Дуэль умов



50 лет назад была испытана первая в мире водородная бомба. Создание водородной бомбы превратилось в беспрецедентную дуэль между СССР и США. Это была гонка интеллектов, гонка двух систем. Лавры достались и той и другой.

В основе идеи водородной бомбы лежит ядерный синтез. При температурах порядка сотен миллионов градусов кинетическая энергия ядер легких элементов становится настолько высокой, что, сталкиваясь между собой, они могут "сливаться", образуя ядра более тяжелых элементов. Энергии при этом выделяется в тысячи раз больше, чем при распаде ядер урана.

Интерес к проблеме ядерного синтеза возник в 1930-е, когда немецкий физик Ганс Бете разработал теорию происхождения энергии звезд. Энергия звезд, в том числе нашего Солнца, и является энергией синтеза, выделяемой при слиянии четырех ядер водорода в одно ядро гелия. Разумеется, для начала такого процесса необходимы сверхвысокие температуры. Но, по расчетам физиков, при взрыве атомной бомбы температура в эпицентре может подниматься до нескольких миллионов градусов. Стало быть, атомный взрыв может послужить детонатором для еще более мощной бомбы. Начало работ над атомной бомбой сразу поставило вопрос о создании "бомбы ядерного синтеза" в практическую плоскость.

Утечка в Москву.

В составе группы ученых, создававших американскую атомную бомбу, оказался честолюбивый физик Эдвард Теллер. Понимая, что быть первым в создании атомной бомбы у него уже не получится, он еще в 1942 году решил сконцентрироваться на проблеме "бомбы ядерного синтеза". Первые расчеты показали, что температура в несколько миллионов градусов не может вызвать слияние ядер обычного водорода. Но если водород заменить его изотопом - дейтерием, то реакция пойдет. Два ядра дейтерия сольются в легкий изотоп гелия:

D+D=3He+n+3,27 МэВ (мегаэлектронвольт).

Мощность такого взрыва в десятки раз превзойдет мощность атомной бомбы.

А взрывной потенциал супербомбы оказывался дешевле обычной атомной в пересчете на килотонну ТНТ. Такая водородная бомба гарантированно сносила бы с лица земли любой мегаполис, на который иначе пришлось бы тратить несколько атомных бомб.

В апреле 1946 года Теллер организовал в Лос-Аламосе секретный семинар по проблеме водородной бомбы. На нем присутствовал и физик из Англии Клаус Фукс. Фукс был активным участ- ником создания атомной бомбы и столь же активным информатором советской разведки. Вскоре он вернулся в Англию, и через него Москва получила информацию о семинаре.

Компьютеры против математиков.

Для СССР тогда первоочередным вопросом было создание атомной бомбы, без которой о водородной нечего было и мечтать. Тем не менее расчеты по разработке водородного оружия были начаты в СССР в том же 1946 году.

Условия термоядерных реакций нельзя было проверить экспериментально, поэтому разработки здесь требовали колоссального количества математических расчетов. Американцы предоставили Теллеру свои первые компьютеры, мощность которых была не слишком впечатляющей по нынешним временам, но заведомо превосходила способности любого человека на Земле.

В СССР компьютеров не было. Зато были мобилизованы все математические институты и отделы Академии наук СССР. Координатором работы стал молодой талантливый физик Яков Зельдович ("отец советской атомной бомбы" Курчатов в это время был занят атомным проектом). Центр исследований по водородной бомбе в Арзамасе-16 возглавил малоизвестный тогда Юлий Харитон, которому был подчинен и Зельдович. Сотни математиков получали частные задачи, не зная общей картины и того, как их расчеты будут использованы. Был резко расширен прием студентов на физико-математические факультеты. По числу математиков СССР к 1950 году вышел на первое место в мире. В итоге СССР удалось проделать ту же работу, что и Теллеру.

В урановой бомбе критическая масса, приводящая к цепной реакции, достигалась, собственно, не увеличением массы, а увеличением плотности. Урановый шар размером с яблоко был окружен множеством зарядов обычных взрывчатых веществ, расположенных сферически на одинаковом расстоянии от шара. Их синхронный подрыв сдавливал шар взрывной волной, и помещенный в его центр источник нейтронов начинал цепную реакцию.

Быстро выяснилось, что взрыв водородной бомбы, кроме миллионных температур, тоже требовал сверхвысоких давлений, причем если в атомной бомбе речь шла о сотнях тысяч атмосфер, то в водородной - о миллионах. Но достижимы ли они в принципе? Вот чтобы доказать это, и требовался колоссальный объем математических вычислений.

Тупик Теллера.

К 1948 году, несмотря на большой объем расчетов, конструктивного решения все еще не было ни в СССР, ни в США. Теоретическая модель водородной бомбы Теллера представляла собой цилиндр с жидким дейтерием. Реакция начиналась на одном конце цилиндра и должна была распространяться к другому. Но расчетами не удавалось доказать, что начинающаяся в дейтерии термоядерная реакция не погаснет сама собой, а будет самопроизвольно распространяться.

Чтобы ускорить расчеты, Теллер заказал новые компьютеры со специальными программами. Они были получены в Лос-Аламосе к середине 1949 года. И... проведенные расчеты показали, что самопроизвольная реакция в дейтерии может развиваться при давлении не в сотни тысяч, и даже не в миллионы, а в десятки миллионов атмосфер. Но так сжать ядро бомбы обычные взрывчатые вещества не могли! Теллер зашел в тупик.

Поначалу он решил выйти из него наиболее легким путем. Если к дейтерию добавить тритий (изотоп водорода с двумя нейтронами в ядре), то десятков миллионов атмосфер не понадобится, хватит миллионов. А энергии выделилось в 5 раз больше, чем при использовании только дейтерия - 17,3 МэВ. Да, но тритий, в отличие от дейтерия, не встречается в природе. Его можно получить только в специальных реакторах, а это процесс очень долгий и супердорогой. Руководство Пентагона долго прикидывало, откуда взять деньги на производство трития, а тут возникла еще одна проблема. Тритий имеет дурацкую привычку полураспадаться за 12 лет. Поэтому бомба с тритием не может храниться сколь-нибудь разумное время. Теллеру было велено думать дальше "Где же бомба,.

Эдди?".

К лету 1949 года у США было около 300 "обычных" атомных бомб. По расчетам, этого хватало на выведение из строя 30-40% промышленного потенциала СССР, что Пентагону казалось недостаточным для нанесения решительного поражения. А тут еще в сентябре 1949-го в Вашингтоне получили сведения об успешном испытании первой советской атомной бомбы. А в октябре 1949 года в Китае победили коммунисты и была провозглашена КНР. Если до этого кое у кого в Пентагоне были сомнения - а нужна ли вообще "сверхбомба", то сейчас они исчезли бесследно, как роса на рассвете. Президент Трумэн подписывает директиву Комиссии по атомной энергии: "Разрабатывать все виды атомного оружия, включая так называемую водородную бомбу".

С одной стороны, директива президента спасала проект Теллера, который уже было собирались заморозить. Но именно в этот момент расчеты показали, что не только давления, но и температуры не хватает для начала цепной реакции синтеза в дейтерии 14 месяцев Теллер и его группа искали альтернативные решения. И не находили. Военные начали проявлять признаки нетерпения. Единственным утешением для американцев был арест в январе 1950 года Клауса Фукса. Стало быть, советские физики если и знают о замысле Теллера, то идут тем же путем, по той же схеме, набросанной Теллером на семинаре в 1946 году. Теллер был настолько убежден в превосходстве "свободного мира" над "коммунистической диктатурой", что и вообразить не мог, что русские пойдут своим путем. Это была ошибка.

И Зельдович, и многие другие советские физики обладали куда более широким кругозором, чем Теллер. И еще быстрее, чем он, пришли к выводу о тупиковости его модели.

С конца 1949 года все усилия советских физиков были сосредоточены на реализации модели Сахарова - Гинзбурга.

Лучше меньше, да лучше.

После публично объявленной директивы президента Трумэна в январе 1950 года на заседании Спецкомитета под председательством Берии решено было ускорить работы по созданию советской водородной бомбы. Крайним сроком испытания был определен 1954 год.

Но еще в 1948 году Курчатов сообразил, что тут нужны новые идеи и новые люди. Он решил включить в разработку водородной бомбы группу Игоря Тамма, одного из наиболее авторитетных физиков в СССР. Его помощниками были Андрей Сахаров и Виталий Гинзбург.

Американцы хотели сразу создать бомбу в тысячу раз мощнее атомной. Гинзбург и Сахаров поставили задачу скромнее, но реальнее. В этой модели было две "изюминки".

Первая: проблема давления была решена расположением дейтерия не в цилиндре, а слоями в самом плутониевом заряде (отсюда неофициальное название "слойка", родившееся при обсуждении этой модели). Вторая изюминка: в качестве горючего ядерного синтеза Гинзбург предложил использовать вместе с дейтерием не дорогущий тритий, а литий. Литий - это самый легкий из твердых элементов земной коры. Он вполне доступен в природе, а его производство в тысячи раз дешевле производства трития. В задуманной реакции ядро лития-6 поглощало один нейтрон. В результате получалось ядро трития и ядро гелия-4 6Li+n=3N+4He+4,6 МэВ.

Единственным недостатком этой модели было то, что масса лития и дейтерия должна быть строго пропорциональна массе входящего в заряд плутония. Это не позволяло резко увеличить мощность бомбы, она была лишь в 20-40 раз больше, чем у атомной. Зато это была готовая модель, по которой можно было сразу делать бомбу, без предварительных опытов на дорогостоящих устройствах.

Тут возник интересный казус. В 1949 году группе Тамма было предложно окончательно перебраться в Арзамас-16, решение о переводе оформлялось постановлением Совета Министров за личной подписью Сталина. Несмотря на столь авторитетный документ, Госбезопасность не дала допуска в Арзамас-16 Гинзбургу - соавтору "слойки". Его жена в тот момент была в ссылке, и посему он считался не вполне благонадежным. Поэтому вся слава "отца советской водородной бомбы" досталась Сахарову.

Взрыв устройства "Майк".

Теллер все это время искал механизм, который мог бы сжать дейтерий с силой в миллионы атмосфер. Идею ему подсказал Станислав Улам, талантливый польский физик, эмигрировавший в США. Такое давление можно обеспечить сходящимися в одной точке мощными лазерными лучами. Первая американская водородная бомба так и называлась "модель Улама - Теллера".

Собственно, это была еще не бомба, а "рабочая гипотеза". Но главное - появилась возможность произвести взрыв. А Теллеру приходилось спешить. В 1952 году в США были выборы президента, кандидат от республиканцев Дуайт Эйзенхауэр явно побеждал, а у Теллера были опасения, что Эйзенхауэр вообще посчитает нецелесообразными дальнейшие немалые расходы на столь сверхмощное оружие.

Теллер успел. Испытание "термоядерного устройства "Майк" прошло 1 ноября 1952 года на небольшом атолле в южной части Тихого океана. Взрыв поражал воображение. Атолл был полностью разрушен. Покрытый водой кратер от взрыва превысил 2 км в диаметре. Мощность взрыва была 10 мегатонн, в 500 раз мощнее бомбы, сброшенной на Хиросиму.

Однако "Майк" не был бомбой - это гигантская конструкция размером с двухэтажный дом. Чтобы получить жидкий дейтерий, требовались очень низкие температуры, соответственно, нужна была очень мощная криогенная установка. Поэтому основой "Майка" был 50-тонный холодильник. Понятно, что военное использование такого устройства было абсолютно невозможно, но ни Теллер, ни Пентагон в тот момент особенно не расстраивались. Главное - есть идея, которую можно неспешно шлифовать. Ведь русские сроду до такого не додумаются.

Устройство РДС-6с.

Более скромная по мощности водородная бомба Сахарова готовилась к испытанию без спешки. Но это была действительно бомба. Литий в качестве термоядерного заряда был хорош тем, что он изначально твердый. Так что охлаждать и сжижать его не требовалось. Получилась вполне авиатранспортабельная бомба, снималась проблема хранения. Потом и Теллер додумался до использования лития, но это потом...

А когда 12 августа 1953 года "изделие РДС-6с" было взорвано на Семипалатинском полигоне (мощность достигла 400 килотонн, в 20 раз больше первых атомных бомб), это произвело эффект разорвавшейся бомбы и в Вашингтоне. Русские смогли сделать бомбу!

Говорят, после испытания Курчатов поклонился 32-летнему Сахарову и сказал: "Тебе, спасителю России, спасибо!".

Все участники разработки водородной бомбы получили щедрые награды. Тамм, Сахаров, Зельдович, Харитон - звезды Героев Соцтруда и сталинские премии (500 тысяч рублей каждому). Не забыли и Гинзбурга, наградив его орденом Ленина.

Эта бомба не пошла в серийное производство, но ее успешное испытание имело огромный моральный и политический эффект. После испытания "слойки" усилия Сахарова и Зельдовича были направлены на разработку модели мощной двухступенчатой водородной бомбы, сходной с той, которую делал Теллер. Задача была быстро решена, испытание бомбы прошло в ноябре 1955 года.

Итак, первенство в использовании энергии синтеза осталось за американцами, первенство в практическом применении его в оружии - за СССР. В целом же создание водородной бомбы привело к появлению новых научных направлений - физики высокотемпературной плазмы, физики сверхвысоких плотностей энергии, физики аномальных давлений. Первая водородная бомба послужила причиной бурного развития советской космонавтики. После ее испытаний ОКБ Королева получило задание разработать межконтинентальную баллистическую ракету для этого заряда. Но этой ракете, названной "семеркой", стартовал Юрий Гагарин. Наконец, начались работы по разработке термоядерной реакции управляемого синтеза. Ее реализация будет означать получение практически неисчерпаемого источника энергии на Земле.

Но в 1953-м всех волновали куда более насущная задача - предотвращение атомного удара США по СССР. И эта задача была решена, как только стало ясно, что СССР достиг ядерного паритета с США, - 12 августа 1953 года.

Автор: Павел САМАРИН, Вечерняя Рига

Добавить коментарий
Автор:
Комментарий:
Код проверки:
Captcha