Марк Перельман - Наблюдения и озарения или Как физики выявляют законы природы

И Сахаров предлагает принципиально новую конструкцию, которую назвали «слойкой»: в центре шара находится запал, атомная бомба, вокруг нее — дейтерий, а оболочка этого шара делается из тяжелого металла, например урана или свинца. Хитрость здесь вот в чем: для реакций синтеза нужны не только высокие температуры, но и высокие давления, а величина давления зависит от количества ударов частиц о стенки сосуда и друг о друга. Но при первоначальном взрыве вещество атомной бомбы и ее оболочек ионизуется, образуется множество разнообразных частиц, и у каждой из них, согласно закону равнораспределения энергии по степеням свободы, одинаковая (приблизительно, так как равновесие не достигнуто) кинетическая энергия, Таким образом, чем более разрушительным будет взрыв запала, тем выше будет давление в первые микросекунды после него.

Это была первая идея, ведущая к цели. Способ сдавливания физики называли (между собой, конечно) «сахаризацией».

Вторая идея, вскоре появившаяся, принадлежит Виталию Лазаревичу Гинзбургу. Уже должно быть ясно, что водородная бомба первого проекта скорее должна была бы называться дейтериевой (или тяжело-водородной), но во всех вариантах заполнять ее газообразным дейтерием или поддерживать сверхнизкие температуры для его сжижения слишком сложно. И вот Гинзбург сообразил, что можно сделать внутреннюю оболочку из такого твердого материала, который сразу же, в мгновение взрыва запала, выдавал бы горючее для термояда (обычное сокращение от «термоядерных реакций»). Для этого он рассмотрел реакцию воздействия нейтронов (их порождает атомная бомба) на изотоп литий-6: его распад на гелий-3 и тритий с выделением энергии. Тритий — это сверхтяжелый изотоп водорода, у него в ядре один протон и два нейтрона, поэтому вероятность его синтеза с дейтоном раз в сто больше, чем при столкновении двух дейтонов. А если в качестве оболочки использовать химическое соединение лития-6 и дейтерия (формула соединения 6LiD, поэтому его назвали «лидочка»), то получается колоссальный выигрыш: все компоненты, нужные для термоядерного взрыва, собраны вместе и притом в твердом виде.

На этом, однако, возможности дальнейшего усиления «слойки» были исчерпаны: для начального взрыва атомного запала вокруг него нужно расположить пороховые заряды, т. е. занять определенный объем, а это не позволяет использовать очень уж много «лидочки» для эффективного термояда — получалось, что энергия взрыва такой бомбы всего раз в десять выше взрыва обычной атомной.

Тут появляется третья идея: атомную «бомбу-зажигалку», надо помещать не внутри, а снаружи, но так, чтобы она приводила к нужному сжатию и нагреву. В отличие от первоначальной трубы, сжатие (точнее, обжатие) и нагрев должны быть всесторонними. Как этого добиться?

Повторим: для равномерного обжатия термоядерного объекта давление должно одновременно включаться со всех сторон, но при взрыве «зажигалки» разлетающиеся частицы, как бы ни ставить отражатели, скорее, достигнут ближней части объекта и вместо взрыва разнесут его в клочья. Значит, нужно предельно уменьшить разницу времен подхода, а этого можно добиться только и только, если сжимать будут не частицы, а… свет! Для этого нужно сделать оболочку в виде эллипсоида вращения (его сечения, эллипсы, научился рисовать юный Максвелл, по эллипсам, согласно законам Кеплера, вращаются планеты вокруг Солнца). Эллипсы обладают таким замечательным свойством, которое, несомненно, знали Сахаров и Зельдович: если в один из двух фокусов поместить светящийся объект, то все лучи, отраженные от стенок, соберутся во втором фокусе, причем все они дойдут до второго фокуса одновременно !

Заметим, что позже конструкции водородных бомб были усовершенствованы, габариты их уменьшены настолько, что они устанавливаются на ракетах. Разработаны также так называемые нейтронные бомбы, не содержащие урановой оболочки и поэтому не создающие долгоживущего радиационного фона, они, вместо соединений лития, содержат тритий и дейтерий, могут использоваться в артиллерии и решать тактические, а не стратегические задачи.

Итак, бомба должна быть эллипсоидом, в фокусах которого находятся запал и объект, нужно только поставить между ними перегородку, задерживающую более ранний подход прямых лучей. Идея завершена, нужно всего лишь ее как следует рассчитать и воплотить в металл, как говорят конструкторы.

В 1950 г. в Москву на имя Сталина поступило с Сахалина письмо от солдата Олега Александровича Лаврентьева, в котором были изложены основные идеи создания водородной бомбы. И хотя у автора было всего семиклассное образование, его идеи были оригинальны, а некоторые даже предвосхищали дальнейшие разработки. 0. Лаврентьев был вызван в Москву, его зачислили на физический факультет, предоставили кураторов по всем предметам, вход в лаборатории, специальную стипендию, но большим ученым он так и не стал, оставшись своеобразной психологической загадкой.

Трудности, которые при этом возникают, конечно, громадные, нужно еще много и много думать, делать и переделывать; над воплощением проекта работает множество людей, физиков — теоретиков и экспериментаторов, химиков, взрывотехников, инженеров, техников (их называют, на немецкий лад, файн-мастерами, т. е. тонкими, особо ловкими) и т. д. Но 22 ноября 1955 г. первая в мире водородная бомба сброшена с самолета — испытания прошли успешно!

Еще до того США испытали 1 ноября 1952 г. на атолле Эниветок неподъемное расположенное на земле термоядерное устройство, сконструированное Э. Теллером. Аналогичное устройство Сахарова было испытано в СССР 12 августа 1953 г. Самая мощная по сей день бомба в истории, разработанная под руководством Сахарова, эквивалентная 50 Мт ТНТ (миллионам тонн тринитротолуола), была взорвана в атмосфере 30 октября 1961 г. [36] Сахаров и Теллер пришли, несомненно, к одним и тем же решениям, но пришли независимо. Сравнивать их сложно или даже невозможно: они принадлежат к разным поколениям, к разным школам, и у них различен жизненный опыт. Оба они, помимо разработок бомбы, сделали многое в физике и оставили свой след в мировой истории: возможно, они предотвратили третью мировую войну между великими державами. .

Реакции ядерного синтеза обладают, по крайней мере, двумя преимуществами перед реакциями деления. Во-первых, исходными продуктами для них может служить если не водород, то дейтерий, а запасы его на Земле, в отличие от запасов урана, неограниченны. Во-вторых, продукты синтеза, в отличие от радиоактивных отходов деления, слабо или совсем не радиоактивны, т. е. исчезает не решенная до сих пор проблема их захоронения.