Игорь Андрюшин - Решающий шаг к миру. Водородная бомба с атомным обжатием РДС-37

Термоядерная часть устройства была разработана Э. Теллером, а устройство «Cylinder» разработано, вероятно, на основе предложений г. Гамова.

Термоядерное горение регистрировалось через измерения рентгеновского излучения, испускаемого термоядерной плазмой. Аппаратура регистрации была защищена от действия рентгеновского и гамма-излучения ядерного заряда и размещалась достаточно далеко от устройства, обеспечивая измерения и передачу данных в процессе горения термоядерного горючего. Эта часть эксперимента выполнялась под руководством X. Браднера и г. Йорка. Измерения рентгеновского излучения были основаны на процессе флюоресценции серии К-пороговых фильтров, размещенных на базе, определяемой испытательной башней. Рентгеновское излучение от термоядерного модуля достигало регистраторов по вакуумным каналам, находившимся внутри трубы, выполненной из свинца, диаметром 4 фута (~ 1,2 м), массой 235 т, которая обеспечивала защиту от внешнего рентгеновского и гамма-излучения.

Испытание «Mike» было проведено 1 ноября 1952 г. на атолле Эниветок. Устройство представляло собой первичный заряд ТХ-5, ранее неоднократно испытанный, и термоядерный цилиндрический модуль «Sausage» с жидким дейтерием, находящиеся в корпусе, внутри которого осуществлялся перенос рентгеновского излучения от первичного заряда к термоядерному модулю /4/.

Стальной корпус устройства был облицован слоем свинца, к которому прикреплялся слой полиэтилена толщиной несколько сантиметров. Этот слой пластика создавал давление плазмы в течение имплозии.

«Sausage» состоял из тройного стального сосуда. Внутренний сосуд содержал жидкий дейтерий. Между его стенками и средним сосудом находился вакуум, препятствующий теплопередаче. Между средним и внешним сосудами также находился вакуум и защитный экран из меди, охлаждаемый жидким азотом.

Вдоль оси дюара, заполненного жидким дейтерием, размещался плутониевый стержень, который действовал в качестве инициатора для зажигания термоядерного горючего. Инициатор был бустированным ядерным устройством, так как внутри него имелась полость, содержавшая небольшое количество смеси дейтерия и трития (также жидкой).

Внешний корпус устройства был выполнен из стали и имел очень большую толщину (около 1 фута) для того, чтобы обеспечить максимальное удержание давления, создаваемого рентгеновским излучением. Его внутренний диаметр составлял при этом около 60 дюймов (~ 1,5 м). Очень широкий канал для передачи излучения вдоль термоядерного модуля обеспечивал минимизацию температурного градиента и делал менее вероятными непредвиденные потери. Значительный объем устройства был связан также с низкой плотностью жидкого дейтерия и необходимостью системы термического охлаждения.

Первичный источник ТХ-5 был опытным вариантом имплозивной системы, которую приняли на вооружение как заряд Мк-5. Заряд ТХ-5 использовал различные виды центральных частей, что позволяло обеспечивать различные уровни энерговыделения. Максимальное известное энерговыделение этого заряда составляло 47 кг и было реализовано в испытании «Easy» 20 апреля 1951 г. Меньшая масса этого заряда, по сравнению с другими, позволяла увеличить температуру, улучшить выход рентгеновского излучения из первичного источника и тем самым повысить эффективность процесса радиационной имплозии. Если в опыте «Mike» использовалась та же конфигурация ТХ-5, что и в опыте «Easy», то отношение энерговыделения термоядерного модуля к энерговыделению первичного источника в опыте «Mike» составило 200:1.

Для устройства «Mike» рассматривались три вида термоядерного горючего: жидкий дейтерий, дейтерид аммония (ND 3) и дейтерид лития. Причины, по которым выбор был сделан в пользу жидкого дейтерия, определялись двумя факторами: большей простотой физики для анализа проблемы и интенсивным изучением в течение предыдущих десяти лет термоядерного топлива на основе чистого дейтерия. Желательность использования дейтерида Li-6 в качестве термоядерного горючего была известна, но к ноябрю 1952 г. отсутствовала возможность производства его достаточного количества.

Энерговыделение за счет реакций деления составило в испытании «Mike» ~ 77%. Общее энерговыделение за счет термоядерных реакций составило в эксперименте 2,4 Мт, что соответствует полному выгоранию 41,6 кг дейтерия в случае определяющего вклада DD- и DT-peакций. Общее энерговыделение за счет реакции деления соответствует полному выгоранию 465 кг урана.

Первые масштабные расчетные вычисления для устройства «Mike» были начаты в LANL в марте 1952 г. на компьютере MANIAC. Исследования работы испытательного термоядерного устройства разбивались на последовательные стадии:

• взрыв первичного ядерного заряда;

• перенос рентгеновского излучения в устройстве;

• радиационная имплозия модуля с дейтериевым топливом и инициатором;

• термоядерное горение дейтериевого топлива;

• процесс деления природного урана в оболочке, окружающей термоядерное горючее.

В течение 6 месяцев основные усилия разработчиков были направлены на определение степени сжатия термоядерного узла. Расчеты показывали, что для получения необходимого уровня термоядерного горения требуется высокая степень сжатия. Вместе с тем, независимо от результатов испытаний, ожидалось, что будет получена важная информация о переносе рентгеновского излучения от первичного заряда к обжимаемому термоядерному модулю. Также должны были быть получены данные о характеристиках деления больших количеств U-238.

В это время рассматривались два различных подхода к отработке термоядерных зарядов. Простейший подход предполагал испытание системы в целом и получение результатов этого испытания. Второй подход предусматривал испытания отдельных подсистем, входящих в состав устройства. Первый подход, будучи более сложным и рискованным, приводил к непосредственному достижению цели, но не показывал достаточно ясно, почему устройство работает или отказывает. Испытания подсистем аргументировались тем, что, хотя это был более длительный подход, он являлся более информативным и соответствующим научной методологии. В опыте «Mike» был реализован первый подход.