Решающий шаг к миру

Работы по созданию термоядерного оружия в СССР были начаты в 1945 г., когда стало известно о проведении в США работ по сверхбомбе (проект «Super»). Первые сведения о работах в США по сверхбомбе поступили в СССР по разведывательным каналам и средствам массовой информации во второй половине 1945 г.

Важнейшая информация была предоставлена СССР сотрудником теоретического отдела Лос-Аламосской национальной лаборатории США, членом британской миссии в Лос-Аламосе Клаусом Фуксом.

Поступившая в 1945 г. информация о работах в США по сверхбомбе не могла не волновать политических и научных руководителей советского атомного проекта. И.В. Курчатов обратился к видным ученым-физикам СССР, среди которых были специалисты по теории детонации (И.И. Гуревич, Я.Б. Зельдович, И.Я. Померанчук и Ю.Б. Харитон), сообщив им постановку задачи и некоторые исходные данные, с предложением в остальном независимо рассмотреть вопрос о возможности осуществления ядерной детонации в цилиндре из дейтерия с помощью взрыва атомной бомбы (этому направлению создания сверхбомбы и был посвящен материал Фукса).

В переданном материале содержались данные по принципиальной схеме проекта «Super» и серия лекций Энрико Ферми о физических процессах, которые протекают в такой термоядерной системе. В этих же материалах отмечалась возможность производства трития, необходимого для переходного участка, инициирующего дейтериевый цилиндр, в ядерных реакторах при захвате нейтронов на литии-6.

Уже 1 января 1946 г. Ю.Б. Харитон в своей «Записке» отмечает, что «в принципе возможна ядерная детонация легких элементов, причем наиболее подходящим веществом является тяжелый водород».

ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ДЕЙТЕРИЕВОЙ БОМБЕ В СССР

И.И. Гуревич, Я.Б. Зельдович, И.Я. Померанчук и Ю.Б. Харитон подготовили материалы «Использование ядерной энергии легких элементов», которые были заслушаны на заседании технического совета Специального комитета при СНК СССР 17 декабря 1945 г. В докладе, сделанном Я.Б. Зельдовичем, рассматривалась возможность возбуждения термоядерной детонации в цилиндре с дейтерием в условиях неравновесного режима горения /6, с. 19/. В 1991 г. этот доклад был полностью опубликован.

Представляет интерес решение технического совета по докладу — первое официальное решение, касающееся работ в СССР по водородной бомбе:

«1. Считать необходимым провести систематические измерения эффективности сечений в ядрах легких элементов, использовав для этого высоковольтный электростатический генератор Харьковского физико-технического института.

2. Поручить профессору Я.Б. Зельдовичу в трехдневный срок подготовить задание по изучению реакций в ядрах легких элементов и представить их на рассмотрение технического совета».

Обращает на себя внимание тот факт, что решение технического совета касается только базы исходных экспериментальных данных и не содержит поручений, относящихся к организации и проведению расчетно-теоретических работ по исследованию возможности создания сверхбомбы.

С июня 1946 г. теоретические исследования возможности использования ядерной энергии легких элементов начали проводиться в Институте химической физики (в Москве) группой в составе С.П. Дьякова и А.С. Компанейца под руководством Я.Б. Зельдовича. Первые итоги работы этой группы были обсуждены на заседании Научно-технического совета Первого главного управления, состоявшемся 3 ноября 1947 г.

К заседанию НТС ПГУ был подготовлен отчет С.П. Дьякова, Я.Б. Зельдовича и А.С. Компанейца «К вопросу об использовании внутриатомной энергии легких элементов», доклад на его основе представлен Я.Б. Зельдовичем.

Основы подхода в отчете С. П.Дьякова, Я.Б. Зельдовича и А.С. Компанейца — те же, что и в докладе И.И. Гуревича, Я.Б. Зельдовича, И.Я. Померанчука и Ю.Б. Харитона 1945 г. — выяснение условий, при которых может оказаться возможной ядерная детонация в среде из легких ядер, распространяющаяся в результате прохождения ударной волны в условиях отсутствия теплового равновесия между веществом и излучением. Рассматривалась возможность осуществления подобной детонации как в среде из дейтерия, так и в среде из дейтерида природного лития.

Как отметил Я.Б. Зельдович, сделать какие-либо определенные выводы в то время о практической возможности использования ядерной энергии легких элементов без дополнительных теоретических расчетов и экспериментальных исследований не представлялось возможным.

В решении НТС ПГУ от 3 ноября 1947 г. отмечена важность проводимой в Институте химической физики АН СССР работы по исследованию возможности использования энергии легких элементов для развития ядерной физики и, в случае положительного решения этой задачи, для практических целей. Указана необходимость продолжения этих работ, в первую очередь, изучения условий для осуществления реакций в легких элементах с использованием явления детонации при инициировании атомным взрывом.

23 апреля 1948 г. Л.П. Берия поручил Б.Л. Ванникову, И.В. Курчатову и Ю.Б. Харитону тщательно проанализировать материалы по системе Фукса—фон Неймана, переданные в 1948 г. Клаусом Фуксом, и подготовить предложения по организации необходимых исследований и работ в связи с получением этих новых материалов /6, с. 112/. Заключения по новым материалам Фукса были представлены Ю.Б. Харитоном, Б.Л. Ванниковым и И.В. Курчатовым 5 мая 1948 г.

Эти материалы дали новый импульс развитию исследований в СССР по проблеме водородной бомбы, которая получила индекс РДС-6. Постановлением Правительства от 10 июня 1948 г., в частности, предусматривалось:

определение предельного диаметра, необходимого для обеспечения горения чистого дейтерия или смеси дейтерия и трития;

анализ влияния различных количеств трития в смеси с дейтерием на скорость реакции;

исследование зажигания дейтерия от смеси дейтерия и трития;

исследование влияния энерговыделения первичного ядерного заряда на процесс зажигания;

исследование влияния физических свойств оболочки РДС-2 на процесс зажигания;

исследование особенностей действия излучения, нейтронов и заряженных частиц в процессе зажигания.

Эти работы КБ-11 должно было проводить с участием Физического института АН СССР. Для проведения этих работ в Физическом институте было предписано создать специальную теоретическую группу под руководством И.Е. Тамма. В состав группы вошли С.3. Беленький, А.Д. Сахаров, В.Л. Гинзбург и Ю.А. Романов. Для координации теоретических и расчетных работ и контроля за выполнением заданий было предписано создать при Лаборатории № 2 специальный закрытый семинар под руководством С.Л. Соболева ( Л.Д. Ландау, И.Г. Петровский, С.Л. Соболев, В.А. Фок, Я.Б. Зельдович, И.Е. Тамм, А.Н. Тихонов, Ю.Б. Харитон, К.И. Щёлкин).

Водородная бомба типа «Super» получила индекс РДС-6т. В работах по проекту РДС-6т участвовали многие замечательные ученые, а руководство физическими исследованиями в нем осуществлял выдающийся физик-теоретик Я.Б. Зельдович /6, с. 325, 327/.

К основополагающим фундаментальным проблемам, изучавшимся в этом проекте, относились, в частности: сечения и энергетика DD- и DT-реакций; вопросы максвеллизации ядер и электронов; нейтронно-ядерные взаимодействия в зажигающейся и горящей дейтериевой плазме;

радиационные процессы при нагреве и остывании плазмы в неравновесных условиях;

гидродинамика дейтериевой плазмы.

В начальный период работ по проекту экспериментальные данные по многим определяющим процессам были крайне скудны; вычислительные возможности отсутствовали. Как отмечали авторы итоговой работы по проекту РДС-6т в 1953 г., «совместное решение всех уравнений этой задачи, учитывающих одновременно все процессы, протекающие в системе, практически не выполнимо до развития машинной математической техники. Поэтому приходилось разделять решения трех основных задач: а) гидродинамики; б) кинетики ядерных реакций и диффузии быстрых частиц, возникающих в процессе реакций; в) излучения». Оценку состояния работ по РДС-6т хорошо характеризует решение НТС ПГУ в начале 1951 г., которое приведено в Приложении 3.

Проект РДС-6т был закрыт к 1954 г. /7, с.287/, когда было окончательно установлено отсутствие устойчивого режима горения подобных безымплозивных систем. Однако эти работы оказались исключительно полезными для понимания многих вопросов, связанных с зажиганием и горением термоядерной среды.

Следует отметить, что этот проект был закрыт по предложению ученых КБ-11 еще задолго до испытания РДС-37.

При разработке РДС-6т получили принципиальные экспериментальные данные о сечениях термоядерных реакций и взаимодействия ядер термоядерного горючего с нейтронами. В Приложении 4 в приведены фрагменты плана ядерно-физических исследований, которые КБ-11 считало необходимым выполнить для решения данной проблемы. Эти исследования определяли фундаментальные параметры термоядерных процессов и явились одной из основ при дальнейшей разработке термоядерных зарядов, включая РДС-37.

РАЗРАБОТКА СЛОЕНОГО ТЕРМОЯДЕРНОГО ЗАРЯДА РДС-6С

Другое направление работ по созданию термоядерного заряда было связано с исследованиями, которые проводила группа сотрудников под руководством И.Е. Тамма, и прежде всего с исследованиями А.Д. Сахарова. Первоначально сотрудники этой группы в соответствии с предусмотренным планом работ по водородной бомбе знакомились в Институте химической физики с расчетами группы Я.Б. Зельдовича и проверяли эти расчеты.

Через несколько месяцев после начала работ группы И.Е. Тамма по специальной тематике А.Д. Сахаров приступил к рассмотрению возможности создания водородной бомбы на пути возбуждения атомным взрывом ядерной детонации в гетерогенной плоской системе с чередующимися слоями термоядерного горючего и ура-на-238. Основой такого подхода послужила идея о том, что при температурах в десятки миллионов градусов, реализующихся при ядерном взрыве, слои термоядерного горючего, размещенные между слоями урана, в результате выравнивания давлений в термоядерном горючем и уране в процессе ионизации вещества приобретают высокую плотность, в результате чего существенно увеличивается скорость термоядерных реакций /7, с. 178/.

10 декабря 1954 г.

Товарищу Малышеву В. А В начале текущего года под Вашим председательством состоялось совещание по проблеме Т (детонация цилиндрического заряда из жидкого дейтерия). На совещании было принято решение освободить КБ-11 от работы по указанной проблеме с переходом на работу по проблеме АО (атомного обжатия), как более перспективной. В то же время было решено, что группы Д.И. Блохинцева, И.М. Гельфанда и А.С. Кронрода могут продолжить работу по проблеме Т, поскольку они являлись энтузиастами указанной проблемы. Все полученные с тех пор данные подтверждают, что проблема Т не является практически актуальной по причинам, подробно изложенным в протоколе указанного совещания 1. Напротив, проведенные предварительные работы по проблеме АО подтвердили ее реальную перспективность. В связи с изложенным просим Вашего распоряжения о полном прекращении работ по проблеме Т с переключением групп И.М. Гельфанда и А.С. Кронрода на выполнение наших заданий, связанных с проблемой А.О. Группе И.М. Гельфанда мы считаем целесообразным поручить расчеты по устойчивости сферического обжатия, группе А.С. Кронрода — расчеты уравнения состояния и теплопроводности в условиях А.О.

Однако уже в ноябре 1948 г. сотрудник группы И.Е. Тамма В.Л. Гинзбург выпустил отчет, в котором предложил использовать в слоистой системе новое термоядерное горючее — дейтерид лития-6, который при захвате нейтронов образует тритий /6, с. 178/.

Идея «слойки» и идея применения дейтерида лития-6 — «первая» и «вторая» идеи, по терминологии «Воспоминаний» А.Д. Сахарова /8/ — стали теми ключевыми идеями, которые в дальнейшем легли в основу разработки первой советской водородной бомбы РДС-6с. Однако несмотря на ясность исходных физических идей «слойки», сформулированных в 1948 г., путь создания на их основе реальной конструкции не был простым.

В июне 1949 г. в КБ-11 состоялась серия совещаний, на которых рассматривалось состояние работ по атомным бомбам РДС-1, РДС-2, РДС-3, РДС-4, РДС-5 и состояние работ по водородной бомбе РДС-6.

На совещании был представлен написанный А.Д. Сахаровым план теоретических и экспериментальных исследований на 1949-1950 гг., связанных с разработкой РДС-6с. Теоретическая часть плана имела два больших раздела: 1) изучение механизма распространения стационарной детонационной волны в слоистых системах; 2) теоретические исследования возможности высокотемпературной детонации дейтерия. Среди многих подразделов пункт 1 плана содержал подраздел «Исследование вопроса о возможности повышения реактивности систем типа РДС-6 посредством обжатия обычным взрывчатым веществом». Это было существенное продвижение, в то время как первоначальная идея «слойки» предполагала возможность осуществления ядерной детонации в необжимаемой системе из слоев урана и термоядерного горючего нормальной плотности. Идея «слойки» объединилась с идеей имплозии.

Спустя месяц после заявления президента США о начале широкомасштабных работ по разработке супербомбы (водородной бомбы) выходит Постановление Совета министров СССР № 827-808 «О работах по созданию РДС», которое обязывало Первое главное управление, Лабораторию № 2, АН СССР и КБ-11 провести расчетно-теоретические, экспериментальные и конструкторские работы по созданию изделия РДС-6с («слойка») и РДС-6т («труба»). В первую очередь, должно было быть создано изделие РДС-6с с тротиловым эквивалентом 1 млн. т и весом 5 т/6, с. 288/.

Этим Постановлением Совета министров СССР от 26 февраля 1950 г. работы над водородной бомбой были сосредоточены в КБ-11, для его выполнения группа И.Е. Тамма направлялась в 1950 г. на постоянную работу в Арзамас-16. Научным руководителем работ по созданию изделия РДС-6с и РДС-6т был назначен Ю. Б.Харитон, его заместителями— И.Е.Тамм и Я.Б. Зельдович.

Тогда же было принято Постановление СМ СССР № 828-304 «Об организации производства трития».

Следует подчеркнуть, что, хотя в идейном плане «Alarm Clock» и РДС-6с весьма близки, между ними есть и существенное различие. Это различие связано прежде всего с уровнем энерговыделения. Тот факт, что «Alarm Clock» рассматривался как заряд мегатонного класса (конкурент «Super»), определил его большие размеры, что в свою очередь создавало трудности в конструировании и проблемы в отношении возможностей его практического применения. В итоге этот проект оказался нежизнеспособным и не был реализован.

РДС-6с создавался применительно к условиям размещения в реальной авиабомбе, и при его создании требовалось прежде всего достижение существенного выигрыша в энерговыделении по сравнению с чисто ядерными зарядами (энерговыделение которых в то время не превышало 40 кт). Это был более прагматичный подход, который позволил создать РДС-6с в качестве модели заряда мегатонного класса и при этом существенно превзойти показатели ядерных зарядов.

Когда же стали решать задачу увеличения энерговыделения в заряде типа РДС-6с до мегатонного уровня, возникли трудности, и практически эта задача решена не была/1/.

Разработанный в 1950-1953 гг. в КБ-11 термоядерный заряд РДС-6с, явившийся первым термоядерным зарядом СССР, представлял собой сферическую систему из слоев урана и термоядерного горючего, окруженных химическим взрывчатым веществом. Для увеличения энерговыделения заряда в его конструкции был использован тритий. Пользуясь известной терминологией, можно сказать, что термоядерный заряд РДС-6с был выполнен по одностадийной схеме.

Особенности конструкции и физика работы РДС-6с подробно рассмотрены в ряде публикаций /9-12/.

Как отметил в своих «Воспоминаниях» А.Д. Сахаров /8/, «подготовка к испытанию первого термоядерного заряда была значительной частью всей работы «объекта» в 1950-1953 гг., так же, как и других организаций и предприятий нашего управления и многих привлеченных организаций. Это была работа, включавшая, в частности, экспериментальные и теоретические исследования газодинамических процессов взрыва, ядерно-физические исследования, конструкторские работы в прямом смысле этого слова, разработку автоматики и электрических схем изделия, разработку уникальной аппаратуры и новых методик для регистрации физических процессов и определения мощности взрыва.

Громадных усилий с участием большого количества людей и больших материальных затрат требовали производство входящих в изделие веществ, другие производственные и технологические работы.

Драматизм разработки РДС-6с заключался в том, что она проходила на фоне известия США об испытании термоядерных бомб в 1952 г.

Последовало незамедлительное указание Л. Берия о форсировании наших работ.

Особую роль во всей подготовке к испытаниям первого термоядерного играли теоретические группы. Их задачами были выбор основных направлений разработки изделий, оценка и общетеоретические работы, относящиеся к процессу взрыва, выбор вариантов изделий и курирование конкретных расчетов процессов взрыва в различных вариантах. Эти расчеты проводились численными методами, в те годы — в специальных математических группах, созданных при некоторых научно-исследовательских институтах.

Теоретические группы также играли важную роль в определении задач, анализе результатов, обсуждении и координации почти всех перечисленных направлений работ других подразделений «объекта» и привлеченных организаций».

Общее руководство работами по РДС-6с осуществлялось И.В. Курчатовым. Главным конструктором и непосредственным руководителем работ был Ю.Б. Харитон.

В разработке РДС-6с исключительно важное значение имело математическое моделирование. Основные математические расчеты по РДС-6с проводились в Москве в коллективах, которыми руководили А.Н. Тихонов, К.А. Семендяев и Л.Д. Ландау.

С апреля 1953 г. эти работы были сосредоточены в специально образованном Отделении прикладной математики Математического института АН СССР, который возглавлял М.В. Келдыш. В КБ-11 расчеты проводились коллективами математиков под руководством Н.Н. Боголюбова и В.С. Владимирова.

Испытание РДС-6с состоялось 12 августа 1953 г. на Семипалатинском полигоне. Оно стало четвертым в серии ядерных испытаний, начатых СССР 29 августа 1949 г. Энерговыделение РДС-6с было эквивалентно энергии взрыва 400000 тонн тротила.

Работы по РДС-6с имели продолжение. 6 ноября 1955 г. в СССР был успешно испытан заряд РДС-27, который представлял собой модернизацию РДС-6с на основе использования исключительно дейтерида лития (без использования трития). При этом параметры гетерогенного ядра были несколько модернизированы. Энерговыделение заряда составило 250 кт, что в 1,6 раза меньше энерговыделения РДС-6с, но существенно превзошло энерговыделение традиционных ядерных зарядов. По своим конструкционным качествам это было реальное оружие, его испытание производилось в составе авиабомбы, сброшенной с самолета.