Реферат: Создание термоядерного оружия в СССР: второй этап ядерной гонки
Вскоре коллеги Теллера - математик Станислав Улам и его помощник Корнелий Эверетт - убедительно показали, что взрывное протекание синтеза дейтерия в объеме «супера» вряд ли возможно, более того, для первоначального зажигания термоядерного горючего потребовалось бы такое количество трития, что для его наработки из лития в промышленных реакторах США пришлось бы практически заморозить производство оружейного плутония для набиравшего темпы производства ЯВУ деления. Так подтвердились предположения Генерального консультативного комитета при КАЭ США, члены которого еще в конце 1949 г. единодушно возражали против разработки водородной бомбы, в том числе и на этом основании [6]. Впрочем, действительность оказалась еще хуже… «К концу 1950 г. Теллер был в отчаянии, потеряв надежду на создание работоспособной конструкции водородной бомбы. Главнейшая программа создания нового оружия США была принята на недостаточно продуманной научной основе» [12].
Заодно стало ясно, что «секреты водородной бомбы», попавшие через Фукса к Курчатову, были, по словам Бете, «не просто бесполезными, а гораздо хуже… [если бы советские специалисты действительно воспользовались информацией, содержащейся в донесениях Фукса, то... – А.К.], нам остается лишь радоваться, ибо это означает, что им приходится разоряться ради проекта никчемного в военном отношении» [12]. Те воспользовались, и действительно поистратились немало: «труба» понапрасну «съела» почти 6 лет работы квалифицированнейшей научной «сборной». Впервые за время работ по советскому атомному проекту разведка способствовала заведению важнейшей научно-технической проблемы в глубокий концептуальный тупик. Это следует понимать, когда в средствах массовой информации заходит, применительно и к разработке ТЯО, очередной разговор о «могуществе советской разведки» и «бессилии советской науки».
И все же роль разведки в истории создания советского ТЯО недооценивать нельзя – она огромна, и ее главным достижением, как мы видели, было инициирование масштабных работ по водородной бомбе в СССР. А кроме того… когда какая-либо объемная научно-техническая проблема начинает решаться с нуля (да еще, как в нашем случае, при отсутствии полной уверенности в принципиальной достижимости требуемого результата), неудача развития некоторой концепции во многом компенсируется методическими наработками, позволяющими успешно решать сходные задачи в рамках уже других концепций, и становлению эффективно действующих научных коллективов со своей научной и организационной иерархией и разделением труда. А если это так, то другие, перспективные, концепции приходят обязательно.
И они появились уже к концу 1948 г. С этого момента советские и американские усилия по созданию ТЯО расходятся, чтобы снова встретиться к концу казавшегося бесконечно далеким 1955 г.
«Слойка» (1948 – 1954 гг.)
В конце августа 1946 г. Э.Теллер выпустил отчет, в котором предложил новую, альтернативную «классическому суперу», схему термоядерной бомбы, которую он назвал «будильник». Предложенная им конструкция состояла из чередующихся сферических слоев делящихся материалов и термоядерного горючего (дейтерий, тритий и, возможно, их химические соединения). Эта система обладала целым рядом потенциальных преимуществ. Быстрые нейтроны, рожденные при реакциях в слоях термоядерного горючего, должны были вызвать деления в соседних слоях делящихся материалов, что должно было приводить к заметному увеличению энерговыделения. В результате ионизационного сжатия термоядерного горючего в процессе взрыва должна была сильно увеличиться его плотность и резко возрасти скорость термоядерных реакций. Необходимость неравновесного режима термоядерного горения отсутствовала, но требовался атомный инициатор большой мощности. Эти требования были тем более значительными, что от «будильника» как целевой альтернативы «классического супера» нужно было получить сходную (мегатонную) мощность. В сентябре 1947 г. Э.Теллер предложил использовать новое термоядерное горючее – дейтерид лития-6 (6LiD). Это должно было привести к значительному увеличению наработки трития в процессе взрыва и тем самым заметно увеличить эффективность термоядерного горения. Однако и проект «будильника» уже не казался многообещающим и перспективным, в первую очередь из-за почти непреодолимых тогда проблем инициирования [6].
Трудно сказать, знал ли об этих идеях Теллера А.Д.Сахаров, когда в сентябре–октябре 1948 г. он, анализируя альтернативные (по отношению к «трубе») схемы водородной бомбы, пришел к физически аналогичной схеме. Скорее всего не знал. Тогда он, рядовой сотрудник группы Я.Б.Зельдовича, не имел доступа к материалам разведки, а как должны были (и умели) держать язык за зубами те, кто его имел, мы хорошо знаем [1]. Во всяком случае, исследователи истории советского термоядерного проекта единодушно отмечают концептуальную независимость сахаровских разработок. Да и сам Андрей Дмитриевич, органически неспособный ко лжи (ни тогда, ни позже), свое авторство по обсуждаемой разработке подчеркивал вполне определенно. Остается в очередной раз удивляться тому, насколько сходны пути решения сложнейших проблем одинакового целевого назначения в разных странах, даже в условиях глубокой секретности. Любопытно, что упомянутое выше явление ионизационного сжатия термоядерного горючего, являющееся физической основой действия этого устройства, до сих пор среди российских атомщиков известно как «сахаризация».
16.11.48 И.Е.Тамм официально обратился с письмом к С.И.Вавилову, где сообщил о «принципиальной возможности достижения ядерной детонации дейтерия в специальном устройстве, сочетающем дейтерий (или тяжелую воду) с природным ураном-238» [курсив мой. – А.К.] [6]. Более своевременной идеи тогда предложить было нельзя. Вспомним о колоссальных трудностях, которые испытывала в те дни молодая советская атомная промышленность с наработкой ядерного горючего для первой советской атомной бомбы, было ясно, что даже в случае ее удачного испытания именно производство оружейного 235U и/или 239Pu явится лимитирующим фактором развертывания советского ядерного потенциала, во всяком случае, в течение обозримого времени. А тут появляется возможность использования в качестве эффективного ядерного материала дешевый 238U, при производстве оружейного урана вообще рассматриваемый как производственные отходы!
Существо дела заключается в следующем. В обычной атомной бомбе 238U не только бесполезен (вторичными нейтронами он практически не делится), но и вреден, поскольку в других ядерных реакциях, конкурирующих с делением, жадно «выедает» эти нейтроны, столь нужные для развития цепного процесса. Именно поэтому для атомной бомбы требуется уран высокого (свыше 90%) обогащения. Однако ситуация кардинально меняется, когда на слой 238U обрушиваются нейтроны термоядерного синтеза, в среднем почти в 10 раз более энергетичные, чем нейтроны деления; 238U при этом делится прекрасно, стоимость же получения каждой килотонны мощности многократно уменьшается. Очень заманчиво!
Впрочем, не исключено, что эти соображения стали играть роль позже, а тогда новая конструкция, названная «слойкой», рассматривалась лишь в своем первоначальном значении – как перспективная схема бомбы синтеза. Как бы то ни было, 20.01.49 А.Д.Сахаров сдал первый отчет по «слойке», а 03.03.49 В.Л.Гинзбург в своем отчете предложил новый материал – 6LiD, – идеально подходивший в качестве термоядерного горючего. (Интересно, что сначала В.Л.Гинзбург хотел лишь усилить «сахаризацию» за счет реакции захвата нейтронов 6Li. Лишь после ознакомления с новыми данными по сечениям реакций синтеза в журнале «Physical Review» от 15.04.49 стало ясно, что главная ценность 6LiD совсем в другом.)
Как уже указывалось, из-за существенно более высокого сечения взаимодействия ядер дейтерий-тритиевая смесь поджигается гораздо легче, чем чистый дейтерий (для чего Э.Теллер и предполагал использовать ее в качестве основы инициирующего устройства «супера»). Но ценой такого использования явилось бы фактическое прекращение наработки оружейного плутония, на что в США никто не пошел бы. Тем более не реалистично было бы ориентироваться на быстрое освоение промышленного производства трития в СССР, где и плутония-то к описываемому времени даже на одну бомбу не успели наработать. Помимо этого, тритий очень нетехнологичен (все-таки при нормальных условиях это газ) и радиоактивен: с периодом полураспада 12,4 года он превращается в стабильный гелий-3, один из самых «вредоносных» нуклидов, интенсивно «пожирающий» драгоценные нейтроны безо всякой пользы. Это ограничивает срок функциональной пригодности боеприпаса несколькими месяцами. Конечно, эти трудности в принципе преодолимы (что история впоследствии и доказала), но вот какой ценой и за какое время…
Всех указанных недостатков лишен 6LiD – легкое кристаллическое вещество белого цвета, – радионуклидов не содержит и, главное, жадно захватывает нейтроны деления, превращаясь при этом в… тритий, а дейтерий уже наготове! И тут вступает в игру основное достоинство «слойки». При правильно выбранных параметрах конструкции в ней вследствие «сахаризации» и ударной волны от взрыва инициатора достигается огромное сжатие термоядерного горючего. Вот чего не хватало «суперу» и «трубе», вот когда открывается прямая дорога к водородной бомбе! Советские ядерщики встали на этот путь через «слойку». О том, как прошли его Э.Теллер и его коллеги, ниже.
11.04.49 С.И.Вавилов официально информировал о «слойке» Л.П.Берия. 08.05.49 Ю.Б.Харитон направил Б.Л.Ванникову заключение КБ-11 по «слойке», горячо поддержав этот проект: «Основная идея предложения чрезвычайно остроумна и физически наглядна» [6]. 29.08.49 прошло успешное испытание первой ядерной бомбы РДС-1 – важнейшее событие для термоядерного проекта, поскольку оно позволило переориентировать значительную часть научного потенциала и производственных мощностей системы ПГУ. А масла в огонь, по классическим канонам гонки вооружений, резко добавила уже упомянутая директива Трумэна от 31.01.50. Уже на четвертый день после нее 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 СМ 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).
В тот же день, 26.02.50, было принято постановление СМ СССР «Об организации производства трития», а потом другие постановления о строительстве специализированного тяжеловодного реактора по наработке трития и об организации производства 6LiD [6]. Последующие события показали, насколько дальновидным было это последнее решение. Тем не менее довольно скоро стало ясно, что заданные сроки нереальны. Не последнюю роль в затягивании работ сыграло продолжение исследований по «трубе», хотя их бесперспективность начала выявляться вполне отчетливо. Как бы то ни было, постановлением СМ СССР от 29.12.51. директивный срок испытания РДС-6с был перенесен на март 1953 г. при продолжении работ также и по РДС-6т (последние были практически свернуты к концу 1952 г.). Это было прямым следствием реакции высшего политического руководства СССР на первое в мире испытание термоядерного взрывного устройства «Майк», проведенного США на атолле Элугелаб в Тихом океане 01.11.52. Уже 02.12.52 Л.П.Берия обратился к руководителям ПГУ и И.В.Курчатову с запиской, в которой, в частности, говорилось: «И.В.Курчатову. Решение задачи создания РДС-6с имеет первостепенное значение. Судя по некоторым дошедшим до нас данным, в США проводились опыты, связанные с этим типом изделий [курсив мой. – А.К.]. При выезде с А.П.Завенягиным в КБ-11 передайте Ю.Б.Харитону, К.И.Щелкину, Н.Л.Духову, И.Е.Тамму, А.Д.Сахарову, Я.Б.Зельдовичу, Е.И.Забабахину и Н.Н.Боголюбову, что надо приложить все усилия к тому, чтобы обеспечить успешное завершение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, связанных с РДС-6с. Передайте это также Л.Д.Ландау и А.Н.Тихонову» [6].
Указанная записка весьма любопытна. Она свидетельствует о том, что «Майк» ассоциировался у Берия не с принципиально новой конструкцией термоядерного взрывного устройства (а он, как мы увидим далее, именно таковым и являлся), а с конструкцией типа «слойки» (а может быть, и «трубы»). И добро бы только Берия ошибался на этот счет (в конце концов он был великолепным организатором и первоклассным палачом, но не физиком), но заблуждалась и «конечная инстанция» – теоретики КБ-11. Л.П.Феоктистов, будущий член-корреспондент АН СССР и конструктор первого советского серийного образца ТЯО, а тогда молодой сотрудник группы Я.Б.Зельдовича, 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 с