} El contenido que Fuchs proporcionó en 1948 no solo se refería a la bomba de hidrógeno, sino también a la industria nuclear en su conjunto. Ofrecía información detallada sobre el diseño de la bomba mediante un bloque de ignición de dos etapas.

Los diseños fueron enviados rápidamente a Lavrentiy Beria , quien había sido puesto a cargo del programa de la bomba rusa por Joseph Stalin y remitidos a Igor Kurchatov , Boris Vannikov y Yulii Khariton, para validar y evaluar estos diseños. ^{[ 3 ]} El 5 de mayo de 1948, Vannikov y Kurchatov escribieron una respuesta, declarando: ^{[ 3 ]}

En lo que respecta al material n.° 713a, las ideas básicas sobre el papel del tritio en la transferencia de la explosión de un cebador de uranio-235 a deuterio, sobre la necesidad de una selección cuidadosa de la potencia del cebador de uranio y sobre el papel de las partículas y los fotones en la transferencia de la explosión al deuterio son novedosas. Estos materiales son valiosos, ya que serán de utilidad para el camarada Zel'dovich en su trabajo sobre la superbomba, realizado conforme a los planes operativos aprobados por la Primera Dirección Principal. Se debería intensificar la investigación en este campo y comenzar con el diseño práctico.

Vannikov se propuso estudiar el deuterio y sus efectos. Khariton también envió su respuesta el 5 de mayo de 1948, en la que instaba a la Unión Soviética a crear un grupo de diseño.

En aquel entonces, muy poca gente sabía algo sobre el diseño de la bomba de hidrógeno. Los científicos en Estados Unidos tampoco comprendían del todo sus propios diseños. La Unión Soviética creó un grupo para trabajar en la bomba de hidrógeno. En agosto de 1948, Andrei Sakharov postuló el método de la sloyka , o método de capas , que consistía en capas alternas de uranio y combustible termonuclear. ^{[ 3 ]} A principios de 1949, este diseño de capas se modificó, utilizando deuteruro de litio-6 como combustible termonuclear.

A principios de 1950, Klaus Fuchs fue arrestado en el Reino Unido y no pudo continuar con su actividad de espionaje para la Unión Soviética. ^{[ 4 ]}

Los científicos soviéticos tuvieron la idea de aumentar la densidad del deuterio. Sakharov y su equipo vieron la posibilidad de detonar una bomba nuclear más pequeña dentro de la estructura de capas. ^{[ 3 ]} Esta idea tuvo éxito y la primera implementación se utilizó en las RDS-6. Las RDS-6 allanaron el camino para las RDS-37. Para 1952, la Unión Soviética comenzó a considerar seriamente la bomba de dos etapas. Sin embargo, en 1954, el plan finalmente se concretó. Antes de 1954, no se creía que el dispositivo termonuclear se iniciara por radiación, sino por una onda expansiva.

El 1 de noviembre de 1952, Estados Unidos probó su primera "bomba de hidrógeno", con nombre en clave Ivy Mike . ^{[ 5 ]} El diseño se basó en el esquema Teller-Ulam. Ivy Mike no era un arma utilizable. Era de tamaño masivo, con un peso de 82 toneladas. El 12 de agosto de 1953, los soviéticos habían probado su propia "bomba de hidrógeno" en una prueba con nombre en clave " Joe 4 ", que se basó en el diseño de capas. Para entonces, nadie había creado una bomba de hidrógeno "verdadera". Todas las demás pruebas tuvieron un rendimiento de kilotones.

En la primavera de 1954, Estados Unidos probó una serie de seis dispositivos nucleares, conocidos como Operación Castle , cada uno de los cuales alcanzó el rango de megatones. ^{[ 5 ]} El primero de ellos fue Castle Bravo , que finalmente se convirtió en la mayor detonación jamás realizada por Estados Unidos.

En la primavera de 1954, los científicos soviéticos comenzaron a comprender la posibilidad de liberar radiación del detonador de la bomba nuclear y utilizarla para iniciar la fusión nuclear. Esta idea guarda paralelismos con el diseño Teller-Ulam empleado en la detonación de Mike. Posteriormente, abandonaron los diseños de bomba de una sola etapa, tanto de capas como tubulares, y se centraron por completo en el proyecto de bomba de dos etapas. Un informe sobre la actividad del sector teórico n.º 1, publicado en 1954, afirma:

La compresión atómica se investiga teóricamente en colaboración con miembros del sector n.° 2. Los principales problemas relacionados con la compresión atómica se encuentran en fase de desarrollo. La emisión de radiación de la bomba atómica se utiliza para comprimir el cuerpo principal. Los cálculos muestran que la radiación emitida es muy intensa. La conversión de energía radiante en energía mecánica para comprimir el cuerpo principal. Estos principios se han desarrollado gracias a los esfuerzos de los sectores n.° 2 y n.° 1.

El 22 de noviembre de 1955, los rusos probaron su primera bomba de hidrógeno de dos etapas en el rango de megatones, la RDS-37. ^{[ 6 ]} Esta prueba implementó la implosión radiactiva de dos etapas . Esta fue también la primera prueba mundial de una bomba de fusión lanzada desde el aire.

Tras la prueba Bravo en marzo de 1954, los científicos soviéticos comenzaron a buscar la manera de fabricar una bomba termonuclear eficaz de gran potencia. Después de una intensa investigación de la experiencia previa con estas bombas, se diseñó una nueva bomba de dos etapas. ^{[ 7 ]}

Las cargas termonucleares del RDS-37 se basan en conceptos científicos fundamentales de la física de alta densidad energética. ^{[ 8 ]} El principio de implosión por radiación presupone tres conceptos. Según Ilkaev, estos son: "la proporción predominante de la energía de la explosión de la carga nuclear (el módulo primario) se genera en forma de radiación de rayos X; la energía de la radiación de rayos X se transporta al módulo de fusión; la implosión del módulo de fusión utiliza la energía de la radiación de rayos X 'entregada'". ^{[ 8 ]} Desde principios de la década de 1950 se habían debatido las esperanzas de lograr una mejor compresión del material nuclear que pudiera iniciarse. ^{[ 8 ]}

Poco después, Yakov Zeldovich y Andrei Sakharov comenzaron a trabajar en esta teoría. "En enero de 1954, Ya. B. Zeldovich y AD Sakharov consideraron en detalle un diseño de dispositivo que incorporaba el principio de una carga nuclear de dos etapas". ^{[ 8 ]}

Desde el principio, muchas personas cuestionaron si podrían tener éxito. Las preguntas relativas a la carga nuclear de dos etapas se dividieron en dos categorías.

El primer conjunto de preguntas se refería a la implosión nuclear. El primer módulo, o detonante de fisión, se iniciaba "por compresión de material nuclear o fisión y fusión de materiales por explosión esférica de explosivos químicos, en la que la simetría esférica de la implosión estaba determinada por la detonación esféricamente simétrica inicial del explosivo". ^{[ 8 ]}

Parecía imposible que "una estructura heterogénea compuesta por una fuente primaria (o fuentes) y un módulo secundario compresible" pudiera "mantener la implosión nuclear esféricamente simétrica". ^{[ 8 ]}

A continuación se presenta un informe de Sakharov y Romanov del 6 de agosto, titulado "Compresión atómica". "La compresión atómica se está investigando teóricamente en colaboración con miembros del sector n.° 2. Los principales problemas relacionados con la compresión atómica se encuentran en fase de desarrollo.

(1) Emisión de radiación de la bomba atómica utilizada para comprimir el cuerpo principal. Los cálculos muestran que para [eliminado] la radiación se emite muy fuertemente...

(2) Conversión de energía radiante en energía mecánica para comprimir el cuerpo principal. Se postula [eliminado]. Estos principios se han desarrollado mediante el trabajo en equipo de los Sectores n.° 2 y n.° 1 (Ya. B. Zel'dovich, Yu. A. Trutnev y AD Sakharov)... ^{[ 7 ]}

Este problema con una carga nuclear de dos etapas plantea otros dos problemas. Primero, "¿cuál es ahora el portador de la energía explosiva de la fuente original?". Segundo, "¿cómo se transporta esta energía al módulo secundario?". ^{[ 8 ]}

El segundo conjunto de preguntas se refiere al módulo secundario afectado por la implosión nuclear del disparador de fisión. Al principio, los científicos pensaron que la energía de una iniciación nuclear del disparador de fisión en una carga de dos etapas sería transportada por el flujo de los productos de la iniciación a medida que la onda de choque se propagaba a través de la estructura heterogénea del módulo secundario. ^{[ 8 ]} Zeldovich y Sakharov "decidieron elegir un análogo del elemento interno de la carga RDS-6s para el elemento físico básico del módulo secundario, es decir, la configuración esférica 'en capas' del sistema". ^{[ 8 ]}

La Unión Soviética pudo lograr algunos avances similares a los de Estados Unidos sin la ayuda de información externa. "El material activo, en lugar de ser una esfera sólida desde el principio, como en la bomba de Nagasaki , se fabricaría como una carcasa, con una esfera 'levitada' en su centro. Parte del costoso plutonio fue reemplazado por uranio-235 menos costoso. La levitación aumentó el rendimiento energético y permitió reducir el tamaño y el peso del explosivo. Se lograron avances similares sin espionaje por parte de los Laboratorios Soviéticos." ^{[ 9 ]} El método inicial del reloj despertador derivado por Teller fue evaluado por Stanislaw Ulam , quien decidió que sería más difícil y costoso de lo esperado. Durante este tiempo, Estados Unidos se centró en el Reloj Alarmante, mientras que la Unión Soviética se centró en el método Sloyka. El dilema del reloj despertador duró hasta 1951, cuando Ulam concibió la idea de comprimir un secundario termonuclear con el choque hidrodinámico producido por una bomba de fisión primaria. ^{[ 9 ]} Teller estuvo de acuerdo con este método e incluso lo modificó utilizando la presión de la radiación del primario, en lugar del choque hidrodinámico.

Después de que Teller finalmente aceptara este método, la pregunta seguía en pie. ¿Qué combustible termonuclear se utilizaría? Las tres opciones principales eran el deuteruro de litio , el amoníaco deuterado y el deuterio líquido . "Cada uno tenía sus ventajas y desventajas; el deuteruro de litio sería el material más sencillo de fabricar porque era sólido a temperatura ambiente, pero la producción de tritio dentro de la bomba a partir de litio requería una compleja cadena de reacciones termonucleares que involucraban solo uno de los varios isótopos del litio." ^{[ 9 ]} El amoníaco deuterado podía mantenerse en fase líquida con refrigeración moderada o bajo presión suave, pero sus propiedades físicas no se conocían bien en ese momento. El problema con el deuterio líquido era que la tecnología para transferirlo y almacenarlo en grandes cantidades aún no estaba desarrollada. ^{[ 9 ]} Estados Unidos decidió elegir el deuterio líquido como su combustible termonuclear. Esta fue la premisa detrás de la bomba Ivy Mike.

La detonación de Ivy Mike por parte de Estados Unidos provocó una represalia soviética, y los soviéticos intentaron rápidamente ponerse al día. Aunque la Unión Soviética había detonado su RDS-6 casi al mismo tiempo, el RDS-6 se inició con explosivos de alta potencia, mientras que Ivy Mike se inició mediante radiación. ^{[ 10 ]} Los soviéticos abandonaron entonces su método de bomba en capas y se centraron en un método de bomba de dos etapas.

La bomba de hidrógeno consta principalmente de dos unidades: una bomba nuclear, que era la unidad primaria, y una unidad de energía secundaria. La primera etapa de la bomba de hidrógeno se asemejaba al diseño de un pastel de capas, con la diferencia principal de que la iniciación se realiza mediante un dispositivo nuclear, en lugar de un explosivo convencional. ^{[ 10 ]} Este diseño fue postulado inicialmente por Enrico Fermi y Edward Teller en 1941. Teller insistió en que debían encender el deuterio mediante algún arma de fisión. La bomba de hidrógeno representaba un desafío y sería más potente y destructiva que la bomba nuclear. La celda de fusión en sí no era muy potente, con una energía de aproximadamente 17,6 MeV por reacción, pero la cantidad de combustible de hidrógeno podía ampliarse para fabricar un arma del tamaño deseado. ^{[ 5 ]}

Andrei Sakharov fue el principal contribuyente teórico al proyecto RDS-37, ya que fue el primero en cuantificar las ventajas teóricas que se podían obtener de un combustible termonuclear. ^{[ 7 ]} Sakharov desarrolló su propio método de compresión, completamente independiente del diseño de Teller-Ulam. El diseño de Sakharov para la compresión atómica utilizaba varias capas densamente empaquetadas de deuterio-deuterio o deuterio-tritio que se iniciarían hacia el interior, logrando así la compresión atómica. En teoría, un iniciador atómico se colocaría en el centro de una carcasa esférica rodeada por capas de combustible termonuclear y uranio. Todo el sistema se comprimiría mediante un explosivo colocado alrededor de la esfera multicapa, lo que provocaría una implosión y, finalmente, la activación del iniciador atómico. ^{[ 11 ]} La eficiencia de este diseño le valió a Sakharov cierto prestigio entre sus compañeros de trabajo en la Oficina de Diseño 11. Este diseño fue denominado " Sloika " por los compañeros de Sakharov, ya que se asemejaba a un pastel ruso tradicional de varias capas, firmemente unido por una crema espesa. El principal problema con su idea era que las secciones transversales de reacción de las reacciones deuterio-deuterio y deuterio-tritio eran desconocidas y solo se habían teorizado. ^{[ 2 ]} La Oficina de Diseño 11 (KB-11) presentó la idea para el diseño de la bomba RDS-6 a los funcionarios de la URSS utilizando principalmente cálculos teóricos. Andrei Sakharov publicó un artículo en enero de 1949 donde señaló que las secciones transversales de reacción deuterio-tritio y deuterio-deuterio no se habían estudiado experimentalmente y todas las evaluaciones eran conjeturales. ^{[ 12 ] [ 3 ]} En marzo de 1949, Khariton solicitó a Beria que se le diera acceso a Tamm y Kompaneets a los datos de inteligencia con las secciones transversales D-T. Esto fue denegado para minimizar el acceso a los materiales de inteligencia, pero en cambio, el 27 de abril, se enviaron mediciones de la sección transversal D-T a Tamm y Kompaneets sin mencionar el origen. ^{[ 13 ]} Irónicamente, datos similares fueron publicados en la edición del 15 de abril de 1949 de Physical Review . Con esta información, Sakharov y la Oficina de Diseño 11 implementaron con éxito la compresión atómica en las pruebas RDS-6 . ^{[ 11 ]}El 24 de diciembre de 1954, las autoridades soviéticas dieron luz verde a la implementación de la idea de la compresión atómica en un nuevo proyecto con nombre en clave RDS-37. Los preparativos del sitio de prueba y otras operaciones de prueba importantes entraron en la fase de preparación a principios de 1955. Para el RDS-37, se dio a conocer un nuevo problema de diseño: mantener la distribución de carga de la implosión esférica simétrica. Esto llevó al desarrollo de un sistema canónico en el que tanto el módulo primario como el secundario se colocaron en el mismo compartimento para maximizar la dispersión direccional de los rayos X. Las enormes cantidades de energía de la iniciación atómica inicial se transfirieron en forma de rayos X, que se dirigieron de tal manera que proporcionaran toda la energía necesaria para iniciar la carga termonuclear. ^{[ 11 ]} Las especificaciones técnicas para el diseño de la bomba se completaron el 3 de febrero de 1955, pero se reevaluaron y mejoraron continuamente hasta que el RDS-37 fue entregado al sitio de prueba en Semipalatinsk. Fue durante este tiempo que KB-11 descubrió que podían usar litio-deuterio como combustible termonuclear para reemplazar el combustible de deuterio-tritio que se decidió después de la publicación de las pruebas Teller-Ulam. ^{[ 3 ] [ 7 ]}

La Oficina de Diseño 11 tuvo que superar varios factores para implementar la idea de la compresión atómica. Los principales problemas se relacionaban con las enormes cantidades de radiación que se emitirían tras la implosión inicial de la bomba atómica. Los rendimientos calculados eran tan grandes que existía gran preocupación sobre si se podría diseñar una estructura capaz de albergar y contener la emisión de energía. El siguiente gran obstáculo consistía en convertir las vastas cantidades de energía radiante en energía mecánica que se utilizaría para comprimir el cuerpo principal. ^{[ 7 ]} En un informe escrito por Yakov Zeldovich y Andrei Sakharov, se afirmaba que el nuevo principio de compresión atómica, tal como se observaba en el RDS-37, era un "ejemplo brillante de trabajo en equipo creativo". El informe también destacaba la enorme cantidad de esfuerzos de diseño, experimentales y tecnológicos realizados bajo la supervisión del diseñador jefe de la Oficina de Diseño 11, Yulii Khariton . ^{[ 7 ]}

La RDS-37 fue diseñada como una bomba lanzada desde el aire.

En la fase inicial de pruebas, el rendimiento energético de la bomba se redujo por motivos de seguridad. La celda de fusión de deuteruro de litio se modificó para sustituir parte del combustible de fusión por un material pasivo. ^{[ 7 ]} La RDS-37 se detonó por primera vez el 22 de noviembre de 1955.

Las pruebas del RDS-37 en el sitio de Semipalatinsk demostraron que la Unión Soviética había vuelto a la carrera armamentística con Estados Unidos. Esto se debió en gran parte a que la Unión Soviética fue la primera nación en emplear con éxito el deuteruro de litio como combustible termonuclear. Otro factor importante a considerar fue la precisión con la que los soviéticos pudieron predecir el rendimiento energético de sus bombas. Las predicciones para las pruebas del RDS-6 fueron precisas hasta en un 30%, y las del RDS-37, con una precisión de hasta el 10%, mientras que las predicciones estadounidenses sobre el rendimiento energético tuvieron un margen de error de dos veces y media en la prueba de Castle Bravo . ^{[ 20 ]} Los soviéticos también entregaron un diseño listo para su uso como arma para el RDS-37. Por parte de Estados Unidos, las bombas que se probaban se detonaban de forma remota. "La prueba fue la culminación de muchos años de trabajo, un triunfo que ha abierto el camino al desarrollo de toda una gama de dispositivos con diversas características de alto rendimiento". ^{[ 7 ]} El informe sobre el RDS-37, escrito por Zel'dovich y Sakharov, afirmaba que el nuevo principio de compresión atómica del RDS-37 era un «ejemplo brillante de trabajo en equipo creativo». El informe destacaba la enorme cantidad de esfuerzos experimentales, tecnológicos y orientados al diseño realizados bajo la supervisión del diseñador jefe de la Oficina de Diseño 11, Khariton. ^{[ 7 ]}

La exitosa detonación de la primera arma termonuclear de dos etapas fue un momento crucial en el programa de armas nucleares de la Unión Soviética y contribuyó a definir su rumbo. ^{[ 7 ]} Demostró que la brecha entre Estados Unidos y la Unión Soviética se estaba reduciendo. Más importante aún, se había cerrado la brecha en el rendimiento nuclear. Ahora era una carrera entre ambas naciones para perfeccionar la bomba, haciéndola más ligera, fiable y compacta. El 22 de noviembre de 1955 marcó la fecha en que la Unión Soviética poseyó un arma capaz de destruir cualquier objetivo en Estados Unidos. ^{[ 14 ]}

La carrera armamentística termonuclear entre Estados Unidos y la Unión Soviética superó todas las expectativas de los científicos participantes. El trabajo exitoso y prometedor de ambos países los impulsó a desarrollar armas más potentes, ya que se había abierto un sinfín de posibilidades para la creación de armas termonucleares. ^{[ 7 ]} Esto era, por supuesto, lo habitual en aquella época, dado que la Guerra Fría estaba en pleno apogeo. Fue un gran estímulo para la moral soviética saber que sus físicos, ingenieros, científicos y grandes mentes no solo podían competir con los estadounidenses, sino también superarlos en algunos aspectos clave del desarrollo tecnológico y armamentístico.

El programa RDS dio origen al genio de Andrei Sakharov, quien sin duda fue la fuerza impulsora del programa soviético de desarrollo de armas termonucleares. Durante su tiempo en la Oficina de Diseño 11, Sakharov formuló las ideas más cruciales para el avance de los proyectos termonucleares soviéticos. El proyecto RDS-37 le otorgó a Sakharov gran credibilidad y prestigio entre sus compañeros y superiores. Tras su éxito, se le concedió mayor autonomía en su investigación y realizó importantes contribuciones en el ámbito del armamento nuclear (y la industria). Sus estudios y teorías sobre el confinamiento magnético de plasma y el reactor termonuclear magnético condujeron finalmente a la introducción de grandes dispositivos de pulsos electromagnéticos y la fusión láser . Muchos de los trabajos e ideas propuestas por Sakharov durante su tiempo trabajando en los proyectos RDS siguen vigentes hoy en día. ^{[ 11 ]}

Los vídeos que muestran la detonación del RDS-37 suelen confundirse con los de la Bomba del Zar , aunque pueden ser bastante similares. En los vídeos del RDS-37, la detonación se centra, mientras que en los de la Bomba del Zar se muestra a la derecha (excepto en el vídeo de la nube atómica, que se sitúa en el centro) . Además, la prueba del RDS-37 tuvo lugar en la zona de pruebas de Semipalatinsk, y parte del vídeo muestra los tejados de la ciudad secreta de Kurchatov , también conocida como Semipalatinsk-16. La Bomba del Zar se produjo sobre la mitad sur de la isla desértica polar ártica de Nueva Zembla , donde en aquel momento no existían centros de población similares en un radio de cientos de kilómetros.

• RDS-1
• Proyecto soviético de bomba atómica
• RDS-3
• RDS-4
• RDS-5
• RDS-202, АN-602 (rus. AH-602) (Zar Bomba)
• Ivy Mike (primera bomba de hidrógeno estadounidense)
• Castillo Bravo (primer diseño estadounidense de combustible seco por etapas)

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• Historia de la Unión Soviética y las armas nucleares
• Vídeo de la prueba nuclear del RDS-37