Счетчики
Набравшая обороты к концу сороковых холодная война интенсивно стимулировала создание новых вооружений. После разработки отечественной атомной бомбы невозможно было не сделать следующий ход, овладеть термоядерным синтезом, который сулил большие преимущества: в несколько раз большее удельное энерговыделение, отсутствие такого понятия как "критическая масса", нерадиоактивность термоядерного горючего (кроме трития); но главное - аналогичные работы вели американцы. И нельзя было им позволить снова выйти в отрыв, как это было с атомной бомбой.
Основные термоядерные реакции, проблемы их осуществления описаны в статье "Создание термоядерного оружия в США".
Термоядерные программы обоих стран, зародившиеся в начале-середине сороковых годов сходятся к 1955 году. Главная трудность на пути реализации термояда состояла в создании условий для протекания реакций синтеза. Такие реакции происходят в природе лишь в центрах звезд, сопровождаются огромными давлениями, сверхвысокими плотностями энергии. Чтобы исследовать их нужно создать математический аппарат, освоить совершенно новые области физики: физику плазмы, высоких давлений и температур. Таким образом, создание термоядерного оружия было своеобразным "интеллектуальным поединком" ученых СССР и США.
Поиски эффективного дизайна затянулись на годы, за это время открытия сменялись тупиками, но, закончив с атомной бомбой и постепенно накапливая опыт, советским ученым удалось к 1955 году догнать США в области фундаментальных принципов создания зарядов. 22 Ноября 1955 на полигоне в Семипалатинске была сброшена первая советская двухступенчатая термоядерная авиабомба.
Начало (1945-1948).
В то время как в США уже велись исследования по термоядерному оружию в СССР ускоренными темпами только создавалась собственная атомная бомба.
Первые исследования по термояду в Советском Союзе пошли по тому же пути, что и в США - разжигание неравновесного горения в жидком дейтерии. Этот способ казался лежащим на поверхности, и еще, по нему с 1945 года поступали разведданные от Клауса Фукса, привлеченного в 1944 году к американской термоядерной программе.
17.12.45 на заседании технического совета СК было заслушано подготовленное по поручению И.В.Курчатова сообщение И.И.Гуревича, Я.Б.Зельдовича, И.Я.Померанчука и Ю.Б.Харитона "Использование ядерной энергии легких элементов". В нем в чисто теоретическом аспекте была рассмотрена возможность возбуждения ядерной детонации в длинном цилиндре с дейтерием. Трудно сказать, был ли как минимум один из авторов, Ю.Б.Харитон, ознакомлен с информацией К.Фукса по "суперу" (И.И.Гуревич, в частности, это категорически отрицал), но в любом случае речь, несомненно, идет о первом целенаправленном шаге советских ученых.[3]
В 1947 году А. С. Козырев высказал идею осуществления термоядерного синтеза при сферически сходящемся взрыве путем сжатия малых масс термоядерного горючего. Это предложение являлось исторически первым направлением работ по термоядерному синтезу с инерциальным удержанием плазмы.[2]
Несмотря на поступающую из-за океана информацию, исследования до середины 1948 практически не велись, сказывалась нехватка кадров, производственной базы и первоочередность работ по атомному проекту. Только в Институте химической физики шло ограниченное изучение неравновесного горения дейтерия.
13.03.48 в руки советской разведки попал, по существу, весь проект "классический супер" по состоянию примерно на начало 1947 г., включая значения сечений реакции взаимодействия ядер дейтерия и трития, общую конструкцию бомбы на принципе радиационной имплозии и устройство блока зажигания.[3]
10 Июня 1948 года вышло постановление Совмина "О дополнении плана работ КБ-11". Согласно нему в Физическом институте академии наук организовывалась группа по дейтерию (руководитель - И. Е. Тамм, в состав входят А. Д. Сахаров, В.Л.Гинзбург, Ю.А.Романов, С.Э.Беленький). Руководителем всего проекта изучения ядерной детонации дейтерия назначен Я. Б. Зельдович.
Исходный проект, "труба", виделся как цилиндр с жидким дейтерием, термоядерное горение в нем инициируется атомным зарядом, окруженным дейтерий-тритиевой смесью. Однако имелась одна проблема - до начала непосредственно конструкторских изысканий необходимо показать принципиальную возможность взрывного горения в таком цилиндре и на этом основании определить параметры изделия. Вот с этим-то и возникли трудности - доказать такую возможность никак не удавалось, не было доказательства и в американских источниках.
Тем не менее мучения с "трубой" в группе Я.Б.Зельдовича продолжались еще довольно долго. Забегая вперед, скажем, что только в начале 1954 г. совещание в Минсредмаше (с участием И.В.Курчатова, И.Е.Тамма, А.Д.Сахарова, Я.Б.Зельдовича и Л.Д.Ландау) признало полную бесперспективность работ по "трубе". По образному выражению Ю.Б.Харитона и В.Б.Адамского это были "похороны трубы по первому разряду".[3]
Слойка (1948-1954).
Так же как и Э. Теллер, выдвинувший в 1946 году альтернативный "классическому суперу" проект термоядерной бомбы Alarm Clock, в СССР осенью 1948 появилась аналогичная схема водородной бомбы ограниченной мощности.
Данный тип заряда в США никогда не доводился до состояния воплощения в материале: в 1946 еще вовсю шли расчеты по "суперу", а вскоре после осознанания его полной неработоспособности (конец 1950) родился проект радиационной имплозии Теллера-Улама, суливший создание бомб гораздо большей мощности.
Автором созданного в СССР проекта термоядерной бомбы, в которой первичный атомный заряд окружают чередующиеся слои термоядерного горючего и делящегося материала был Андрей Дмитриевич Сахаров. А в марте 1949 В.Л.Гинзбург предложил новое термоядерное топливо - дейтерид лития-6 (Li6D). Эти две работы, названные позже "первой" и "второй" идеями послужили фундаментом для создания первой советской термоядерной бомбы и первой в мире транспортабельной термоядерной авиабомбы.
О полезных свойствах дейтерида уже упоминалось в ходе описания работ у американцев, здесь же нужно сказать о том, что хотя проект "слойки" и увел физиков несколько в сторону от "майнстрима", но благодаря нему в Советском Союзе гораздо раньше началось строительство производства по выделению лития-6. В США такой завод строится лишь с мая 1952 г. в Ок-Ридже, а пущен он только в середине 1953 г. Такая заминка с Li6 привела к тому, что СССР почти догнал США к концу 1955 года по началу развертывания сверхмощных боеприпасов.
Урановые оболочки, которые можно изготовить из U-238 (дешевого материала, непригодного для создания ядер в обычных атомных бомбах), на первых стадиях взрыва помогают разогреву и сжатию термоядерного топлива, а после начала реакции синтеза активно делятся, внося весомый (более половины) вклад в общее энерговыделение. Между слоями горючего и урана устанавливается примерно такой обмен: распад урана в оболочке -> рождение трития -> синтез -> реакция распада в уране оболочки. Более подробно об этом читайте в статье здесь.
8 Мая 1949 года Харитон поддержал проект "Слойки": "Основная идея предложения чрезвычайно остроумна и физически наглядна".[3]
После первого советского атомного испытания, 31 января 1950 года вышло заявление президента США Трумэна о намерении этой страны разработать термоядерное оружие. Уже на четвертый день после заявления на заседании СК был рассмотрен вопрос "О мероприятиях по обеспечению разработки РДС-6". В соответствии с решением СК от 26.02.50 было принято постановление Совета Министров СССР, обязывавшее ПГУ, Лабораторию № 2 АН СССР и КБ-11 организовать расчетно-теоретические, экспериментальные и конструкторские работы по созданию изделий РДС-6с ("слойка") и РДС-6т ("труба"). В первую очередь должно было быть создано изделие РДС-6с весом до 5 т с тротиловым эквивалентом 1 Мт. Постановление предусматривало использование трития не только в конструкции РДС-6т, но и в конструкции РДС-6с. Был установлен срок изготовления первого экземпляра изделия РДС-6с - 1954 г. Научным руководителем работ по созданию обоих изделий был назначен Ю.Б.Харитон, его заместителями - И.Е.Тамм и Я.Б.Зельдович. В частности, к 1 мая 1952 г. следовало изготовить модель изделия РДС-6с с малым количеством трития и провести в июне ее полигонное испытание, а к октябрю предоставить предложения по конструкции полномасштабного изделия. Постановление предписывало создать в КБ-11 расчетно-теоретическую группу для работ по РДС-6с под руководством И.Е.Тамма (позже, в марте 1950 г., туда вошли А.Д.Сахаров и Ю.А.Романов).[3]
В течении 1950-го года организовывались предприятия по производству трития и лития-6.
В конце 1951 года срок испытаний РДС-6с отложен на март 1953 г. Вместе с тем продолжались исследования по проекту "трубы" (шедшие до начала 1953 года и благополучно почившие в бозе).
Взрыв Ivy Mike 1 ноября 1952 с его рекордной мощностью в 10 Мт, вызвал интенсификацию создания "слойки", но не настороженность по поводу физических принципов получения такого большого энерговыделения. Л.П.Феоктистов вспоминает: "В 1953 г. мы <...> были уверены, что <...> "слойкой" мы не только догоняем, но даже перегоняем Америку. <...> Конечно, мы уже тогда слышали об испытании "Майк", но <...> в то время мы думали, что богатые американцы взорвали "дом с жидким дейтерием" <...> по схеме, близкой к "трубе" Зельдовича. <...> Только несколько лет назад я узнал об истинном назначении опыта, его глубоком содержании...".[3]
15 Июня 1953 выходит конструкторское обоснование РДС-6с. Мощность бомбы оценивается в ~300 кт (диапазон 200-400), для усиления мощности в дейтерид лития вводилось некоторое количество трития.
Испытание РДС-6с состоялось 12 августа 1953 г. Энерговыделение - 400 кт.
Мощность пускового заряда составляла 40 кт, меньшая часть, 10-20% энергии, выделелось напрямую за счет синтеза, остальное - деление нейтронами урановых оболочек.
Как видно, такое энерговыделение, с одной стороны - на порядок превосходящее мощности ядерных боеприпасов первого поколения, а с другой - на порядок меньшее Ivy Mike достигается в основном за счет деления U-238. Несколько термоядерных килотонн по сути дела лишь поставляют нейтроны для таких делений, реакции синтеза здесь являются только усилителями реакций деления. А как же все те преимущества термояда, о которых я упоминал в самом начале обзора? Как же в разы большее удельное энерговыделение, нерадиоактивность, безкритичность? В этом и заключаются недостатки и тупиковость варианта "слойки" - ведь всё это здесь не используется. А кроме того, такую схему очень сложно распространить на мощности 600-1000 кт и невозможно на большие.
Но несомненно, создание и испытание слойки - это был успех, это было уже "кое-что". Успех, поставивший новые вопросы, позволивший накопить опыт и открывший дорогу к зарядам принципиально новых систем.
Радиационная имплозия (1954-1955).
Следующее за Ivy Mike американское мегатонное испытание Castle Bravo показало, что в США имеется какой-то новый способ извлечения термоядерной энергии: "труба" была неработоспособна в принципе, "слойка" - давала очень ограниченные заряды. Надо было искать новые пути.
Ученые понимали, что для достижения детонации термоядерного горючего необходимо произвести наряду с подогревом его сильнейшее сжатие. А если использовать для сжатия энергию атомного взрыва? Первые идеи (начало 1954 года) с пространственно разделенными атомными и термоядерными компонентами оперировали с чисто механическим обжатием (за счет кинетической энергии разлетающихся осколков деления). В них планировалось устанавливать несколько пусковых атомных зарядов, поскольку на долю механической энергии во время взрыва приходится менее 20%. Любой схеме такого материального обжатия свойственна громоздкость и неэффективность и очень скоро и в СССР пришли к идеи обжатия излучением - радиационной имплозии.
Кто был автором этой идей точно неизвестно:
Ю.Б.Харитон, В.Б.Адамский, Ю.Н.Смирнов: "...однажды Зельдович, ворвавшись в комнату молодых теоретиков Г.М.Гандельмана и В.Б.Адамского, находившуюся против его кабинета, радостно воскликнул: "Надо делать не так, будем выпускать из шарового заряда излучение!"".
Л.П.Феоктистов: "Молва приписывала эти основополагающие мысли <...> то Я.Б.Зельдовичу, то А.Д.Сахарову, то обоим, то еще кому-то, но всегда в какой-то неопределенной форме: вроде бы, кажется и тому подобное. <...> Я был хорошо знаком с Я.Б.Зельдовичем. Но ни разу не слышал от него прямого подтверждения на сей счет (как, впрочем, и от Сахарова)".
А.Д.Сахаров (в своих воспоминаниях назвавший концепцию радиационного обжатия термоядерного узла "третьей идеей"): "По-видимому, к "третьей идее" одновременно пришли несколько сотрудников наших теоретических отделов. Одним из них был я. Мне кажется, что я уже на ранней стадии понимал основные физические и математические аспекты "третьей идеи". В силу этого <...> моя роль в принятии и осуществлении "третьей идеи", возможно, была одной из решающих. Но также, несомненно, очень велика была роль Зельдовича, Трутнева и других и, быть может, они понимали и предугадывали перспективы и трудности "третьей идеи" не меньше, чем я. В то время нам (мне, во всяком случае) некогда было думать о вопросах приоритета <...> а задним числом восстановить все детали обсуждений невозможно, да и надо ли?.."[3].
Как бы то ни было, но итоги работы с весны 1954 (марта-апреля месяца) прошли недаром:
3 Февраля 1955 года принято техническое задание на новый термоядерный заряд РДС-37. К этому времени основные расчеты были завершены.
25 Июня 1955 вышел технический отчет и конструкторское обоснование по заряду.
25 Ноября 1955 года в 9:47 состоялось испытание первого советского термоядерного заряда мегатонного класса.
Это испытание было, кроме всего прочего, исторически первым сбросом с бомбардировщика мегатонной авиабомбы. Командир самолета Ту-16 - Ф.П.Головашко, взрыв состоялся на высоте 1500 м. В США такое же было произведено в 1956 году (Redwing Cherokee).
Заложенная мощность - 3.6 Мт для испытаний была уменьшена в два раза, заменой части Li6D на обычный гидрид лития. Энергетический выход в этом заряде - только за счет реакций синтеза, U-238 для усиления не применялся.
В результате испытания погибли три человека, в т.ч. ребенок, - при разрушении зданий и сооружений в десятках километрах от эпицентра. В 175 км, г. Семипалатинске, ударной волной повыбивало многие стекла. В отдельных местах разрушения отмечались и на расстояниях свыше 300 км. Такие явления объяснялись неудачным стечением погодных условий, "прижавших" ударную волну к земле и в 5 раз усиливших ее воздействие.
Антон ВолковИспользованная литература:
1. На основе материалов . Организация предлагает легко купить земельный участок в Подмосковье и на соколе - скидки.