Секрет советской водородной бомбы

0

Секрет советской водородной бомбы
Алекс Веллерштейн (Alex Wellerstein), ассистент профессора, Технологический Институт им. Стивенса, Хобокен, Нью Джерси Stevens Institute of Technology in Hoboken, New Jersey)
Эдвард Гейст (Edward Geist), исследователь, Рэнд Корпорайшн, Санта Моника, Калифорния (Rand Corp in Santa Monica, California).
Physics Today 70, 4, 40 (2017); doi: 10.1063/PT.3.3524, http://dx.doi.org/10.1063/PT.3.3524

 

Было ли первое советское термоядерное устройство в действительности шагом в ложном направлении?
Ни одна разработка в создании ядерного оружия не была так оболгана и принижена, как первая советская термоядерная бомба. Взорванная в августе 1953 года бомба, официально названная РДС-6, но обычно известная как «Слойка» или «слоеный пирог» (название для нее придумал Андрей Сахаров), отнюдь не была чем-то, к чему можно относится пренебрежительно. Показанная на Рис. 1, эта бомба, допускающая доставку самолетами, обладала взрывной мощностью в почти половину мегатонны тротила. Ее взрыв поднял пылаю¬щий огненный шар, в 20 раз превышаю¬щий по силе взрыва бомбу, которая сравняла с землёй город Нагасаки в Японии.

Рис. 1. «Слойка», или «слоеный пирог», — это неофициальное название первой термоядерной бомбы созданной в Советском Союзе. Хотя её корпус был похож по форме и размеру на «Толстяка», американскую атомную бомбу, сброшенную на Нагасаки, Япония, во время Второй мировой войны, советская бомба была в 20 раз мощнее: она детонировала с взрывчатым эквивалентом 400 килотонн тротила.

Но когда этот вопрос обсуждается сегодня, американские эксперты сразу квалифицируют «слойку» как не «подлинно» водородную бомбу. Принижение соперника — любопытный рефлекс с интересным культурным и националистическим происхождением. Во первых ссылаются на её техническое решение: конструкция бомбы не позволяет неограниченно увеличивать её мощность так, как это возможно для подлинно водородных бомб, и это отличало «Слойку» от знаменитой конструкции Теллера-Улама, разработанной в США и ставшей основой для всего современного термоядерного оружия,
Исторически, для такого суждения были политические причины. В 50-е годы для правительства США было важно ответить на вопрос о том, появилось ли у Советов действительно термоядерное оружие или их первая водородная бомба была бесполезной в военном отношении и тупиком с точки зрения конструкции. Спустя несколько десятилетий это преуменьшение значения «Слойки» остается символом того, как американские историки говорят об этом этапе в истории ядерного оружия.
Внимательное ознакомление с источниками советской эпохи, опубликованные в последнее десятилетие, и несколькими новыми, хотя временами и туманными публикациями, сделанными российским оружейным истеблишментом, убеждают нас в том, что пренебрежительные суждения о «Слойке» является поверхностными. Новые источники, похоже, указывают на два противоположных взгляда: во-первых, «Слойка» реально рассматривалась как полезное оружие, даже если оно было неэффективным; заявление о ее разработка не было «показухой», как думали в то время некоторые американские ученые. Во-вторых, она также не был ядерным тупиком, сколько бы ее ни воспринимали таковым. По-видимому эта разработка имела абсолютно решающее значение для понимания того, как Советы разработали позднее своё многосту¬пен¬ча¬тое мультимегатонное термоядерное оружие. «Слойка» на самом деле является ответом на интригующую загадку о советской термоядерной программе: как она пришла к варианту конструкции типа Теллера-Улама всего через год после разработки «Слойки» [1]?
Почему нас это заботит?
Истоки рефлексивного преуменьшения значимости проекта «Слойка» можно найти частично в более ранних дебатах в США о том, разрабатывать ли водородную бомбу вообще. Осенью 1949 года, после первого испытания советской атомной бомбы (названного Соединенными Штатами Джо-1 США и RDS-1 Советами), среди американских ученых и политиков прошли острые дебаты о том, нужно ли принять программу развития водородной бомбы как адекватный ответ на потерю ядерной монополии США. Дискуссия стала достоянием общественности к концу года, и в результате побудила президента Гарри С. Трумэна в конце января 1950 года выдать мандат Комиссии по атомной энергии США на разработку термоядерного оружия. Но проблема была в том, что никто не знал, как это сделать. В то время водородная бомба, использующая энергию ядерного деления для инициирования достаточно мощной реакции ядерного синтеза, была тогда только голой идеей. [2].
Через несколько дней после истечения срока полномочий Трумэна Великобритания объявила, что физик Клаус Фукс признался, что он был советским агентом. Фукс был ключевым членом британской ядерной программы и работал в Лос-Аламосе во время и вскоре после Второй мировой войны, пока США не прекратили сотрудничество с британцами в области секретных разработок. Газеты сообщили, что Фукс, возможно, передал информацию о водородной бомбе Советам. Теперь американская позиция была такой: Советы украли секрет конструкции атомной бомбы, а не самостоятельно разработали или независимо изобрели её, и они, возможно, быстро продвигаются в дальнейшем её развитии. Для Эдварда Теллера и других, которые выступали за разработку водородной бомбы, эта история служила поддержкой [3].
Термоядерные исследования в США вращались в основном вокруг одной конструкции, которая позже получила название «Classical Super». Эта конструкция была «идеей-фикс» Теллера, и она ставила сложные технические проблемы. Основная идея заключалась в использовании мощной ядерной бомбы для зажигания реакций слияния ядер в смеси дейтерия и трития, которые генерировали бы достаточное количество тепла для поддержания цепной реакции слияния. Главный довод заключался в том, что таким образом мощность взрыва можно сделать сколь угодно большой путем простого увеличения количества дейтерия. Проблема, помимо того, что для этого потребовалось бы большое количество дефицитного трития и очень большая мощность реакции деления, чтобы зажечь бомбу, была в том, что идея «Classical Super», похоже, не работала.

Весной 1951 года американские ученые Теллер и Станислав Улам (Рис. 2), совершили свой знаменитый прорыв. Они предложили взорвать «первичную» атомную бомбу внутри тяжелой камеры, отражающей ее излучение, чтобы сжать отдельную термоядерную капсулу («вторичную» капсулу) внутри этой тяжелой камеры . Эта схема, основанная на концепции разделения первичной и вторичной реакции и использовании радиационной имплозии (implosion, взрыв, направленный вовнутрь, в отличие от explosion, эксплозии, взрыва, направленного вововне), то есть использование излучения для сжатия вторичного заряда, стала известна позже как конструкция Теллера-Улама. С точки зрения большинства разработчиков оружия в то время, это был радикальный отход от подхода, принятого с Classical Super. [4]

Рис. 2. Эдвард Теллер (слева) и Станислав Улам (справа). В 1951 году Улам предложил конструкцию двухступенчатого оружия, в которой «первичная» ядерная бомба сжимает и зажигает «вторичную» термоядерную капсулу. Теллер затем предложил использовать для сжатия излучение бомбы, а не взрывной удар химической взрывчатки. Теперь конструкция Теллера-Улама служит основой для всех современных водородных бомб.

Первый прототип конструкции Теллера-Улама был испытан в ноябре 1952 года и был известен как «Майк» операции «Плющ». Высвободив эквивалент энергии более 10 мегатонн тротила, этот прототип подтвердил работоспособность концепции, хотя «Майк» и не был пригоден для использования в качестве оружия. Его криоген¬ное оборудование, предназначенное для хранения дейтерия в жидком виде, весило около 80 тонн.
Перед самыми испытаниями в оружейных лабораториях начались острые секретные дебаты о том, насколько важной была информация, которой располагал Фукс. Последний контакт Фукса с американской термоядерной программой был в 1946 году. Была ли информация, которую он мог почерпнуть тогда из этой программы, ценной для Советов? На одной стороне спорщиков был Ганс Бете, который утверждал, что успешная конструкция Теллера-Улама настолько отличается от изначальной «Classical Super», что все, что мог бы дать им Фукс, было в лучшем случае бесполезным и в худшем случае полностью вводящим в заблуждение. Ему противостоял Теллер, который утверждал, что теоретически разница между «Classical Super» и конструкцией Теллера-Улама была не так велика, как думал Бете. Кроме того, Теллер указывал, что Фукс сам был вовлечен в работу над определенными направлениями исследований, которые в конечном итоге оказались решающими: Фукс вместе с Джоном фон Нейманом работал над проектом водородной бомбы, который включал вариант концепции радиационной имплозии. [5] (См. Статью Германа Арсеньевича Гончарова, Physics Today, ноябрь 1996 г., стр. 44, 45, 50 и 56.)
Содержание дискуссии было техническим, но причины для этого были явно политическими. Если Теллер был прав, то США были потенциально позади Советов в разработке оружия. По мнению Теллера, такие люди, как Дж. Роберт Оппенгеймер, препятствовали его работе над водородной бомбой в годы после Второй мировой войны и подвергали опасности потенциальное лидерство США. Если бы, однако, Бете был прав, то не только Фукс не смог бы передать полезную информацию о более позднем американском проекте водородной бомбы (так как он ничего не знал об этом), но и Оппенгеймер был бы оправдан за то, что он не поддерживал ранние, ошибочные схемы Теллера . Эти дебаты начались весной 1952 года, еще до испытания «Майка», и они в разных формах, возможно, продолжаются и сегодня во всех обсуждениях истории термоядерной программы.
Советская «Слойка» вошла в историю в середине дискуссии и до того, как США протестировали варианты доставляемой бомбы конструкции Теллера-Улама. 8 августа 1953 года советский премьер Георгий Маленков в своём выступлении перед Верховным Советом заявил, что «Соединенные Штаты не имеют монополии на производство водородной бомбы». 12 августа над казахской степью был произведено четвертое советское ядерное испытание бомбы названной в США Джо-4. 20 августа «Правда» опубликовала заявление, в котором провозглашалось, что «в течение последних дней был в экспериментальных целях осуществлен взрыв одного из вариантов водородной бомбы» и его «большая мощность» объяснилась «мощной термоядерной реакцией» [6] .
Это выглядело тогда, как если бы Советы шли наравне с США, если не опередили их: если испытанная бомба Джо-4 была доставляемой термоядерной бомбой, тогда можно было бы считать, что Советы впереди в гонке создания водородной бомбы, потому что устройство «Майк» США было экспериментальной установкой, а не готовым оружием. На кону было больше, чем гордость США: опережающая советская программа могла бы говорить о правоте тех, кто утверждал, что американская программа была бесосновательно задержена.
К сентябрю 1953 года, однако, появились основания сомневаться в том, что Советы были впереди в гонке за доставляемую водородную бомбу. Группа, состоящая из физиков Бете, Энрико Ферми, Ричарда Гарвина и Лотара Нордгейма, провела анализ остаточных осадков в августовском тесте советской бомбы. Их полные выводы все еще редактируются более чем шесть десятилетий спустя, но из того, что было обнародовано, видно, что они обнаружили, что при испытанияхъ «Джо-4» использовался высокообогащенный уран, а не плутоний, и что взрыв включал «существенную термоядерную реакцию». Они смогли оценить количество урана в устройстве и степень энерговыделения, вызванного термоядерной реакцией, и они высказали соображения о геометрии устройства. Они пришли к выводу, что это был не дизайн Теллера-Улама, а оружие, которое достигло «высокоэффективной реакции деления с помощью принципа форсажа». Бете будет позже называть это устройство «бомбой с сильно форсированной реакцией деления», и говорить, что из анализа было ясно, что это «одноступенчатое» оружие, построенное из «чередующихся слоев урана и дейтерида лития» [7].
Таким образом, советская бомба не была на самом деле водородной бомбой, если под водородной бомбой подразумевается что-то вроде конструкции Теллера-Улама. Она имела общие черты с двумя другими термоядерными конструкциями, которые разрабатывались в США. Одна из конструкций, «Форсажер (Booster)», включала в себя ядерную бомбу реакции деления, в которую в момент детонации впрыскивалось небольшое количество дейтерий-тритиевого газа, который в свою очередь генерировал достаточно количество нейтронов реакции синтеза, чтобы интенсифицировать реакцию деления.

Другая конструкция была предложена Теллером в 1946 году под названием
«Будильник» ( Alarm Clock). Она представляла собой сферические концентрические слои расщепляющегося и термоядерного материала в виде матрешки, одна сфера внутри другой. Конструкция имела серьезные недостатки: в ней выход энергии слияния ядер был вынужденно ограничен и использовался в первую очередь, для интенсификации реакций деления, как в Форсажере (Booster). Взаимодействие различных слоев являлось очень сложным и не поддавалось расчету средствами вычислительной техники того времени. Увеличение мощности «Будильника» до мегатонны означало увеличение радиуса бомбы настолько, что она не поместилась бы в бомбардировщике. Для Теллера тот факт, что мощность «Будильника» не могла быть увеличена до бесконечности, делал эту конструкцию менее интересной. Как и «Booster», «Будильник» считался вспомогательным , запасным вариантом к тому, что было тогда главной целью, к бомбе «Classical Super».

Если бы Джо-4 «Слойка», была просто вариантом «Будильника», или если бы она была Форсажером (Booster), то она определенно не была бы водородной бомбой. Но Советы видели это несколько иначе.

 

Советский взгляд на «Слойку»

Советы назвали свою конструкцию водородной бомбы «Слойка» по аналогии с русским пирожным типа «Наполеон». Это имя указывает на геометрию конструкции бомбы: слои высоко обогащенного урана, а также термоядерного топлива, изготовленного из твердого дейтерида лития, тритида лития дейтерида и «утрамбовщика» из урана, все должны сжиматься «взрывными линзами» из химической взрывчатки. Многие детали, такие, как количество слоев, их порядок и их относительные массы, остаются засекреченными.

Рассекреченные документы и иллюстрации показывают, что тестовый вариант устройства был сферой диаметром примерно 1,5 метра и весом около 4,5 тонн. Оно, по-видимому, помещалось в той же оболочке, что и первая советская атомная бомба, и отличалось от военной версии РДС-6 главным образом тем, что в последнем использовалось в два-три раза больше трития и урана-235, чем в тестовом образце, что, следовательно, дало бы вероятно,значительно большую мощность взрыва [8]. В плане конструкции эти размеры не является экстремальными (см. Рис. 1), то есть эта бомба была примерно тех же размеров и веса, что и бомба «Толстяк», сброшенная на Нагасаки, Япония, во Второй мировой войне, хотя она производила гораздо более мощный взрыв.

Основная проблема со «Слойкой», с точки зрения разработчика оружия, заключается в том, что химические взрывчатые вещества просто не способны сжимать всю массу в достаточной степени для осуществления термоядерной реакции. Такое оружие было бы также чрезвычайно дорогостоящим с точки зрения использования обогащенного урана.

Как показали испытания в 1953 году, мощность взрыва «Слойки» была 400 килотонн, из которых около 80% энергии приходилось на реакции деления, а 20% приходилось на ядерный синтез. Это соотношение реакций деления и синтеза не может служить показателем для определения истинно ли это водородная бомба: конструкция «Майка», как и практически все водородные бомбы США, в значительной степени опиралась на конечную стадию деления урана, как средства увеличения мощности взрыва, и у неё было такое же соотношение деления / синтеза, что и у «Слойка». Как утверждал в одном интервью Дж. Карсон Марк, один из немногих американских разработчиков оружия, которые не старались выискивать недостатки «Слойки» «им удалось получить 400 килотонн без увеличения размеров и веса за пределы разумного. И они сделали это, используя термоядерные реакции. Хотите назвать это водородной бомбой? Ну что ж, почему бы и нет? »[9]

В чем «Слойка» действительно уступает, так это в отношении мощности взрыва к весу бомбы, которое является предпочтительным показателем, с помощью которого разработчики оружия оценивают степень совершенства оружия. При 0,08 килотонны энергии взрыва на килограмм веса бомбы, «Слойка» была на порядок лучше, чем американская бомба «Толстяк», но это все же на порядок меньше, чем у первых американских термояденых бомб.

Документы, рассекреченные в последнее десятилетие, дают нам некоторое представление о том, как бомба RDS-6s расценивалась ее конструкторами. Хотя в частном порядке советские конструкторы также рассматривали ее как совершенный «форсажер» (glorified booster), они связывали со «Слойкой» грандиозные планы. В отличие от американских специалистов, которые утверждали, что такое оружие никогда не сможет достичь мощности взрыва, намного превышающей результаты испытания 1953 года, советские куонстьрукторы изначально рассматривали его как оружие мегатонного класса. Но разработка мультимегатоннной «Слойки» оказалась более сложной проблемой, чем советские ученые-ядерщики, в том числе Андрей Сахаров, изначально предвидели. Серьезные проблемы возникли из-за того, что «Слойка» определенного диаметра может эффективно использовать дорогостоящие материалы, такие как уран-235 и тритий только до определенной мощности. К середине 1954 года стало ясно, что при радиусе в 1,5 метра, определяемом размером транспортных средств доставки, построить «Слойку» с мощностью более 0,5-1,0 мегатонн без использования дорогостоящего трития будет очень сложно.

В течение следующего года некоторые из самых блестящих специалистов Советского Союза посвятили свои усилия созданию недорогой мультимегатонной «Слойки». Они также сфокусировались на разработку дизайна с упором на экономичность, а не на мощность взрыва. Это привело к созданию новой бюджетной конструкции бомбы, которая имела те же размеры, что и мультимегатонная «Слойка», но с мощностью взрыва всего в 350 килотонн. Советские ученые-ядерщики, однако, настаивали на том, что такое оружие, хотя и меньшей мощности, использовало весь потенциал концепции «Слойки» для максимизации мощности взрыва при минимумальной потребности в дефицитных ядерных материалах, таких как литий-6, что делает конструкцию значительно более рентабельной.

В сентябре 1953 года комиссия Бете выполнила подробный анализ, в котором утверждалось, что увеличение мощности взрыва бомбы, построенной по принципу «Слойки» вряд ли возможно, хотя достигнутая мощность её взрыва, конечно, не могла не вызвать озабоченность. Как следует расценивать контраст между оценкой Бете конструкции бомбы RDS-6 и амбициозными планами Советов для «Слойки»? Одна из возможностей — это предположить, что гипотетическая модель Бете конструкции бомбы была ошибочной, но в этом нельзя быть уверенным, так как и анализ комиссии Бете, и детали конструкции советской бомбы засекречены.

Однако, учитывая чрезвычайную сложность, с которой столкнулась разработка мегатонной версии RDS-6, названной RDS-6sd, также возможно, что окончательная конструкция сильно отличалась от оружия, испытанного в 1953 году. Для прогнозируемой мощности взрыва в 1,8 мегатонн эта бомба должна была иметь иную внутреннюю геометрию, иные материалы и конструктивные характеристики, которые не могли прийти на ум Бете или другим американскими ученым, у которых не было практического опыта с бомбой типа «Слойки». Отрицание Бете возможности усовершенствования «Слойки» для придания ей большей мощности, возможно, также было основано на анализе, который был сделан в США на основе бомбы «Будильник» (Alarm Clock). Хотя и эта бомба, и «Слойка» имели в принципе аналогичную многослойную конструкцию, они также могли и отличаться в нескольких отношениях.

К августу 1955 года и бомба RDS-6sd, и её бюджетная версия были готовы к испытаниям, но появление к этому времени более продвинутой конструкции задержало их дебют. После борьбы за улучшение «Слойка», Советы наконец-то наткнулись на свою версию конструкции Теллера-Улама. Они назвали её «Третьей идеей Сахарова» и дали прототипу кодовое имя RDS-37. Для двухступенчатого изделия RDS-37, использующего радиационную имплозию для получения многомегатонноой мощности, потребовалось около четверти ядерных взрывных материалов, используемых RDS-6sd, и оно была способно, будучи реализовано в виде бомбы, которую могли нести бомбардировщики и ракеты Советского Союза, вызвать взрыв гораздо большей мощности. Советские руководители решили отложить испытание дорогостоящей мультимегатонной «Слойки» до тех пор, пока не будут получены результаты испытания нового изобретения Сахарова.

Успешный надземный взрыв RDS-37 22 ноября 1955 года прозвучал как похоронный звон по RDS-6sd, а со временем и всех других «Слоек». Преднамеренно взорванная на половину своей прогнозируемой мощности, эта бомба имела ту же оболочку, что и «Слойка», но она высвободила 1,6 мегатонн энергии взрыва. В предположении, что вес бомбы был близок к весу «Слойки», она был на порядок более эффективным оружием и, что более важно, намного более гибким для масштабирования мощности взрыва как вверх, так и вниз. Несколько бомб RDS-6sd были быстро демонтированы, чтобы их ценный литий-6 и обогащенный уран можно было использовать в более совершенном оружии. «Слойка» отошла в историю.

Наследие Слойки

Была ли «Слойка» просто тупиком? Советские данные не дают основание так считать. Для советских разработчиков оружия «Слойка» послужила средством для изучения концепций термоядерного оружия и при этом ее продолжали выпускать как оружие, которое, хотя и было не такое мощным, как более поздние разработки, было достаточно мощным, чтобы считаться серьезными угрозой для городов противника. Более того, читая между строк секретные советские отчёты, есть основания подозревать, что «Слойка» была важнее для их программы, чем можно было бы ожидать.

Несомненно, советская программа первой атомной бомбы была во многом обязана шпионажу. Работа таких шпионов, как Тед Холл и Дэвид Грингласс, позволила Советскому Союзу достаточно хорошо понять конструкцию атомной бомбы с плутониевым зарядом, а его первая атомная бомба RDS-1, была «советизированной» копией бомбы, сброшенной на Нагасаки [10] .

Советы получили от Фукса также и некоторую информацию о термоядерных разработ-ках в США. Рассекреченные документы из советских архивов показывают, что Фукс дал им чрезвычайно подробные сведения о состоянии работ в США до 1946 года и о своей работе с фон Нейманом. У Советов действительно была исследовательская программа по дизайну типа «Classical Super», которую они назвали «Труба» и которая шла параллельно с работой над «Слойкой» [11,9]

Как отмечалось ранее, в конечном итоге Советы пришли к двухэтапной схеме радиа-ционной имплозии, известной в США как идея Теллера-Улама. Хотя Советы называли это «Сахаровской третьей идеей» (Рис. 3), они признавали, что определить точное авторство было трудно. Как вспоминал Лев Феоктистов, один их ученых, работавших над проектом, — «Новые идеи внезапно открылись нам как свет в темном царстве, и стало ясно, что настал момент истины». Слухи приписывали эти фундаментальные мысли в духе Теллера то Якову Зельдовичу, то Сахарову, то им обоим или к кому-то еще, но всегда в некоторой нерешительной форме: «вероятно, возможно и так далее. » [12] . Первые две идеи были: схема слоев «Слойки» и затем использование дейтерида лития в качестве топлива реакции синтеза; обе идеи были хорошо задокументированы к 1949 году.


Рис. 3. Андрей Сахаров изображен рядом с первым наброском «Третьей идеи» — тяжелой коробки, содержащей атомную бомба (A), нейтронный щит или диафрагму (Д) и «Слойку» (C).

И «Третья идея», и дизайн Теллера-Улама отличаются от ранее разработанных проектов водородной бомбы использованием энергии излучения как средства достижения чрезвычайно высокой плотности в термоядерной сборке (см. Рис. 4). У советских дизайнеров эта бомба была в виде тяжелого короба с атомной бомбой на одном конце и термоядерной капсулой на другом. В самых ранних конструкциях Теллера-Улама в США капсула представляла собой цилиндр с несколькими слоями: снаружи тяжелый «утрамбовщик», затем жидкий дейтерий или дейтерид лития, а в центре — «свеча зажигания» плутония и трития [13].


Рис. 4. Схемы эволюции разработок ядерного оружия в США и СССР. В базовой имплозийной бомбе, подобной той, что была сброшена на Нагасаки, Япония, сердечник из твёрдого металлического плутония сжимается с помощью высокоэффективных взрывных линз из химической взрывчатки и алюминиевого толкателя до плотности примерно 2,5 раза выше его первоначальной плотности. В конструкции с форсажем с помощью дейтерия в полое ядро плутония в момент детонации вводится смесь газообразных дейтерий и трития, что инициирует реакцию слияния. В этой реакции образуются высокоэнергетические нейтроны, которые повышают эффективность реакций деления в плутониевой сердцевине. В конструкции «Слойки» чередующиеся слои гидрида лития и урана-238 окружают сердечник из урана-235. Взрывные линзы сжимают весь сердечник и вызывают реакции синтеза, которые в свою очередь сжимают термоядерное горючее. Реакции синтеза производят нейтроны высоких энергий, которые вызывают интенсификацию рекции деления. Эти конструкции бомб являются основными для оружия, которое разрабатывалось в США и Советском Союзе как термоядерное оружие, или как водородные бомбы. В оригинальной конструкции Теллера-Улама, форсированная атомная бомба для деления находится с одной стороны тяжелого корпуса. На противоположной стороне находится термоядерный заряд, цилиндр с нейтронным экраном на одном конце, жидким дейтерием внутри него и тонкой «свечой зажигания» из смеси плутония и трития. При детонации излучение от атомной бомбы деления отражается во внутреннюю часть оболочки и сжимает термоядерный заряд по плотности во много раз по сравнению с его исходной плотностью. Сжатие, в свою очередь, вызывает реакцию деления в «свече зажигания», которая одновременно сжимает термоядерное топливо с другой стороны. В сжатом таким образом термоядерном горючем вызывается реакция ядерного синтеза, что вносит существенный вклад в мощность взрыва и порождает нейтроны с высокой энергией, которые вызывают дальнейшее деление в «трамбователе» из урана-238. «Третья идея» Сахарова является подобной же схемой, за исключением того, что нейтронный щит интегрирован в общую конструкцию и из «Слойки» убраны химические взрывчатые компоненты.

Первая запись этой идеи из советских архивов датируется январем 1954 года в виде краткой служебной записки Зельдовича и Сахарова «Об использовании изделия для имплозии (взрыва вовнутрь) в суперизделии RDS-6 «. [14] В записке описывается тяжелая коробка, в которой на одном конце (слева) находится атомная бомба (обозначенная буквой« А »), в центре находится нейтронный экран (обозначенный кириллицей« Д»), и на другом конце что-то наподобие «Слойки» (обозначается кириллицей «С») (см. Рис. 3). Как это и следует из названия статьи, эскиз устанавливает генеалогию «Третьей идеи»: «Слойка» стала вторым этапом двухступенчатого термоядерного оружия, «суперизделия», взрываемого делящимся «изделием».

Хотя в наших знаниях о советских термоядерных разработках многого недостает, можно сказать, что путь к «Третьей Идее» был, возможно, частично проложен благодаря интенсивной работе над «Слойкой». Главной практической проблемой этого устройства было достижение высоких степеней сжатия, необходимых для реакции синтеза. Если обычные взрывчатые вещества не могут это обеспечить, то что может? Новый подход, как оказалось, дал ответ на этот вопрос: использование бомбы деления для сжатия всей «Слойки», с последующей радиационной имплозией в ней. Sloika, без химической взрывчатки веществ и поэтому немного упрощенная является, по существу, высокоэффективной термоядерной вторичной средой с ее слоями термоядерного топлива, утрамбовщиком и делящимся материалом.

На протяжении десятилетий многие авторы утверждали, что Советский Союз каким-то образом узнал о методе радиационной имплозии из США, а не развивал его самостоятельно. В последние пару десятилетий в нескольких отчетах утверждалось, что Советы не могли сами открыть радиационную имплозию и что какой-то все еще неустановленный крот, должно быть, выдал секрет водородной бомбы [15].

Рассекреченные советские документы противоречат этим взглядам. Они показывают, что информация о термоядерном оружии, которую Советы получили от шпионов, имела ограниченную ценность и не сказалась на работе ни над «Слойкой», ни на более позднем устройстве RDS-37. Просто нет никаких данных, которые бы позволили предположить, что советские ученые имели представление о конструкции ядерного оружия США. Даже после того, как советские ученые-ядерщики разработали свою собственную двухступенчатую конструкцию, они не знали, работают ли американские бомбы на том же принципе [16]. И если бы российские разведывательные службы могли бы приписать себе решающую роль в создании советской водородной бомбы, что послужило бы делегитимизации диссидента Сахарова, они, вероятно, сделали бы это к настоящему времени.

Если бы из истории «Слойки» был извлечен только один урок, он, возможно, в том, что необязательно существует только один путь к правильной идее по дороге к изобрете¬нию. Слишком часто американский случай считается образцовым путем технологиче¬ского развития, часто потому, что США сделали это первым и, возможно, потому, что он лучше документирован, чем программы других стран. Но секретность, связанная с каждой национальными программами,означала, что они в той или иной степени заново изобретали бомбу, и поэтому наличие некоторых национальных особенностей не должно никого удивлять.

«Слойка», это не просто реликт. Она проливает свет на возможность альтернати¬вных подходов к достижению одной и той же технологической цели.
Библиография
1. R. Rhodes, Dark Sun: The Making of the Hydrogen Bomb, Simon & Schuster (1995), p. 524.
2. G. Herken, Brotherhood of the Bomb: The Tangled Lives and Loyalties of Robert Oppenheimer, Ernest Lawrence, and Edward Teller, Henry Holt & Co (2002).
3. Ref. 2, chap. 12.
4. Ref. 1, chaps. 23, 24; K. Ford, Building the H Bomb: A Personal History, World Scientific (2015), chaps. 9–14.
5. H. Bethe, “Memorandum on the History of the Thermonuclear Program” (28 May 1952), documents NV0318420 and NV0311423, Nuclear Testing Archive, Las Vegas, NV; E. Teller, “Comments on Bethe’s History of the Thermonuclear Program” (14 August 1952), document NV0318421, Nuclear Testing Archive. For information on the Fuchs–von Neumann design, see J. Bernstein, Phys. Perspect. 12, 36 (2010).
6. New York Times (10 August 1953), p. 6; H. E. Salisbury, New York Times (20 August 1953), p. 1.
7. H. Bethe et al., “Analysis of Joe-4,” (11 September 1953); H. Bethe, Bull. At. Sci. 46(8), 8 (1990), p. 8; H. Bethe, quoted in C. Hansen, The Swords of Armageddon: U.S. Nuclear Weapons Development Since 1945, 2nd ed., vol. 3, Chuckelea Publications (2007), p. 136;
H. Bethe, quoted in ref. 1, p. 524.
8. I. E. Tamm, A. D. Sakharov, Y. B. Zel’dovich, in L. D. Riabev, ed., Atomnyi proekt SSSR: Dokumenty I materialy, vol. 3, bk 2, VNIIEF (2009), doc. 5, p. 21.
9. Y. B. Khariton, V. B. Adamskii, Y. N. Smirnov, Phys. Usp. 39, 185 (1996); J. Carson Mark, interview by R. Rhodes (undated), transcript available at Voices of the Manhattan Project, www.manhattanprojectvoices.org/oral-histories/j-carson-marks -interview.
10. M. Gordin, Red Cloud at Dawn: Truman, Stalin, and the End of the Atomic Monopoly, Farrar, Straus, and Giroux (2009), chaps. 3, 4.
11. Ref. 4, Ford, p. 99.
12. L. Feoktistov, quoted in G. Goncharov, Phys. Usp. 40, 859 (1997), p. 864.
13. Ref. 4, Ford, p. 156.
14. R. B. Zel’dovich, A. D. Sakharov, note to I. B. Khariton, in ref. 8, doc. 56, p. 128.
15. D. Hirsch, W. G. Mathews, Bull. At. Sci. 46(1), 22 (1990); T. C. Reed, D. B. Stillman, The Nuclear Express: A Political History of the Bomb and Its Proliferation, Zenith Press (2009), p. 34.
16. A. P. Zaveniagin et al., to the Presidium of the Central Committee, in ref. 8, doc. 170, p. 394.

 

http://dx.doi.org/10.1063/PT.3.3524

Перевел и подготовил профессор, д.ф-м.н. Л.П.Ярославский

Иллюстрация: Газета Труд: Наша Кузькина мать.

Поделиться.

Об авторе

Леонид Ярославский

Профессор. доктор физико-математических наук

Прокомментировать

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.