Рукотворное солнце

История создания термоядерного оружия завораживает своим скрытым драматизмом, неожиданными поворотами судьбы, ошибками и озарениями. Она гораздо сложнее примитивной схемы «пока американцы возились с неподъемными монстрами, в СССР была сделана нормальная транспортабельная бомба…»

Уже на самом раннем этапе практического развития ядерной физики (в 42–45 гг.) американским ученым стала понятна общая идея: огромное, сконцентрированное в малом объеме и очень быстрое энерговыделение атомного взрыва способно разогреть «тяжелый водород» (дейтерий и/или тритий) до звездных температур в миллионы градусов, что приведет к еще более мощной взрывной реакции слияния (fusion) атомов водорода и превращению его в гелий (реакция синтеза, или термоядерная реакция).

Достаточно быстро была осознана и удивительная случайность, в силу которой термоядерная реакция и природный, необогащенный уран-238 созданы друг для друга: термоядерный взрыв формирует плотный поток быстрых нейтронов, которые при попадании в ядра урана-238 раскалывают их, что порождает триллионы миллиардов микровзрывов, сливающихся в единый мощнейший взрыв. Такая схема («деление-синтез-деление») открывала путь к созданию зарядов практически неограниченной мощности, причем с использованием на третьем этапе взрыва обычного природного урана, производство которого ничем принципиально не отличается от выплавки заурядного чугуна.

Дело оставалось за малым – надо было найти физический механизм переноса энергии от «атомного запала» к термоядерному «горючему» и сконструировать материальное устройство, реализующее этот процесс. Суть проблемы, на первый взгляд практически неразрешимой, заключается в том, что любое устройство, в состав которого входит взрывающаяся атомная бомба, способно просуществовать не более одной миллионной доли секунды – в следующую микросекунду все это превратится в ослепительный шар раскаленной (десятки тысяч градусов) плазмы, расширяющейся с начальной скоростью сотни км в секунду.

В сентябре 1945 г. в распоряжение советской разведки поступил материал, в котором была описана схема термоядерного взрывного устройства, которое в США называлось «классический супер», а в СССР получило название «труба». Не отвлекаясь на частности, сразу же переходим к конечному результату: русское название оказалось пророческим. Американцы провозились с теоретической разработкой «супера» до 1950 г., наши – до 54-го, идея оказалась мертворожденной, расчеты на первых ЭВМ показали, что конструкция испаряется раньше, нежели успевает набрать силу термоядерная реакция.

Параллельно с разработкой «супера», в 1944–1947 гг. работавшие в США физики (К. Фукс, Д. фон Нейман, Э. Теллер, С. Улам) сформулировали несколько идей, которые проложили дорогу к созданию первого и всех последующих образцов термоядерного оружия. То, что Клаус Фукс долго и плодотворно сотрудничал с советской разведкой, есть общепризнанный факт. И он не был одинок в своем занятии, просто доступная публике история разведки пишется таким образом, что известными становятся лишь имена провалившихся агентов. Опять же, необходимо уточнить само содержание термина «атомный шпионаж». После Хиросимы «полезные идиоты» неистово требовали рассекретить ядерные разработки, сделать их «достоянием всего человечества» – и товарища Сталина, и товарища Мао, и дорогого руководителя товарища Ким Ир Сена… Для ясности приведем один, сугубо частный, но весьма показательный пример.

17 марта 1949 г. Ю. Харитон, научный руководитель «Арзамаса-16» обращается к Лаврентию Берия за разрешением ознакомить двух своих коллег с разведывательными данными по сечениям дейтерий-тритиевой реакции. Не отвлекайтесь на попытку понять, что означают эти мудреные слова, следите за хронологией. Берия дает письменное поручение Первухину – разобраться с вопросом и доложить свои предложения. Первухин пишет: «Передавать разведывательные материалы Тамму и Компанейцу не следует, чтобы не привлекать к этим документам лишних людей». В конечном итоге 27 апреля принято соломоново решение: информацию сообщить, но без указания источника. И вся эта переписка идет фельдъегерской связью, на номерных бланках с устрашающими грифами «Сов. Секретно. Особой важности, Экз. единственный…» А в это время, 15 апреля того же года, американский научный журнал Physical Review публикует данные по сечениям дейтерий-тритиевой реакции для всеобщего обозрения. Можете купить в киоске на углу. Тупые эти американцы, ой, тупые…

Поэтому не будем тратить время и силы на выяснение вопроса – кто что придумал сам, а что подсмотрел за океаном. Уже хотя бы потому, что «подсмотреть» и понять (!) теорию радиационной имплозии мог тогда только гений равного масштаба дарования. Перейдем прямиком к практике – кто что сделал?

Две центральные идеи, сделавшие возможным создание первой советской термоядерной бомбы РДС-6с, были сформулированы американцами в 44–47 гг., а советскими учеными – в 48–49-х. Первая идея – ионизационное сжатие термоядерного горючего нейтронным потоком первичного атомного взрыва. Суть идеи – если невозможно предотвратить почти мгновенное испарение изделия, то надо это испарение использовать. Вещества с малым и большим атомным весом расширяются при ионизационном испарении по-разному – тяжелые больше, легкие меньше. Соответственно, если окружить «обычный» атомный заряд многослойным шаром из чередующихся слоев самого легкого элемента (водород) и одного из самых тяжелых (уран-238), то в нейтронном потоке первичного атомного взрыва вскипающий уран с неземной силой сожмет водород и тем самым запустит термоядерную реакцию, а потом и сам взорвется в потоке быстрых нейтронов, порожденных термоядерной реакцией. Такая конструкция получила в СССР название «слойка».

Водород, в том числе его тяжелые изотопы (дейтерий и тритий), – это газ. Работать с газом крайне неудобно – занимает много места, улетучивается, воспламеняется. Нужно твердое термоядерное топливо. В этом качестве было предложено химическое соединение – дейтерид лития (LiD), и не простого лития, а одного из его изотопов (литий-6). У нас он получил неофициальное название «лидочка». Чуть позднее выяснилось, что «лидочка» сказочно хороша – под воздействием нейтронного потока литий-6 сам превращается в чрезвычайно эффективное термоядерное горючее – тритий.

Все это американцы знали (причем узнали примерно на год раньше Сахарова с Гинзбургом), но делать «слойку» не стали. Ошибка? Как сказать. От термоядерной реакции они хотели получить сверхмощный заряд мегатонного класса. На меньшее американцы не были согласны – и не от гордыни, а потому, что «простая» атомная бомба с энерговыделением 500 Кт (в 25 раз мощнее «Толстяка») у них уже готовилась к серийному производству, и промышленность, опережающая советскую на порядок, способна была обеспечить эту программу оружейным плутонием в потребном количестве. Сделать же «слойку» большого мегатонного класса в принципе можно, но для первоначального обжатия крупного шара потребуется более 40–50 тонн обычного ВВ, что делает изделие заведомо не транспортабельным.

Поэтому, не отвлекаясь на промежуточный вариант («слойку»), американцы сосредоточили усилия на реализации завораживающей идеи радиационной (рентгеновской) имплозии («третья идея» как назвал ее А. Сахаров). Принцип радиационной имплозии потрясает воображение сочетанием гениальной простоты с феерической сложностью математического расчета и практической реализации.

Первый шаг – осознание той «очевидной» истины, что время разрушения конструкции (порядка 1 микросекунды) чрезвычайно велико, оно в сотни раз больше времени, которое нужно рентгеновскому излучению для того, чтобы заполнить внутренний объем бомбы реальных размеров. Второй шаг – во внутреннем объеме бомбы, рядом с атомным зарядом, взрыв которого выполняет роль источника рентгеновского излучения, размещается осесимметричный (шар или цилиндр) контейнер с термоядерным «горючим». И, наконец, третий шаг – контейнер покрываем веществом, интенсивно поглощающим рентген; под воздействием короткого мощного импульса рентгеновского излучения это хитрое вещество мгновенно испаряется, и реактивная сила газовых струй сжимает термоядерное «горючее» до звездных давлений и температур. Все очень просто.

1 ноября 1952 г. ЭТО бабахнуло. Грибовидное облако поднялось на высоту 37 км, на земле в эпицентре взрыва образовался кратер диаметром 2 км и глубиной 50 м. 10 мегатонн – это серьезно. Американцы так спешили, что в качестве термоядерного горючего использовали первое, что оказалось под рукой – газ дейтерий, охлажденный до температур близких к абсолютному нулю и превратившийся при этом в жидкость. Использование криогенного топлива предопределило огромные габариты и жуткий вес (порядка 74 тонн) устройства; разумеется, назвать его «бомбой» никак нельзя.

В Советском Союзе пошли другим путем. И не потому, что осознанно предпочли «синицу в руке», а потому что про «журавля» (радиационную имплозию) на тот момент еще не знали. Колоссальная по сложности работа (уж на этот-то раз все пришлось придумывать самим, без Фукса) заняла порядка 4 лет и завершилась 12 августа 1953 г. Первая советская «слойка», термоядерная бомба РДС-6с была взорвана на Семипалатинском полигоне и выдала порядка 400 Кт тротилового эквивалента.

Таким образом, под звон курантов, обозначивших приход нового 1954 г., ситуация сложилась следующая. У американцев было заведомо не транспортабельное сооружение, а также передовая идея, проверенная в реальном эксперименте, и ясное понимание того, что надо делать дальше – заменить криогенное термоядерное топливо твердой «лидочкой». У нас была совершенно реальная, хоть сейчас запускай в серию, бомба на полмегатонны, было умение делать «лидочку» в промышленном масштабе – и полная непонятка с тем, куда и как идти дальше. И кого же надо признать победителем в этой беспримерной гонке?

Дальнейшие события развивалось вполне предсказуемо. 1 марта 1954 г. американцы взорвали устройство, основанное на принципе радиационной имплозии, в котором в качестве термоядерного горючего использовался твердый дейтерид лития, что позволило сократить вес до 10,5 тонн. Энергия взрыва многократно превзошла ожидания и составила 15 мегатонн тротилового эквивалента. После чего мощнейшая американская промышленность лязгнула, клацнула, загудела – и с июля 1954 по ноябрь 1955 г. было выпущено 305 термоядерных бомб Mk-17 и Mk-24 на 10–15 Мт каждая; ужасающих размеров монстры (вес 19 тонн, диаметр 1,6 м, длина 7,5 м) благополучно размещались в бомбовом отсеке межконтинентального бомбардировщика В-36… Три сотни бомб большого мегатонного класса в очередной раз перевели количество в качество – теперь можно было даже не прицеливаться, а просто высыпать их «квадратно-гнездовым методом», и европейская часть СССР гарантированно превращалась в радиоактивную пустыню.

Наш ответ – первая советская термоядерная бомба, использующая принцип радиационной имплозии – прозвучал 22 ноября 1955 г., то есть в тот момент, когда американцы завершили программу выпуска Mk-17. Термоядерная бомба РДС-37 расчетной мощностью в 3 Мт (на первом испытании заряд преднамеренно «недозаправили», и мощность взрыва составила «всего» 1,6 Мт) была спроектирована и изготовлена в фантастически короткий срок – менее, чем за два года (сегодня за такое время успели бы создать комиссию для выработки технического задания). Несомненно, этот успех стал возможен благодаря научному и технологическому заделу, сформированному разработкой «слойки». Вот что пишут об этом специалисты: «РДС-6с оставил в «наследство» РДС-37 целый ряд важнейших идей: сферическую конфигурацию термоядерного узла, слоеную структуру горючего из дейтерида лития-6 и урана-238, урановое инициирующее ядро вторичного модуля. Это был абсолютно оригинальный подход, который априори ниоткуда не следовал и определялся исключительно наличием в СССР предыстории, связанной с РДС-6с. Можно сказать, что основным результатом разработки «слойки» стало успешное испытание РДС-37».