Термоядерная "слойка": как Академия наук помогла создать в СССР супербомбу

МОСКВА, 12 авг — РИА Новости. Шестьдесят пять лет назад прошло успешное испытание первого советского термоядерного заряда, ставшего основой для создания стратегического паритета с США. То испытание было и результатом огромного вклада ученых Академии наук СССР в обороноспособность страны.

Термоядерное оружие основано на использовании гигантского количества энергии, выделяющейся в процессе слияния ядер изотопов водорода — дейтерия и трития (отсюда — водородная бомба). Но это возможно лишь при температурах в десятки и сотни миллионов градусов (отсюда другое распространенное название этого вида оружия — термоядерное) и давлении в сотни миллионов атмосфер. Поэтому термоядерную реакцию в водородной бомбе "зажигает" атомный заряд, в котором используется энергия деления атомных ядер.

Начало термоядерного проекта

Советские ученые уже в 1945 году благодаря данным разведки и публикациям в американской печати знали, что США, создавшие собственную атомную бомбу, ведут работы по изучению возможности создания гораздо более мощной термоядерной "супербомбы".

Руководители советского атомного проекта решили поручить ряду ученых Института химической физики Академии наук под руководством выдающегося ученого Якова Зельдовича провести теоретические исследования в области термоядерного синтеза легких элементов. А летом 1948 года советское правительство, принимая во внимание новые разведывательные материалы, указывавшие на продвижение в США исследований по "супербомбе", приняло постановление об организации в первом советском ядерном центре КБ-11 в Сарове (ныне Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики "Росатома") работ по проверке возможности создания водородной бомбы. Этим работам был присвоен условный индекс РДС-6 (от "реактивный двигатель специальный" – таким, в целях соблюдения секретности, было тогда обозначение советских ядерных зарядов).

То постановление предписывало выполнить работы по водородной бомбе с привлечением группы сотрудников Физического института Академии наук СССР (ФИАН). Руководил этой группой выдающийся физик Игорь Тамм, а в число ее участников входили талантливые молодые ученые Андрей Сахаров и Виталий Гинзбург (все трое позже стали нобелевскими лауреатами).

"Слойка" и "Лидочка"

Приоритетом в тот момент было создание первого советского атомного заряда (его испытание успешно прошло 29 августа 1949 года на Семипалатинском полигоне). Тем не менее, в СССР начались работы по проверке возможности реализации схемы термоядерного заряда, которую предложили у себя американцы, и о которой стало известно благодаря разведке. В такой конструкции энергия от взрыва первичного атомного "запала" зажигала бы термоядерную реакцию в цилиндре с жидким дейтерием. В Советском союзе эта схема, получившая индекс РДС-6т (от слова "труба"), стала приоритетной.

Но советские ученые тогда еще не знали, что эта схема нереализуема в силу ряда принципиальных физических ограничений (к слову сказать, американцы бесплодно бились с этой идеей с 1947 по 1952 год, отечественные специалисты в итоге самостоятельно пришли к выводу о несостоятельности "трубы").

В январе 1949 года Сахаров предложил собственную оригинальную идею поместить термоядерную "взрывчатку" – дейтерий и уран-238 чередующимися концентрическими слоями поверх атомного заряда, который играл роль запала для всей конструкции. Предполагалось, что сверхбыстрые нейтроны, которые выделялись бы при слиянии ядер дейтерия, приводили бы к делению ядер урана-238, что повышало бы мощность взрыва всей конструкции. Эта схема получила название "слойка", что нашло отражение в обозначении будущего заряда (или, как говорят атомщики, "изделия") — РДС-6с.

Но в каком виде помещать в "слойку" дейтерий? В жидком состоянии, в составе тяжелой воды D2O, это было бы очень неудобно. Выход был найден почти сразу, и ключевой стала идея Гинзбурга об использовании дейтерия в составе твердого вещества дейтерида лития-6. Но крайне важная ценность этой идеи была в том, что такой подход позволял "наработать" из лития-6 путем облучения нейтронами после взрыва атомного "запала" другое термоядерное "горючее" – тритий, который вступал тут же в реакцию синтеза с дейтерием, что еще больше увеличило мощность взрыва. Сами ученые неофициально окрестили предложенную Гинзбургом "начинку" "Лидочкой" – по химическому обозначению дейтерида лития LiD.

Примечательно, что в США тоже рассматривалась возможность создания термоядерного устройства под условным названием Alarm Clock ("Будильник"), действующего по схеме "слойка" и "начиненного" дейтеридом лития. Но американцы изначально хотевшие создать на основе "слойки" заряд мощностью мегатонного уровня, поняли, что это невозможно, и отказались от такой идеи. Зато заряд в несколько сотен килотонн был реализуем — и это стало предметом работ в СССР.

От исследований к испытанию

Для создания заряда РДС-6с пришлось выполнить большой объем теоретических и экспериментальных исследований, для которых руководство страны создавало все необходимые условия.

Так, наиболее обширные работы по изучению параметров реакции слияния ядер дейтерия и трития проходили в ФИАН в лаборатории будущего нобелевского лауреата Ильи Франка. Особенности реакций деления урана-238 под воздействием термоядерных нейтронов исследовались в ФИАН, Институте химической физики, а также в Лаборатории измерительных приборов (ныне национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"), в Гидротехнической лаборатории Академии наук (один из предшественников нынешнего Объединенного института ядерных исследований в Дубне) и в КБ-11. Огромную роль сыграли и расчеты, выполненные и в Институте физических проблем АН СССР под руководством также будущего нобелиата Льва Ландау, и в Теплотехнической лаборатории Академии наук (ныне Институт теоретической и экспериментальной физики, входящий в состав Курчатовского института).

Отчет по РДС-6с был сдан в июне 1953 года. Примечательно, что заряд был разработан сразу в транспортабельном варианте, пригодном к использованию в авиационной бомбе. И это был первый в мире образец реального боевого термоядерного устройства.

На Семипалатинском полигоне 12 августа прошло успешное испытание РДС-6с. Чтобы провести исследования процессов, возникающих при взрыве, было решено разместить заряд на вышке, а не сбрасывать с самолета. Мощность взрыва составила 400 килотонн в тротиловом эквиваленте, что примерно в 20 раз превысило мощность первого советского атомного заряда.

Выдающийся вклад математиков

В различных, широко публикуемых материалах о работах тех лет незаслуженно мало пишется о вкладе математиков Академии наук СССР в создание РДС-6с. А ведь те работы, по мнению специалистов, были исключительно важными, они дали огромный импульс развитию в Советском союзе вычислительной техники и математических методов вычислений.

Работавшие по термоядерной программе ученые отмечали, что задачи, которые им приходилось решать, по своей сложности превосходили все задачи, с которыми когда-либо сталкивалось человечество.

Поэтому исключительно важным было сначала точно понять физические процессы, протекающие при взрыве водородной бомбы, потом создать математические модели (то есть облечь картину взрыва в форму огромного количества уравнений), а затем решить их с помощью расчетных методов (и это при практическом отсутствии тогда в стране в достаточном количестве необходимой мощной электронно-вычислительной техники).

Вычислительным "ядром" советской термоядерной программы стал отдел по атомной проблеме, созданный в Математическом институте имени Стеклова Академии наук (МИАН). Возглавил отдел легендарный математик, будущий трижды Герой социалистического труда и впоследствии президент АН СССР Мстислав Келдыш. Считалось, что он способен лучше всех разбираться в любом приложении математики.

Отдел с самого начала стал очень тесно сотрудничать с учеными из КБ-11, а также специалистами Геофизического института Академии наук. А в 1953 году по решению совета министров СССР на правах самостоятельного института было создано Отделение прикладной математики МИАН, которое было занято математическим обеспечением работ по созданию ядерных и термоядерных зарядов. В составе ОПМ работали многие выдающиеся математики, в частности Андрей Тихонов, Александр Самарский, Константин Семендяев, Израиль Гельфанд и Николай Яненко.

Хотя задачи исключительной сложности решались поначалу вручную, на настольных электромеханических машинах Mercedes и Rheinmetall, результаты были замечательными. Достаточно сказать, что, по расчетным оценкам, мощность взрыва РДС-6с должна была лежать в пределах от 100 до 300 килотонн. Получилось 400 килотонн, и эту погрешность примерно в 30% с учетом новизны и колоссальной сложности тех задач можно считать приличной точностью. Для сравнения, расчетные и экспериментальные значения мощности термоядерных зарядов, испытанных в США в 1954 году, отличались в два и более раза.

Историческая роль РДС-6С

Специалисты подчеркивают, что испытание изделия РДС-6с стало неоценимым по своему значению событием в истории России.

Во-первых, создание в сжатые сроки боевого транспортабельного термоядерного устройства с лихвой компенсировало имевшее место в начале 1950-х годов отставание Советского союза от США в создании сверхмощных водородных бомб. СССР в двух испытаниях 1955 года первым в мире произвел сброс термоядерных бомб с самолета, США сделали это в 1956 году.

Во–вторых, работы по РДС-6с создали научно-технический задел, который обеспечил дальнейший прогресс в развитии советской ядерной оружейной программы и достижение паритета с США. Идеи, использованные в проекте РДС-6с, затем были применены при создании водородной бомбы нового типа РДС-37, основанной на принципе, который лег в основу создания последующих советских термоядерных зарядов.

Работы по термоядерной программе стали яркой иллюстрацией вклада академической науки в обороноспособность страны, которую академия помогала надежно обеспечивать и в дальнейшем.

В 2018 году стало известно, что специалисты Российской академии наук участвовали в создании новых уникальных образцов оружия, на годы опередивших аналогичные зарубежные разработки и обеспечивающих России стратегический паритет с ведущими военными державами. Наверное, когда-нибудь и о том, что сейчас сделала академическая наука, в рамках допустимого можно будет рассказать.