Уильям Лоуренс - Люди и атомы

Дело осложнялось еще и тем, что тритий — это радиоактивный элемент с периодом полураспада 12 лет. Другими словами, один килограмм трития в 1958 г. превратится в полкилограмма в 1970 г. Другое серьезное препятствие заключалось в том, что как дейтерий, так и тритий не может быть синтезирован в обычном для него газообразном состоянии, а должен быть сначала превращен в жидкое вещество. Жидкий же водород кипит (т. е. превращается в газообразное состояние) при температуре минус 253° С и давлении одна атмосфера. Для превращения в жидкость его следует охладить в жидком воздухе при температуре минус 192° С и давлении 180 атмосфер.

Транспортировать газообразный водород можно только в герметическом баллоне, находящемся внутри сосуда с жидким воздухом. Эти требования создавали большие трудности при его производстве, транспортировке и хранении.

Создавалось парадоксальное положение. Перед синтезом двух разновидностей водорода, который происходит при температуре выше 50 млн.°С, эти вещества следует охладить до температуры, близкой к абсолютному нулю! Естественно, возникал вопрос: удастся ли сохранить вещество в жидком состоянии даже в течение одной миллионной доли секунды при температуре 50 млн.°С, необходимой для синтеза?

К июню 1951 г. наша программа создания водородной бомбы переживала тяжелый кризис. Именно тогда покойный Гордон Дин, бывший в то время председателем Комиссии по атомной энергии, решил провести совещание руководителей работ. На это совещание, состоявшееся в Институте прогрессивных исследований в Принстоне (штат Нью-Джерси), «прибыли доктора фон Нейманн, Ферми, Бете, Теллер, Уиллер, Норрис Брэдбери, Лотар Норхайм, и каждый из них мог внести большой вклад в это дело». За столом сидели руководители всех лабораторий во главе с доктором Оппенгеймером.

В гнетущей обстановке поднялся доктор Теллер и спокойно подошел к доске. «Он принес на совещание свой собственный оригинальный подход к термоядерному оружию,— вспоминал потом Дин.— Тогда это были лишь теоретические предпосылки. На доске чертились схемы. Делались расчеты». У участников совещания появилась надежда. К концу второго дня у «всех присутствующих появилось ощущение, что впервые мы что-то имеем хотя бы в области идей». Уныние сменилось энтузиазмом, и у всех создалось впечатление, что, наконец, «мы можем на что-то надеяться в будущем».

С этого дня работы по созданию водородной бомбы пошли полным ходом. «Работа закрутилась и закрутилась очень быстро». Через четыре дня Комиссия по атомной энергии приняла обязательство построить новый завод, хотя в то время у нее, как заявил Дин, не было на это средств.

Через год, в июне, мы были в состоянии, говоря словами Дина, «завершить работу над этим устройством». Устройство перевели на атолл Эниветок и взорвали 1 ноября 1952 г. Мощность взрыва составляла пять мегатонн (пять миллионов тонн) тротила. Затем в марте и в апреле 1954 г. были произведены еще три взрыва большей мощности. С тех пор было испытано много других конструкций бомб.

Хотя открытие, которое совершило переворот в науке и сделало возможным создание водородной бомбы, все еще является секретом, легко отгадать основные принципы ее устройства. Казалось совершенно нелепым, что до осуществления реакции между веществами при температуре 50 млн.°С их следует хранить при температуре, близкой к абсолютному нулю. Единственным путем устранить такое невозможное требование был отказ от превращения водорода в жидкое состояние.

Надо было соединить газообразный водород с каким- то веществом так, чтобы водород стал частью твердого соединения, способного сохраняться при обычной комнатной температуре.

Существуют различные твердые соединения, содержащие водород. Одно из них кажется наиболее подходящим и фактически единственным соединением, которое может служить основной составной частью водородной бомбы.

Это специально созданное новое вещество, известное под названием дейтерид лития-6, представляет собой соединение редкого легкого изотопа металлического лития, состоящего из трех протонов и трех нейтронов, с дейтерием, или тяжелым водородом, ядро которого состоит из одного протона и одного нейтрона.

Соединение лития и дейтерия при комнатной температуре является твердым веществом. Один атом лития-6 в этом соединении связан с одним атомом дейтерия (водород-2), поэтому общий молекулярный вес соединения равен 8. Другими словами, в восьми килограммах соединения содержится шесть килограммов легкого лития-6 . и два килограмма тяжелого водорода-2.

Литий-6 не встречается в природе в чистом виде. Как и расщепляющийся элемент уран-235, литий существует в смеси двух своих разновидностей: одного — с атомным весом 6 и другого — с атомным весом 7. Тяжелый литий-7 составляет 92,5% природного лития, и лишь 7,5%—это его легкий изотоп.

Так как различные виды одного и того же элемента невозможно разделить химическим путем, необходимо было построить специальный завод по разделению изотопов для получения чистого лития-6. Этот завод и являлся тем «новым заводом», контракт на строительство которого, как сообщил Дин, был подписан через четыре дня после заседания Комиссии в июне 1951 г. в Принстоне, хотя в ее бюджете не было для этого средств.

Дейтерид лития-6 очень важен по двум причинам. Он не только обеспечивает возможность хранения дейтерия при комнатной температуре и, таким образом, исключает необходимость превращения его в жидкое состояние при температуре, близкой к абсолютному нулю. Он также делает возможным получение трития — второго элемента, необходимого для создания водородной бомбы в конечной стадии — в самый момент ее взрыва. Дело в том, что в дейтериде лития содержится в виде твердого вещества не только водород-2, но потенциально имеется и водород-3.

Это чудо совершают нейтроны, выделяемые детонатором — атомным «снарядом». Нейтрон, попадающий в ядро атома лития-6, образует составной элемент из трех протонов и четырех нейтронов. При попадании нейтрона большой энергии составное ядро становится крайне неустойчивым и немедленно распадается на две части: водород-3 (тритий) с ядром из одного протона и двух нейтронов и гелий с ядром из двух протонов и двух нейтронов.

Меньше чем за миллионную долю секунды взрыв атомной бомбы освобождает дейтерий и тритий и в тоже время создает температуру более чем в 50 млн.°С, при которой дейтерий и тритий синтезируются за миллиардные доли секунды.

Возможна и другая, хотя и менее вероятная, реакция синтеза. Две ядерные частицы дейтерия (один протон и один нейтрон) могут при высокой температуре ядер- ного деления соединиться с ядром лития (три протона и три нейтрона), образовав ядро из четырех протонов и четырех нейтронов. Это ядро очень неустойчивой разновидности бериллия, которое немедленно распадется на два ядра гелия, содержащих по два протона и два нейтрона. При синтезе одного килограмма исходных продуктов освободится огромная энергия, эквивалентная 60 000 тонн тротила, что в три раза больше взрывной силы атомной бомбы.