Сахаров проложил путь к созданию советского термоядерного оружия

Ровно сто лет назад, 21 мая 2021 года родился академик Андрей Сахаров, имя которого сегодня употребляется как синоним слов «диссидент» и «правозащитник». Однако в первую очередь Сахаров был выдающимся физиком, и дело не только в том, как он стал отцом советского термоядерного оружия. Не менее научных достижений Сахарова интересны и его научные заблуждения.

Ученые-физики помнят Сахарова не только как создателя первой советской термоядерной бомбы. Еще в 1951 году Андрей Сахаров и Игорь Тамм высказали в своей совместной работе идею осуществления управляемой термоядерной реакции для энергетических целей с использованием различных схем магнитной термоизоляции плазмы. Сама идея магнитного удержания плазмы была предложена чуть раньше советским физиком Олегом Лавреньтевым, но в работе Сахарова и Тамма многие из этих схем были детально просчитаны. В их числе присутствовала тороидальная конфигурация, которая впоследствии стала основой для одного из наиболее успешных типов плазменных ловушек - знаменитых токамаков.

Кроме того, Сахаров был автором нескольких оригинальных работ по физике элементарных частиц. В частности, он предложил одну из версий барионной асимметрии Вселенной, которая объяснила это явление через механизм нарушения комбинированной чётности. Впоследствии идеи Сахарова нашли экспериментальное подтверждение при наблюдении распадов долгоживущих мезонов.

Еще одной важной работой Сахарова стала теория, объяснившая возникновение неоднородности распределения вещества из первоначальных возмущений плотности в ранней Вселенной, причиной которых были квантовые флуктуации. После открытия реликтового излучения проведенный анализ его флуктуаций показал хорошее соответствие с предсказаниями Сахарова из его работы 1965 года, а сами флуктуации получили название «сахаровских осцилляций» в знак признания заслуг их первооткрывателя «на кончике пера».

Однако большинству Сахаров известен именно как «отец советской Царь-бомбы». Действительно, Андрей Сахаров был в числе коллектива советских физиков, которые разрабатывали принципиальную схему «изделия 602», знаменитой «Кузькиной матери». Но, кроме Сахарова в создании «Царь-бомбы» непосредственно участвовали «три Юрия»: Юрий Бабаев, Юрий Смирнов и Юрий Трутнев, а официальным конструктором АН602 был еще один советский физик - Виктор Адамский.

«Царь-бомба» стала своеобразным «термоядерным Эверестом» для СССР: создать что-либо большее уже просто не представлялось возможным. Да и смысла в создании более мощного боеприпаса уже не было: для транспортировки АН602 к месту взрыва пришлось специальным образом переделывать бомбардировщик Ту-95, а масса огромной бомбы составляла 15 % взлётной массы носителя. Так что взрыв уникальной «Кузькиной матери» имел чисто психологическое и политическое значение: СССР показал США, что имеет разрушительную «бомбу Судного дня». В реальности же АН602 никогда не являлась настоящим оружием - это было единичное и уникальное изделие, чье боевое применение никогда всерьез не оценивалось и не рассматривалось.

Однако уникальность АН602 была и в другом: к ее конструкции пришли отнюдь не сразу, а в результате сложного пути «проб и ошибок», на котором идеи Сахарова были отнюдь не всегда самыми удачными.

От «коровы» к «пакету сухого молока»

Рассказ о термоядерном оружии и роли Сахарова в его создании в СССР стоит начать со взрыва первой американской термоядерной бомбы «Майк», который произошел 1 ноября 1952 года. Сразу скажем: американский «Майк» был скорее не бомбой, а «домом, наполненным жидким водородом». «Майк» представлял собой громоздкое устройство размером с двухэтажный дом, да ещё и с кучей дополнительного криогенного оборудования вокруг, которое должно было обеспечивать подачу водорода при температуре чуть выше абсолютного нуля. Очевидно, что доставить такого хрупкого гиганта на территорию противника было невозможно в принципе, так что ценность «Майка» как оружия была даже ниже, чем у советской АН602.

Тем не менее, взорвав «Майка», американцы считали, что вырвались вперед в ядерной гонке. В Вашингтоне полагали, что Москве понадобится минимум десять лет, чтобы создать собственное термоядерное оружие - и «ястребы» из Пентагона снова заговорили о «стратегическом преимуществе США» в оружии массового поражения.

Все дело в том, что РДС-6С представляла из себя совершенно новый тип термоядерного боеприпаса: так называемую «слойку». Автором «слойки» был Сахаров и именно он настоял на использовании совершенно новой термоядерной «взрывчатки», дейтерида лития. В то время, как первые американские термоядерные бомбы были основаны на жидком тяжелом водороде - дейтерии, который, как уже было сказано, надо было охлаждать до температур, близких к абсолютному нулю. Однако при нормальной температуре и давлении все изотопы водорода, включая и дейтерий - это газы, что для бомбы не особо удобно.

В отличии от бомбы на дейтерии, «слойка» с использованием дейтерида лития не нуждается в сложном криогенном оборудовании. Это химическое соединение лития с тяжелым водородом при комнатной температуре представляет собой белый кристаллический порошок. Причем литий в потоке нейтронов начального ядерного взрыва превращается в тяжелый изотоп водорода - тритий, который еще лучше подходит для термоядерного взрыва, чем дейтерий.

Когда американцы осознали, что они не смогли сделать свое термоядерное устройство компактным, а русским это удалось, причем с первого раза, это стало для них жестоким ударом. Действительно, в США изначально тоже рассматривали порошкообразный дейтерид лития для реакции, но в итоге для взрыва «Майка» победила схема физиков Эдварда Теллера и Станислава Улама, которые настояли на том, что просчитать и обеспечить взрыв «дома с жидким водородом» будет все-таки проще. Поэтому в американском Лос-Аламосе на советскую «слойку» Сахарова реагировали с долей зависти: «вместо нашей огромной коровы с ведром сырого молока русские используют пакет молока сухого, куда просто добавляют воды во время взрыва».

Почему «слойку» не запустили в серию

Однако у СССР были свои проблемы со «слойкой», о которых не знали в США.

Мощность взрыва «слойки» составила лишь чуть более 400 килотонн. До сих пор не прекратились споры, был ли это настоящий термоядерный взрыв - или лишь сверхмощный атомный. Все дело в том, что в схеме «слойка», на которой настоял Андрей Сахаров для РДС-6С, инициирующий ядерный заряд, так называемая «зажигалка», расположен в центре, и поэтому он не столько сжимает дейтерид лития, сколько разбрасывает его наружу. Поэтому увеличение количества термоядерной взрывчатки не приводит к увеличению мощности: дейтерид лития не успевает войти в термоядерные реакции, а просто разлетается в стороны.

Этим фактом ограничивалась предельная мощность данной схемы: согласно современным оценкам, на реакцию синтеза в бомбе РДС-6С пришлось не более 20% от суммарной мощности заряда. Основной же вклад в мощность взрыва внесла реакция распада облученной быстрыми нейтронами оболочки бомбы, состоящей из урана-238. Поэтому РДС-6С считается не только первой советской термоядерной бомбой, но и первым примером «грязного» ядерного оружия.

Дело в том, что основное радиоактивное загрязнение при взрыве термоядерной бомбы дают как раз продукты распада урана-238 из оболочки бомбы, в частности - стронций-90 и цезий-137. По существу, советская «слойка» была гигантской атомной бомбой, лишь незначительно усиленной термоядерной реакцией. Не случайно всего один взрыв «слойки» дал 82% всего стронция-90 и 75% всего цезия-137, которые попали в атмосферу за всю историю существования Семипалатинского полигона.

Поэтому, несмотря на несомненный успех в создании РДС-6С и совершенно прорывной момент в использовании дейтерида лития, СССР в развитии термоядерного оружия уперся в другие проблемы. Которые, в первую очередь, задавались как раз выбранной схемой «слойки» Андрея Сахарова. Оружие получилось не просто мощным, но и смертельно опасным для всего мира, включая и сам СССР.

Победили дейтерид лития и радиационная имплозия

Несмотря на режим повышенной секретности, который окружал создание термоядерного оружия как в СССР, так и США, утаить свои секреты обеим сторонам так и не удалось. Американцы первыми поняли неоспоримые преимущества дейтерида лития и вскорости взорвали бомбу похожей конструкции, но уже у себя. 1 марта 1954 года американцы впервые использовали дейтерид лития во взрыве «Кастл Браво» у атолла Бикини.

Сделал свой ответный ход и СССР: в рамках темы «труба» возникла концепция, повторяющая принцип радиоактивной имплозии, реализованный Теллером и Уламом. Этот поворотный момент Сахаров впоследствии, в своих «Воспоминаниях», окрестил «третьей идеей». Потом академик старался всячески обойти вопрос авторства советского варианта радиоактивной имплозии, дословно сказав: «По видимому, к "третьей идее" одновременно пришли несколько сотрудников наших теоретических отделов. Одним из них был я. Мне кажется, что я уже на ранней стадии понимал основные физические и математические аспекты "третьей идеи". Но также, несомненно, очень велика была роль Зельдовича, Трутнева и некоторых других, и, быть может, они предугадывали и понимали перспективы и трудности "третьей идеи" не меньше, чем я».

Мы не будем настаивать на чьем-либо научном приоритете: история уже поставила точки над «i», назвав советскую схему термоядерной бомбы именно «схемой Трутнева-Бабаева». Всё, что сейчас известно из открытой прессы о схемах Теллера-Улама и Трутнева-Бабаева - это то, что они отличаются на уровне физической и технической реализации, но обе основываются на радиационной имплозии, которая вместе с оболочкой обжимает термоядерный боеприпас, состоящий из дейтерида лития и ещё массы дополнительных примочек. В СССР воспроизвели американскую схему обжатия термоядерного заряда излучением первичного ядерного взрыва, испытав 22 ноября 1955 года на Семипалатинском полигоне первую советскую двухступенчатую термоядерную бомбу РДС-37, мощностью в 1,7 мегатонны, в основу которой легла именно схема Трутнева-Бабаева.

Ну а неоспоримым авторством Андрея Сахарова будет первый совесткий термоядерный боеприпас: грязная «слойка», которую СССР взорвал в 1953 году. И которая потом так и не стала серийным изделием, уступив место зарядам, сделанным по двухступенчатой схеме. Это фактически признал и сам Сахаров в своих мемуарах, отметив, что как раз «существенные усовершенствования», внесенные Трутневым и Бабаевым в конструкцию советских термоядерных бомб, «предопределили современный облик отечественных водородных зарядов». Как отметил Сахаров: «это явилось важнейшим изобретением, определившим весь дальнейший ход работы на объекте».

Впоследствии в книге The Nuclear Express бывший разработчик ядерного оружия Томас Рид и физик из Лос-Аламоса Дэнни Стилман подчеркнули, что для запуска «лавины идей» было достаточно всего лишь двух, но очень красивых слов - радиационная имплозия, которые рассказали о физическом принципе современной двухступенчатой термоядерной бомбы. Осознав смысл слов, просочившихся в открытую прессу и увидев результат испытания американского оружия, «талантливые советские физики и инженеры уже смогли сами проделать свой, оригинальный путь к Т-бомбе». Как и американцы, увидев еще очень несовершенную советскую «слойку» Андрея Сахарова, смогли понять, что СССР жидкий дейтерий не взрывал, а взорвал что-то совершенно иное - и вернулись к отставленной ими «неперспективной» идее о дейтериде лития, реализовав ее у себя.