Нужны ли России сверхмощные термоядерные заряды и средства их доставки?

[Король Альтов]

Краткая история создания ядерного оружия в СССР - 21.

СОЗДАНИЕ ПЕРВЫХ ОБРАЗЦОВ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ - 1
1. Атомные бомбы РДС-2, РДС-3   ..1

    10 июля 1948 года Постановлением Совета Министров СССР план работ КБ-11 был дополнен рядом перспективных разработок. Он, в частности, предписывал провести до 1 января 1949 года теоретическую и экспериментальную проверку данных о возможности осуществления следующих конструкций РДС:


РДС-3 - атомная бомба имплозивного типа "сплошной" конструкции с использованием Pu-239 и U-235;

РДС-4 - атомная бомба имплозивного типа оболочечно-ядерной конструкции (с полостью, внутри которой подвешено ядро) с Pu-239;

РДС-5 - то же, что РДС-4 с использованием Pu-239 и U-235.

Уже в период работы над первой советской атомной бомбой РДС-1, в основу которой была положена схема американской атомной бомбы, ученым-специалистам стали видны недостатки принципиальной схемы ее конструкции.

Сферический заряд ВВ бомбы РДС-1 окружала фокусирующая система, состоящая из элементов, инициируемых одновременно детонаторами и преобразующих расходящиеся детонационные волны от детонаторов в одну сферически сходящуюся.

Работа фокусирующего элемента основана на разнице скоростей детонации его составных частей. Устройство элемента обеспечивает одинаковое время прохождения детонации от точки инициирования до любой точки его внутренней сферической поверхности, несмотря на разные пути. В качестве составных частей элемента использовались два типа ВВ с разными скоростями детонации.

Существенным недостатком фокусирующей системы РДС-1 была большая толщина и, соответственно, масса фокусирующего слоя, составлявшая около 67% от общей массы ВВ. Это было связано с малой разницей в скоростях детонации ВВ, применяемых в фокусирующих элементах.

После испытания первой атомной бомбы РДС-1 усилия разработчиков были сосредоточены на совершенствовании конструкции заряда и его технических характеристик. Принцип имплозии усовершенствовался в направлении уменьшения массы заряда и повышения его мощности. Основной вклад в развитие идеи по повышению эффективности имплозии и ее претворению в жизнь внесли Л.В. Альтшулер, Е.И. Забабахин, Я.Б. Зельдович, К.К. Крупников.

Следующие после РДС-1 испытания атомных зарядов были проведены лишь во второй половине 1951 года. Разработанным конструкциям атомного заряда были даны обозначения РДС-2, РДС-3 (различались они только составом ядерной начинки). Как отмечалось выше, решение о создании усовершенствованных вариантов атомных бомб было принято постановлением СМ СССР еще в июне 1948 года и было подтверждено после испытания РДС-1. На это решение и на облик первых модификаций РДС определенное влияние оказала, по-видимому, информация, переданная Клаусом Фуксом в 1948 году в Лондоне.

Эта информация была связана с идеями по усилению имплозии и совместному использованию различных делящихся материалов.

Одной из них была идея оболочечно-ядерной конфигурации центральной части, в которой активное ядро размещается в полости основной оболочки, ускоряемой процессом имплозии. В США эта идея называется принципом левитации.

Левитирующие ядра начали рассматриваться в конструкциях США с июля 1945 года, а первое испытание заряда с использованием левитации было намечено на лето 1946 года. Делящийся материал обычно подвешивался внутри темпера при помощи проволоки (спицы или растяжки) так, чтобы не вносить существенных возмущений в процесс имплозии.

Техника левитации позволяла передать как можно больше энергии для сжатия делящихся материалов и тем самым увеличить энерговыделение. Сам способ взрывного ускорения массы материала после удара по нему другой массы был хорошо известен еще во время Второй мировой войны. Он позволял в несколько раз увеличить интенсивность ударной волны. Этот высокоскоростной удар приводил в результате к лучшему сжатию делящегося ядра. Тот факт, что эта схема не использовалась в первых ядерных зарядах 1945 года, определялся стремлением уменьшить риск при проведении первых испытаний (одним из факторов риска считалось возможное возмущение симметрии имплозии).

Только в 1948 году США провели три испытания новых ядерных зарядов, вошедших в операцию Sandstone. Основными задачами этих испытаний были:


испытание принципа левитации с целью повышения сжатия делящихся материалов;

испытание принципа композиции делящихся материалов (одновременное использование плутония и урана-235 в ядерном заряде);

исследование имплозивной системы на основе U-235;

исследование поведения моделей с темперами различной толщины;

испытание имплозивного оружия для создания приемлемого минимального боезапаса.

[Король Альтов]

Краткая история создания ядерного оружия в СССР - 22.

СОЗДАНИЕ ПЕРВЫХ ОБРАЗЦОВ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ - 2
1. Атомные бомбы РДС-2, РДС-3   ..2

В СССР аналогичная программа (кроме испытания имплозивного заряда на основе U-235) была реализована в 1951 году. Эти испытания показали, что применение принципа левитации позволяет приблизительно в два раза повысить эффективность использования делящихся материалов, а применение композитной схемы позволяет при равном энерговыделении существенно экономить плутоний. Эти выводы были аналогичны тем, которые были сделаны в США за три года до этого по результатам испытаний операции Sandstone.

Отметим, что принцип левитации, как отмечалось выше, предоставляет весьма разнообразные возможности по выбору конфигураций размещения делящихся материалов в ядерных зарядах, и многие из них были со временем востребованы и практически реализованы. В этом плане он оказал глубокое и эффективное влияние на развитие ядерной программы СССР.

В конструкциях РДС-2, РДС-3 был сохранен один из основных геометрических параметров заряда РДС-1 - наружный радиус основного сферического заряда ВВ и взрывчатый состав - смесь тротила с гексогеном в соотношении 1:1 - ТГ 50/50.

Исследования газодинамических процессов и отработка взрывных элементов заряда проводились группами ученых и экспериментаторов под руководством В.К. Боболева, А.Д. Захаренкова, Г.А. Цыркова. Одной из основных задач этих исследований было определение оптимальных параметров (радиуса, массы, толщины) слоев заряда. Численное решение этой задачи велось в математическом институте им. Стеклова Академии Наук СССР под руководством К.А. Семендяева.

Фокусирующая система РДС-2, РДС-3 принципиально отличалась от фокусирующей системы, применяемой в РДС-1. В ней удалось устранить недостаток, обусловленный принципом работы фокусирующего элемента на разнице в скоростях используемых ВВ, что дало возможность существенно уменьшить высоту и массу фокусирующего слоя.

Конструкция атомных зарядов РДС-2 и РДС-3 также как РДС-1, в целях безопасности предусматривала окончательную сборку, связанную с установкой узлов с делящимися материалами через канал в заряде с помощью монтажной оснастки и соответствующего контрольного инструмента. Эта операция проводилась на полигоне непосредственно перед взрывом зарядов.

Конструктивно канал был выполнен следующим образом. В сферическом заряде ВВ имелось сквозное коническое отверстие, которое в рабочем состоянии заряда закрывалось соответствующей конической пробкой из ВВ. Наружный корпус заряда, окружающий заряд ВВ и фокусирующую систему и каскад внутренних оболочек центральной части, имел соответствующих размеров люки, расположенные по оси пробки ВВ и закрываемые с помощью разъемных соединений крышками или заглушками той же толщины и того же материала, что и сами оболочки. Технология окончательной сборки заряда предусматривала последовательную установку и соответствующий контроль ядерной начинки и составных деталей и узлов сборочного канала.

[Король Альтов]

Краткая история создания ядерного оружия в СССР - 23.

СОЗДАНИЕ ПЕРВЫХ ОБРАЗЦОВ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ - 3
1. Атомные бомбы РДС-2, РДС-3   ..3

Заряды РДС-2, РДС-3 были успешно испытаны 24 сентября и 18 октября 1951 года соответственно. Их диаметр и масса, по сравнению с РДС-1, уменьшились, а мощность увеличилась приблизительно в два раза. Для инициирования цепной реакции в них применялся нейтронный запал, аналогичный запалу РДС-1, расположенный в центре заряда, испускавший нейтроны при воздействии на него ударной волны.

Одним из принципиальных вопросов, возникших перед полигонными испытаниями, стал вопрос, как испытывать: на башне, как РДС-1, или путем сбрасывания бомбы с самолета?

На заседании научно-технического совета, где обсуждался вопрос проведения испытаний на Семипалатинском полигоне, мнения разделились. Разработчики зарядов во главе с Ю.Б. Харитоном считали, что испытания надо проводить на башне (по аналогии с РДС-1), с целью более точного определения мощности и получения более достоверной информации по развитию цепной реакции.

Руководители атомного проекта во главе с И.В. Курчатовым высказались за проведение летных испытаний атомной бомбы с бомбометанием ее с самолета по цели. В этом случае кроме определения эффективности взрыва впервые в СССР было бы проведено испытание боевой атомной бомбы.

Окончательное решение вопроса было перенесено в Первое главное управление. На этом уровне постановили провести боевое испытание с бомбометанием с самолета ТУ-4. Однако в результате дальнейших обсуждений было принято "соломоново решение": РДС-2 с начинкой из плутония испытать на башне, а РДС-3 с комбинированной ядерной начинкой - бомбометанием с самолета. Так и поступили: РДС-2 была взорвана на башне высотой 30 м (E = 38 кт), РДС-3 - сброшена на цель с высоты 10 км и взорвана на высоте 400 м над уровнем земли (E = 42 кт). Таким образом, 18 октября 1951 года в СССР впервые была испытана атомная бомба путем бомбометания по цели.

Принципиальные отличия РДС-2, РДС-3 от РДС-1, заложенные в схему и конструкцию зарядов, легли в основу развития отечественного ядерного оружия. Ядерные боеприпасы РДС-2 и РДС-3 были переданы в серийное производство.

[Король Альтов]

Краткая история создания ядерного оружия в СССР - 24.

СОЗДАНИЕ ПЕРВЫХ ОБРАЗЦОВ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ - 4
2. Атомные заряды для первых тактических ядерных боеприпасов - 1

   Заряды РДС-2, РДС-3 создавались как боеприпас (авиабомба) для тяжелых бомбардировщиков. Планы дальнейшего совершенствования авиабомб были связаны с созданием атомной бомбы меньшего калибра и массы с целью возможности использования для бомбометания со средних реактивных бомбардировщиков ИЛ-28, базирующихся на аэродромах европейского театра военных действий.

В ходе испытаний 1953 года решался ряд важных научно-технических задач по совершенствованию ядерных зарядов. Прежде всего это были работы по существенному (в 1,5 раза) уменьшению диаметра ядерного заряда и соответствующему (в 3 раза) уменьшению его массы.

По своим габаритам, массе и элементам подвески такая атомная бомба должна была соответствовать фугасной авиабомбе. В основу принципиальной схемы и конструкции этой разработки, получившей название РДС-4, был положен опыт разработки РДС-2 и РДС-3.

В РДС-4 была использована ядерная начинка и нейтронный запал заряда РДС-2. В качестве ВВ использовался также состав ТГ 50/50, но объем ВВ был существенно уменьшен.

Бомба РДС-4 была успешно испытана 23 августа 1953 года на Семипалатинском полигоне сбрасыванием с самолета. Бомба подвешивалась к самолету ИЛ-28, который в сопровождении самолета-дублера и двух истребителей МИГ-17 набрал высоту 11 000 м и, выйдя на боевой курс, сбросил бомбу над целью. Бомба взорвалась на высоте 600 м. Энерговыделение взрыва составило 28 кт.

В дальнейшем заряд бомбы РДС-4 был также использован в качестве боевого оснащения баллистических ракет средней дальности Р-5М.

В соответствии с постановлением Правительства от 10 апреля 1954 года, разработка ракеты Р-5М была начата в ОКБ-1, которое возглавлял главный конструктор С.П. Королев. Максимальная дальность ракеты составляла 1200 км, что позволяло ей достигать различных целей на территории Европы. Эта система была первой БР с ядерным боевым оснащением. Она представляла собой одноступенчатую ракету на жидком топливе с моноблочной ГЧ и забрасываемым весом 1,35 тонны.

В 1953 и 1954 годах проводились расчетно-теоретические исследования и конструкторские разработки, связанные с уменьшением массы дефицитного плутония в зарядах. В этот период времени еще не было произведено необходимого количества делящихся материалов.

Еще в 1949 году в процессе отработки первой атомной бомбы И.В. Сталин, заслушивая доклады руководителей основных работ о подготовке РДС-1 к испытаниям, задал вопрос Ю.Б. Харитону: "Нельзя ли вместо одной бомбы из имеющегося для заряда количества плутония сделать две, хотя и более слабые? Чтобы одна оставалась в запасе". Ю.Б. Харитон, имея в виду, что наработанное к тому времени количество плутония как раз соответствует заряду, изготавливаемому по американской схеме, и излишний риск недопустим, ответил отрицательно. Не исключено, что этот эпизод в значительной мере повлиял на развертывание исследований по минимизации в зарядах количества плутония, экспериментальному определению зависимости от него мощности, исследований других физических эффектов, возникающих при этом.

В ходе полигонных испытаний 1953 и 1954 годов были получены важные результаты для дальнейших проработок и оптимизации массы плутония и энерговыделения заряда на принципе имплозии. Результаты этих полигонных испытаний были положены в основу разработки модификации атомной бомбы РДС-4 с меньшей по массе ядерной начинкой и, соответственно, меньшей мощности - варианта РДС-4М.

 В 1953 и 1954 годах началась разработка атомного заряда для торпеды Т-5. Торпеда имела стандартный калибр 533 мм. По сравнению с предыдущими разработками заряда серии РДС-4, необходимо было существенно сократить диаметр заряда.

Конструктивное решение проблемы заключалось в уменьшении радиуса, а, следовательно, и массы ВВ, что приводило к снижению мощности заряда. Это потребовало кардинально изменить конструкцию и приблизить корпус заряда к внутренней поверхности корпуса боевого отсека торпеды. Подход к конструкции заряда остался таким же, как и у ранее разработанных зарядов серии РДС, однако, в качестве ВВ был применен более мощный по сравнению с ТГ 50/50 состав с другим соотношением составляющих компонентов.

[Король Альтов]

Краткая история создания ядерного оружия в СССР - 25.

СОЗДАНИЕ ПЕРВЫХ ОБРАЗЦОВ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ - 5
2. Атомные заряды для первых тактических ядерных боеприпасов - 2

Теоретическая разработка заряда велась Е.И. Забабахиным, М.Н. Нечаевым, конструкторская - в отделе В.Ф. Гречишникова, газодинамическая под общим руководством В.К. Боболева.

Испытание заряда состоялось 19 октября 1954 года на Семипалатинском полигоне и оказалось неудачным: атомного взрыва не произошло. Это был первый отказ в истории разработок ядерных зарядов в СССР. Для проведения этого первого испытания атомного заряда для торпеды была воздвигнута башня высотой 15 м.

При взрыве в месте установки испытуемого заряда было отмечено появление небольшого облака, которое быстро рассеялось ветром. Признаков, характерных для взрывов атомных бомб, при подрыве не наблюдалось. Последующие измерения -активности на почве показали, что произошло диспергирование ядерной начинки и радиоактивное загрязнение местности.

По распоряжению Министра МСМ В.А. Малышева для расследования причин отказа заряда была создана специальная комиссия под председательством И.В. Курчатова В результате работы комиссии был сделан вывод о том, что в "настоящее время причину отказа атомного взрыва с достаточной степенью достоверности установить не представляется возможным".

Был выдвинут ряд версий причин отказа. Эти версии легли в основу проведения соответствующих экспериментов в лабораторных условиях. Исследования были проведены, но не дали однозначного ответа о причине отказа. Результаты этих исследований, которые могли способствовать повышению общей надежности, были использованы при разработке последующих вариантов зарядов.

К полигонным испытаниям 1955 года были подготовлены несколько вариантов заряда для торпеды, отличающиеся конструкцией, количеством делящихся материалов, способами нейтронного инициирования. В новых вариантах была также реализована возможность раздельного хранения центральной части и обжимающего заряда нового ВВ.

В течение июля-августа 1955 года на Семипалатинском полигоне были успешно осуществлены три атомных взрыва, позволившие выбрать наиболее эффективную конструкцию заряда для торпеды Т-5. В двух из них было осуществлено сравнение эффективности систем внутреннего и внешнего нейтронного инициирования.

Экспериментально было подтверждено преимущество внешнего импульсного нейтронного источника, выдающего нейтронный импульс в оптимальный момент. С этого времени существенно активизируется развитие, совершенствование и использование внешнего импульсного нейтронного источника, как эффективного средства инициирования цепной реакции атомных зарядов.

Этот заряд был также испытан в составе торпеды Т-5 в подводном (на глубине 12 м) атомном взрыве на Северном полигоне 21 сентября 1955 года. Энерговыделение взрыва составило 3,5 кт.

Испытание торпеды Т-5 явилось первым атомным взрывом на Северном полигоне. Испытание было обусловлено необходимостью исследований воздействия атомного подводного взрыва на объекты Военно-морского флота и создания теории подводного применения атомного оружия. США к тому времени уже провели подводный ядерный взрыв в районе атолла Бикини и еще одно подводное испытание в акватории Тихого океана.

В ходе испытаний 1955 года продолжалась проверка работы зарядов с новыми системами нейтронного инициирования и различными типами левитирующей системы размещения делящихся материалов. По сравнению с исходными зарядами РДС 1951 года к 1955 году удалось добиться уменьшения диаметра ядерных зарядов в три раза, а их массы - более чем в семь раз. В целом это были выдающиеся научно-технические результаты, которые позволили существенно расширить возможности использования ядерных боеприпасов в различных средствах доставки.

[Король Альтов]

Краткая история создания ядерного оружия в СССР - 26.

СОЗДАНИЕ ПЕРВЫХ ОБРАЗЦОВ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ - 6
3. Развитие систем нейтронного инициирования - 1

   Развитие систем нейтронного инициирования в СССР и США имело много общего. Исторически первые шаги в этом плане были сделаны в США.

3.1. Системы нейтронного инициирования в США

Первым типом системы нейтронного инициирования в ядерных зарядах США был нейтронный источник Urchin (по используемой в СССР терминологии - нейтронный запал (НЗ)). Этот источник представлял собой гетерогенную систему сложной структуры, содержащую изотоп полония Ро-210 и бериллий. При прохождении по этой структуре ударной волны происходило перемешивание полония и бериллия, и в процессе (a,n) реакции нарабатывались нейтроны, необходимые для инициирования цепной реакции. Важным моментом было обеспечение близости синхронизации момента работы нейтронного источника и момента оптимальных условий для развития цепной реакции и взрыва. Такая синхронизация достигалась за счет специального выбора конфигурации ядерного заряда. Нейтронные источники типа Urchin использовались в первых ядерных испытаниях США в период с 1945 по 1951 год и в серийных авиабомбах Мk-3 и Мk-4. Каждый нейтронный инициатор содержал около 50 Ки Ро-210.

К недостаткам этого типа нейтронных источников относились необходимость их достаточно частой замены вследствие распада Ро-210 (период полураспада - 138,5 суток) и наличие риска возникновения нейтронных импульсов в аварийных взрывах ядерных зарядов. Определенные трудности вызывало и наличие тепловыделения в нейтронном источнике.

Поэтому уже в начале 1945 года в Лос-Аламосской лаборатории была поставлена задача совершенствования нейтронных источников. Первые предложения были связаны с тем, чтобы конструкция системы источника обеспечивала нейтронный импульс не на входящей, а на выходящей из источника ударной волне, определяемой имплозией. Эти предложения были направлены на повышение эффективности системы. Их авторами в 1946 году были Клаус Фукс и Рубби Шерр.

Необходимость создания большого ядерного арсенала и требования достаточно частой замены нейтронных источников обуславливали создание масштабного производства Ро-210 и нейтронных источников на его основе. Такое создание представлялось достаточно проблематичным, и в конце 1946 года Эдвард Теллер выступил с предложением рассмотреть возможность отказа от использования специальных нейтронных источников в ядерных зарядах. Рассмотрение этого предложения привело к заключению, что в этом случае оружие будет иметь непредсказуемые вариации в уровне энерговыделения и сомнительную эффективность.

В конце 40-х годов в США рассматривалась возможность создания нейтронного источника с заменой Ро-210 на более долгоживущий -активной радионуклид. Основным "кандидатом" на эту роль считался изотоп актиния Ас-227 с периодом полураспада 21,8 лет. Хотя сам Ас-227 является в основном -распадчиком, его короткоживущий дочерний радионуклид изотоп тория Th-227 находится с ним в радиационном равновесии и является  -распадчиком. Эта программа была частично реализована, и в 1952 году было произведено около 10 г Ac-227 (700 Ки). Этот проект, однако, вскоре был остановлен из-за сильного увеличения оценки стоимости производства необходимого количества актиния.

Другое направление работ было связано с миниатюризацией Po-Be нейтронного источника. В рамках этого направления был разработан новый нейтронный источник Tom, который широко применялся в ядерных испытаниях 1951-1953 годов.

[Король Альтов]

Краткая история создания ядерного оружия в СССР - 27.

СОЗДАНИЕ ПЕРВЫХ ОБРАЗЦОВ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ - 7
3. Развитие систем нейтронного инициирования - 2

Новый подход был связан с разработкой внешних нейтронных генераторов (в терминологии СССР - импульсный нейтронный источник (ИНИ)), которые представляли собой компактные ускорители ядер трития, ударявших в мишень, содержащую дейтерий. В термоядерной Т-Д реакции при этом производились нейтроны, которые и использовались для нейтронного инициирования цепной реакции. Предложение по такой системе нейтронного инициирования было сделано в Лос-Аламосской лаборатории в декабре 1949 года. Ее применение должно было позволить увеличить энерговыделение ядерных зарядов, исключить проблему "короткого времени жизни" нейтронных источников в боезапасе и было необходимо для полного использования возможностей схем ядерных зарядов с полыми ядрами делящихся материалов. В качестве важной проблемы при этом отмечалась проблема возникновения в некоторых ядерных зарядах предетонации. В ноябре 1950 года это направление работ было одобрено и было решено развивать его безотлагательно. Исследования по практической реализации этого предложения проводились группой специалистов Лос-Аламосской лаборатории с 1951 по 1954 год.

К преимуществам, которые предоставляла новая система внешнего нейтронного инициирования, относились также увеличение безопасности ядерного оружия, создание "герметичных" центральных частей (pit) ядерных зарядов, и возможность продвижения в перспективе к созданию "дубовой бомбы" (wooden bomb) - долгоживущего и воспроизводимого ядерного боезапаса.

3.2. Системы нейтронного инициирования в СССР

В первых зарядах СССР использовался нейтронный запал, который являлся аналогом американского нейтронного инициатора типа Urchin. В 1953 году производились принципиальные изменения в левитирующей схеме размещения делящихся материалов, и вместо нейтронного запала в качестве систем нейтронного инициирования стал использоваться нейтронный источник (НИ). Как нейтронный запал, так и нейтронный источник были основаны на наработке нейтронов в (,n)-реакции в Po-Be системе. Однако, если в НЗ в нормальных условиях полоний и бериллий пространственно разделены, и выход нейтронов обеспечивается только после перемешивания полония и бериллия под действием ударной волны имплозивного взрыва, то НИ обеспечивает "постоянный" нейтронный выход за счет того, что полоний и бериллий перемешаны в нем в заводских условиях.

В 1948 году Я.Б. Зельдович и В.А. Цукерман выдвинули идею о внешнем нейтронном инициировании. Возможность разработки такого источника, пригодного для использования в атомном оружии, многократно обсуждалась в течение 1948-1949 годов. Однако, в то время создать подобный источник с приемлемыми габаритно-массовыми параметрами оказалось невозможным. Через несколько лет был достигнут необходимый прогресс, и в ходе испытаний 1954 года в СССР была впервые проведена проверка работы ядерного заряда с внешним источником нейтронного инициирования - импульсным нейтронным источником. Результаты испытания подтвердили преимущества этого способа, который позволял инициировать цепную реакцию в оптимальный момент.

В 1954 году была проверена работа заряда с другим видом нейтронного инициирования - термоядерным инициатором (ТИ). В этом случае в центре заряда (подобно НЗ или НИ) размещалось небольшое количество термоядерного материала, центр которого нагревался сходящейся ударной волной и в процессе термоядерной реакции на фоне возникших температур нарабатывалось значимое количество нейтронов, достаточное для нейтронного инициирования цепной реакции. Преимуществом этого типа системы нейтронного инициирования по сравнению с НЗ и НИ было отсутствие высоко активных материалов типа полония. Это испытание также оказалось успешным, и вскоре системы нейтронного инициирования в виде ИНИ и ТИ вытеснили НЗ и НИ. Особенно важным достижением было создание ИНИ, поскольку его применение обеспечивало существенный барьер безопасности в ядерном оружии.

[Король Альтов]

Краткая история создания ядерного оружия в СССР - 28.

СОЗДАНИЕ ПЕРВЫХ ОБРАЗЦОВ ТЕРМОЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ - 1
1. Первая информация

   Работы по созданию термоядерного оружия в СССР явились важнейшей составной частью беспрецедентной по масштабам и трудностям в условиях послевоенного времени борьбы за ликвидацию монополии США в обладании ядерным оружием и достижении ядерного паритета с США.

Эти работы были начаты в 1945 году, когда в СССР стало известно о проведении в США работ по сверхбомбе (проект Super). Первые сведения о работах в США по сверхбомбе поступили в СССР по разведывательным каналам во второй половине 1945 года из нескольких источников.

Одним из этих источников был сотрудник теоретического отдела Лос-Аламосской национальной лаборатории США член британской миссии в Лос-Аламосе Клаус Фукс. Через гражданина США Гарри Голда, сотрудничавшего с советской разведкой, он передал СССР материалы, которые включали конкретные сведения, касающиеся разработки дейтериевой сверхбомбы, какой она мыслилась в середине 1945 года. После возвращения в Англию Клаус Фукс возобновил связь с советской разведкой. С осени 1947 года по май 1949 года он шесть раз передавал сотруднику советской разведки А.С. Феклисову подробную письменную информацию, которая, в частности, включала: "...принципиальную схему водородной бомбы и теоретические выкладки по ее созданию, которые были разработаны учеными США и Англии к 1948 году".

Поступившая в 1945 году информация о работах в США по сверхбомбе не могла не волновать политических и научных руководителей советского атомного проекта. Вопрос о сверхбомбе был включен И.В. Курчатовым в перечень вопросов, с которыми сотрудник Бюро-2 Специального комитета при Совете народных комиссаров СССР, занимавшегося обработкой разведывательных материалов по атомной проблеме, Я.П. Терлецкий, обратился к Нильсу Бору, вернувшемуся из США в Данию, во время его встреч с Бором 14 и 16 ноября 1945 года в Копенгагене.

Параллельно с организацией встречи с Бором, когда сотрудники Бюро-2 еще только проводили обработку указанных выше разведывательных материалов, содержавших наряду с информацией о работах в США по сверхбомбе, новую информацию по атомным бомбам, И.В. Курчатов, по-видимому, обратился к группе видных ученых-физиков СССР, среди которых были специалисты по теории детонации, И.И. Гуревичу, Я.Б. Зельдовичу, И.Я. Померанчуку и Ю.Б. Харитону, сообщив им постановку задачи и некоторые исходные данные, с предложением в остальном независимо рассмотреть вопрос о возможности осуществления с помощью взрыва атомной бомбы ядерной детонации в цилиндре из дейтерия (этому направлению создания сверхбомбы и был посвящен материал Фукса).

Необходимо вкратце остановиться на информации по проекту Super, поступившей в СССР из США. Идеи создания этой водородной бомбы основывались на предположениях:


в цилиндре с жидким дейтерием возможен режим устойчивой термоядерной детонации в отсутствии термодинамического равновесия излучения с веществом;

инициирование термоядерной детонации может быть осуществлено нейтронами, производимыми ядерным взрывом первичного атомного заряда (с использованием в цилиндре промежуточного отсека с жидкой смесью дейтерия и трития).

Работы по этому проекту были начаты в США в 1942 году и продолжались по существу до 1950 года, когда стала очевидной невозможность реализации этой схемы водородной бомбы. Одним из инициаторов и руководителей этой работы был Эдвард Теллер.

В конце 1945 года в СССР поступили данные по принципиальной схеме проекта Super и серия лекций Энрико Ферми о физических процессах, которые протекают в такой термоядерной системе. В этих же материалах отмечалась возможность производства трития, необходимого для переходного участка в дейтериевом цилиндре, в ядерных реакторах при захвате нейтронов на литии-6. Материалы по этим вопросам были обработаны Я.П. Терлецким.

В 1946 году идеи Super были развиты в США Клаусом Фуксом и Джоном фон Нейманом. Их система была запатентована в мае 1946 года.

В этом предложении содержится три характерных идеи, входящие в состав принципа радиационной имплозии:


первичный заряд, ядерный взрыв которого создает рентгеновское излучение;

специальный корпус, обеспечивающий диффузионный перенос энергии излучения в требуемом направлении;

достаточно плотный и прозрачный для излучения, хорошо ионизируемый излучением материал, создающий высокое материальное давление.

Эта схема рассматривалась в СССР в 1948 году. Материалы включали достаточно подробное описание инициирующего отсека сверхбомбы, состоявшего из первичного атомного заряда и "ампулы" с жидкой Т-Д смесью, а также описание ряда физических процессов, происходящих при зажигании этой смеси. В целом это была исключительно важная информация, содержавшая выдающиеся идеи.

[Король Альтов]

Краткая история создания ядерного оружия в СССР - 29.

СОЗДАНИЕ ПЕРВЫХ ОБРАЗЦОВ ТЕРМОЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ - 2
2. Первые исследования по водородной бомбе - 1

    И.И. Гуревич, Я.Б. Зельдович, И.Я. Померанчук и Ю.Б. Харитон подготовили доклад "Использование ядерной энергии легких элементов", который был заслушан на двенадцатом заседании Технического совета Специального Комитета при Совете Народных комиссаров СССР 17 декабря 1945 года. В 1991 году доклад И.И. Гуревича, Я.Б. Зельдовича, И.Я. Померанчука и Ю.Б. Харитона "Использование ядерной энергии легких элементов" был полностью опубликован. В докладе, сделанном Я.Б. Зельдовичем, рассматривалась возможность возбуждения термоядерной детонации в цилиндре с дейтерием в условиях неравновесного режима горения.

Представляет интерес решение Технического совета по докладу - первое официальное решение, касающееся работ в СССР по водородной бомбе:


"1. Считать необходимым провести систематические измерения эффективности сечений в ядрах легких элементов, использовав для этого высоковольтный электростатический генератор Харьковского физико-технического института.

2. Поручить профессору Я.Б. Зельдовичу в трехдневный срок подготовить задание по изучению реакций в ядрах легких элементов и представить их на рассмотрение Технического совета".


Обращает на себя внимание тот факт, что решение Технического совета касается только базы исходных экспериментальных данных и не содержит поручений, относящихся к организации и проведению расчетно-теоретических работ по исследованию возможности создания сверхбомбы.

С июня 1946 года теоретические исследования возможности использования ядерной энергии легких элементов начали проводиться в Москве в Институте химической физики группой в составе С.П. Дьякова и А.С. Компанейца под руководством Я.Б. Зельдовича. Первые итоги работы этой группы были обсуждены на заседании Научно-технического совета Первого главного управления, состоявшемся 3 ноября 1947 года.

К заседанию НТС ПГУ был представлен отчет С.П. Дьякова, Я.Б. Зельдовича и А.С. Компанейца "К вопросу об использовании внутриатомной энергии легких элементов", а доклад на его основе был сделан Я.Б. Зельдовичем.

Основы подхода в отчете С.П. Дьякова, Я.Б. Зельдовича и А.С. Компанейца те же, что и в докладе И.И. Гуревича, Я.Б. Зельдовича, И.Я. Померанчука и Ю.Б. Харитона 1945 года - выяснение условий, при которых может оказаться возможной ядерная детонация в среде из легких ядер, распространяющаяся в результате прохождения ударной волны в условиях отсутствия теплового равновесия между веществом и излучением. Рассматривалась возможность осуществления подобной детонации как в среде из дейтерия, так и в среде из дейтерида лития-7.

Сделать какие-либо определенные выводы о практической возможности использования ядерной энергии легких элементов без дополнительных теоретических расчетов и экспериментальных исследований не представлялось возможным. В случае положительного ответа на вопрос о возможности детонации необходимо развить теорию инициирования детонации.

В решении НТС ПГУ от 3 ноября 1947 года отмечена важность проводимой в Институте химической физики АН СССР работы по исследованию возможности использования энергии легких элементов для развития ядерной физики и, в случае положительного решения этой задачи, для практических целей. Указана необходимость продолжения этих работ и, в первую очередь, изучение условий для осуществления реакций в легких элементах с использованием явления детонации при инициировании атомным взрывом.

23 апреля 1948 года Л.П. Берия поручил Б.Л. Ванникову, И.В. Курчатову и Ю.Б. Харитону тщательно проанализировать материалы по системе Фукса-фон Неймана, переданные Клаусом Фуксом, и дать предложения по организации необходимых исследований и работ в связи с получением новых материалов. Заключения по новым материалам Фукса были представлены Ю.Б. Харитоном, Б.Л. Ванниковым и И.В. Курчатовым 5 мая 1948 года.

[Король Альтов]

Краткая история создания ядерного оружия в СССР - 30.

СОЗДАНИЕ ПЕРВЫХ ОБРАЗЦОВ ТЕРМОЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ - 3
2. Первые исследования по водородной бомбе - 2

Эти материалы дали новый импульс развитию исследований в СССР по проблеме водородной бомбы, которая получила индекс РДС-6.

Применительно к проблеме возможности создания РДС-6, Постановлением от 10 июня 1948 года, в частности, предусматривались:


определение предельного диаметра, необходимого для обеспечения горения чистого дейтерия или смеси дейтерия и трития;

анализ влияния различных количеств трития в смеси с дейтерием на скорость реакции;

исследование зажигания дейтерия от смеси дейтерия и трития;

исследование влияния энерговыделения первичного ядерного заряда на процесс зажигания;

исследование влияния физических свойств оболочки РДС-2 на процесс зажигания;

исследование особенностей действия излучения, нейтронов и заряженных частиц в процессе зажигания.

Эти работы КБ-11 должно было проводить с участием Физического института АН СССР. Для проведения этих работ в Физическом институте было предписано создать специальную теоретическую группу под руководством И.Е. Тамма и С.З. Беленького. В состав группы вошли также А.Д. Сахаров, В.Л. Гинзбург и Ю.А. Романов. Для координации теоретических и расчетных работ и контроля за выполнением заданий было предписано создать при Лаборатории No. 2 специальный закрытый семинар под руководством С.Л. Соболева (Л.Д. Ландау, И.Г. Петровский, С.Л. Соболев, В.А. Фок, Я.Б. Зельдович, И.Е. Тамм, А.Н. Тихонов, Ю.Б. Харитон, К.И. Щелкин).

Первоначально сотрудники группы И.Е. Тамма в соответствии с предусмотренным планом работ по водородной бомбе знакомились в Институте химической физики с расчетами группы Я.Б. Зельдовича и проверяли эти расчеты.

Через несколько месяцев после начала работ группы И.Е. Тамма по специальной тематике А.Д. Сахаров начал рассмотрение возможности решения проблемы создания водородной бомбы на пути возбуждения атомным взрывом ядерной детонации в гетерогенной системе с чередующимися слоями термоядерного горючего и урана-238. Основой такого подхода была идея о том, что при температурах в десятки миллионов градусов, реализующихся при ядерном взрыве, слои термоядерного горючего, размещенные между слоями урана, в результате выравнивания давлений в термоядерном горючем и уране в процессе ионизации вещества приобретают высокую плотность, в результате чего заметно увеличивается скорость термоядерных реакций.

С этого времени работы над водородной бомбой в СССР фактически проходили уже по двум различным направлениям: группа, руководимая Я.Б. Зельдовичем, по-прежнему рассматривала возможность осуществления ядерной детонации в дейтерии, группа И.Е. Тамма начала изучение систем со слоями из урана и термоядерного горючего. Водородная бомба типа Super получила индекс РДС-6т, а водородная бомба слоеной конфигурации - индекс РДС-6с.

Идейные подходы группы Я.Б. Зельдовича к решению проблемы в 1948 году были прежними. После июня 1948 года эти исследования возможности осуществления ядерной детонации в цилиндре из жидкого дейтерия были развернуты и в КБ-11.

Работы по цилиндрической системе с дейтерием продолжались в КБ-11 до 1954 года включительно - до тех пор, пока не была окончательно понята и официально признана их бесперспективность.

[Король Альтов]

Краткая история создания ядерного оружия в СССР - 31.

СОЗДАНИЕ ПЕРВЫХ ОБРАЗЦОВ ТЕРМОЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ - 4
3. Разработка термоядерного заряда РДС-6с  - 1

    А.Д. Сахаров на первом этапе работы над слоистыми системами также рассматривал цилиндрическую систему, в качестве термоядерного горючего в которой предусматривалось использование тяжелой воды.

Однако уже в ноябре 1948 года сотрудник группы И.Е. Тамма В.Л. Гинзбург выпустил отчет, в котором предложил использовать в слоистой системе новое термоядерное горючее - дейтерид лития-6, который при захвате нейтронов образует эффективное термоядерное горючее - тритий.

Идея "слойки" и идея применения дейтерида лития-6 - "первая" и "вторая" идеи по терминологии "Воспоминаний" А.Д. Сахарова, и стали теми ключевыми идеями, которые в дальнейшем были положены в основу разработки первой советской водородной бомбы РДС-6с. Однако, несмотря на ясность исходных физических идей "слойки", сформулированных в 1948 году, путь создания на их основе реалистичной конструкции не был простым.

В июне 1949 года в КБ-11 состоялась серия совещаний, на которых было рассмотрено состояние работ над атомными бомбами РДС-1, РДС-2, РДС-3, РДС-4, РДС-5 и состояние работ над водородной бомбой РДС-6.

На совещании был представлен написанный А.Д. Сахаровым план теоретических и экспериментальных исследований на 1949-1950 годы, связанных с разработкой РДС-6с. Теоретическая часть плана имела два больших раздела: 1) изучение механизма распространения стационарной детонационной волны в слоистых системах; 2) теоретические исследования возможности высокотемпературной детонации дейтерия. Отметим, что среди многих подразделов пункт 1) плана содержал подраздел: "исследование вопроса о возможности повышения реактивности систем типа РДС-6 посредством обжатия обычным взрывчатым веществом". Это было существенное продвижение, в то время как первоначальная идея "слойки" предполагала возможность осуществления ядерной детонации в необжимаемой системе из слоев урана и термоядерного горючего нормальной плотности. Идея "слойки" объединилась с идеей имплозии.

Постановлением Совета Министров СССР от 28 февраля 1950 года работы над водородной бомбой были сосредоточены в КБ-11. В соответствии с этим постановлением группа И.Е. Тамма была направлена в 1950 году на постоянную работу в Арзамас-16.

Прототип РДС-6с был предложен в 1946 году в США Эдвардом Теллером.

В сентябре 1946 года он предложил простую альтернативу проекту Super, которую он назвал Alarm Clock, поскольку он надеялся, что эта альтернатива пробудит интерес специалистов к перспективам термоядерного оружия. Хотя Alarm Clock был термоядерным устройством, в нем только небольшая часть энерговыделения получалась в термоядерных реакциях. Подобно проекту Bооster, термоядерные реакции в Alarm Clock в основном усиливали процесс деления.

Устройство Alarm Clock использовало темпер, состоящий из последовательных слоев делящихся материалов и термоядерного топлива. Alarm Clock рассматривался как схема, которая может дать большое энерговыделение при использовании относительно дешевых материалов. Это был новый подход, который предполагал, что термоядерная бомба может быть создана в пределах существовавших возможностей лаборатории в Лос-Аламосе, хотя путь практической реализации этой идеи не был вполне известен.

Это устройство могло потребовать инициирующего взрыва, в 2-3 раза более мощного, чем давало устройство Fat Man (то есть 40-60 кт). Теоретические работы по Alarm Clock продолжались от момента появления идеи до конца 1947 года; в течение этого времени его схема неоднократно изменялась.

Первый полный отчет по Alarm Clock был выпущен в ноябре 1946 года Эдвардом Теллером и Робертом Рихтмайером. Он содержал обоснование возможности принципа Alarm Clock, а также оценки эффективности и особенностей работы. Специальное исследование рассматривало процессы, которые происходят при детонации ядерного устройства. Перед тем как могла быть создана термоядерная бомба, необходимо было продвинуться в развитии ядерных триггеров и лучше понять процесс ядерного взрыва.

В декабре 1946 года был предложен эксперимент для проверки особенностей такого процесса термоядерного горения в условиях Alarm Clock в сочетании с испытанием ядерной бомбы умеренной мощности.

[Король Альтов]

Краткая история создания ядерного оружия в СССР - 32.

СОЗДАНИЕ ПЕРВЫХ ОБРАЗЦОВ ТЕРМОЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ - 5
3. Разработка термоядерного заряда РДС-6с  - 2

В апреле 1947 года лаборатория в Лос-Аламосе предложила целую серию экспериментов для исследования термоядерных принципов. При этом отмечалось, что необходимо привлечь внимание к возможности испытания некоторых принципов, которые могут быть важными для термоядерных систем, таких как Alarm Clock. Отмечалось, что возможности для чисто теоретического исследования этих принципов неадекватны и дают расплывчатую картину из-за большой сложности явлений, и поэтому реальная проверка принципов в условиях, соответствующих взрыву бомбы, в высшей степени желательна. При испытании высокая температура, создаваемая ядерным взрывом, вызывает термоядерные реакции. В такой системе энергия, производимая термоядерными реакциями, может быть невелика, но 14-МэВ-ные нейтроны, производимые в ТД-реакции, легко детектируются, и наработка трития в устройстве может быть определена, если в системе первоначально использовался только дейтерий.

Успех такого эксперимента зависел, прежде всего, от достижения в дейтерии высоких температур, в контексте чего важное значение имеют потоки излучения. Рассматривалась серия из трех экспериментов: "А", "В" и "С". Испытание "В" использовало в термоядерном топливе только дейтерий; испытание "С" использовало как дейтерий, так и тритий. В обоих испытаниях термоядерное топливо должно было хорошо обжиматься. Испытание "С" было существенно менее чувствительно, чем испытание "В", и сравнение выходов 14-МэВ-ных нейтронов в них дало бы информацию о достигнутых температурах. Испытание "А" (возможно, без термоядерных процессов) было необходимо для контроля. Расчеты были проведены для ядра из d-фазы плутония, что не только упростило задачу по сравнению с композитным ядром, но и позволило увеличить временную постоянную a (скорость размножения).

Следует отметить, что, так как Alarm Clock рассматривался в качестве термоядерного оружия, то в нем требовалось получение большого энерговыделения - мегатонного класса, что создавало значительные трудности с обеспечением необходимой имплозии и уровнем энерговыделения инициирующего ядерного заряда. В сентябре 1947 года Теллер предложил использовать в качестве термоядерного горючего Alarm Clock дейтерид лития-6, что должно было повысить эффективность термоядерного горения. Использование дейтерида лития сильно упрощало проблему, связанную с производством трития, которое ограничивало в то время возможность развития термоядерного оружия. Однако оно требовало использования обогащенного по изотопу Li-6 материала и не решало проблем зажигания. Теллер отмечал существенную зависимость будущих успехов в создании термоядерного оружия от развития компьютеров и достижения лучшего понимания распространения ударных волн в массе термоядерного горючего.

С сентября 1947 года работы по Alarm Clock стали существенно сокращаться, хотя проводились и в дальнейшем. Компьютерные расчеты первоначальной конфигурации Alarm Clock были завершены в 1953-1954 годах и показали, что устройство в этом виде было неработоспособно. Наиболее успешные расчеты того времени указывали на то, что для получения энерговыделения в 10 Мт количество ВВ в устройстве должно было составлять от 40 до 100 тонн.

Хотя в идейном плане Alarm Clock и РДС-6с весьма близки, между ними есть и существенное различие. Это различие связано с уровнем энерговыделения. Тот факт, что Alarm Clock рассматривался как заряд мегатонного класса (конкурент Super), определил его большие размеры, что в свою очередь создавало как трудности в конструировании, так и проблемы в отношении возможностей его практического применения. В итоге этот проект оказался нежизнеспособным и не был реализован. РДС-6с создавался применительно к условиям размещения в реальной авиабомбе (аналог РДС-1), и при его создании, прежде всего, требовалось достижение существенного выигрыша в энерговыделении по сравнению с чисто ядерными зарядами (которое в то время не превышало 40 кт). Это был более прагматичный подход, который позволил создать РДС-6с и при этом существенно превзойти показатели ядерных зарядов. Когда же стали решать задачу увеличения энерговыделения в заряде типа РДС-6с до мегатонного уровня, возникли трудности, и практически эта задача решена не была.

Разработанный в 1950-1953 годах в КБ-11 термоядерный заряд РДС-6с, явившийся первым термоядерным зарядом СССР, представлял собой сферическую систему из слоев урана и термоядерного горючего, окруженных химическим взрывчатым веществом. Для увеличения энерговыделения заряда в его конструкции был использован тритий. Пользуясь известной терминологией можно сказать, что термоядерный заряд РДС-6с был выполнен по одностадийной схеме.

[Король Альтов]

Краткая история создания ядерного оружия в СССР - 33.

СОЗДАНИЕ ПЕРВЫХ ОБРАЗЦОВ ТЕРМОЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ - 6
3. Разработка термоядерного заряда РДС-6с  - 3

Основная задача была в том, чтобы с помощью энергии, выделенной при взрыве атомной бомбы, нагреть и поджечь тяжелый водород - дейтерий, то есть осуществить термоядерные реакции


D + D = H + T + 4 МэВ

D + D = n + He-3 + 3,3 МэВ,


и другие с выделением энергии и, таким образом, способные сами себя поддерживать. Для увеличения доли "сгоревшего" дейтерия А.Д. Сахаров предложил окружить дейтерий оболочкой из обычного природного урана, который должен был замедлить разлет и, главное, существенно повысить плотность дейтерия.

Рост скорости ДД-реакции приводит к заметному образованию трития, который тут же вступает с дейтерием в термоядерную реакцию

D + T = n + He-4 + 17,6 МэВ


с сечением, в 100 раз превышающим сечение ДД-реакции, и в пять раз большим энерговыделением. Более того, ядра урановой оболочки делятся под действием быстрых нейтронов, появляющихся в ДТ-реакции, и существенно увеличивают мощность взрыва. Именно это обстоятельство заставило выбрать уран в качестве оболочки, а не любое другое тяжелое вещество.

Мощность термоядерного процесса в дейтерии можно было бы значительно повысить, если с самого начала часть дейтерия заменить тритием.

Действительно, термоядерный заряд в виде дейтерида-тритида и дейтерида лития-6 привел к радикальному увеличению мощности термоядерного процесса и выделению энергии из урановой оболочки за счет деления, в несколько раз превосходящему термоядерное энерговыделение.

Таковы физические идеи, заложенные в первый вариант нашего термоядерного оружия".

Как отметил в своих "Воспоминаниях" А.Д. Сахаров "подготовка к испытанию первого термоядерного заряда была значительной частью всей работы объекта в 1950-1953 годах, так же как и других организаций и предприятий нашего управления и многих привлеченных организаций. Эта была работа, включавшая, в частности, экспериментальные и теоретические исследования газодинамических процессов взрыва, ядерно-физические исследования, конструкторские работы в прямом смысле этого слова, разработку автоматики и электрических схем изделия, разработку уникальной аппаратуры и новых методик для регистрации физических процессов и определения мощности взрыва.

Громадных усилий с участием большого количества людей и больших материальных затрат требовали производство входящих в изделие веществ, другие производственные и технологические работы.

Особую роль во всей подготовке к испытаниям первого термоядерного играли теоретические группы. Их задачей был выбор основных направлений разработки изделий, оценки и общетеоретические работы, относящиеся к процессу взрыва, выбор вариантов изделий и курирование конкретных расчетов процессов взрыва в различных вариантах. Эти расчеты проводились численными методами, в те годы - в специальных математических группах, созданных при некоторых научно-исследовательских институтах.

Теоретические группы также играли важную роль в определении задач, анализе результатов, обсуждении и координации почти всех перечисленных направлений работ других подразделений объекта и привлеченных организаций".

[Король Альтов]

Краткая история создания ядерного оружия в СССР - 34.

СОЗДАНИЕ ПЕРВЫХ ОБРАЗЦОВ ТЕРМОЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ - 7
3. Разработка термоядерного заряда РДС-6с  - 4

Общее руководство работами над РДС-6с осуществлялось И.В. Курчатовым. Главным конструктором и непосредственным руководителем работ был Ю.Б. Харитон.

В разработке РДС-6с исключительно важное значение имело математическое моделирование. Основные математические расчеты по РДС-6с проводились в Москве в коллективах, которыми руководили А.Н. Тихонов, К.А. Семендяев и Л.Д. Ландау.

С апреля 1953 года эти работы были сосредоточены в специально созданном московском институте - Отделении прикладной математики, который возглавлял М.В. Келдыш.

В КБ-11 расчеты проводились коллективами математиков под руководством Н.Н. Боголюбова и В.С. Владимирова.

Большую роль в разработке РДС-6с сыграли эксперименты по изучению нейтронных процессов в критических сборках и сборках с источником 14 МэВ нейтронов, которые имитировали конструкцию "слойки".

Руководителем полигонного испытания РДС-6с был К.И. Щелкин, научным руководителем испытания - И.В. Курчатов.

Важным обстоятельством было то, что изделие РДС-6с было выполнено в виде транспортабельной бомбы, совместимой со средствами доставки, то есть явилось первым образцом термоядерного оружия.

Испытание РДС-6с состоялось 12 августа 1953 года на Семипалатинском полигоне. Оно было четвертым испытанием в серии ядерных испытаний, начатых СССР 29 августа 1949 года. Испытание РДС-6с явилось непреходящим по своему значению событием в истории создания ядерной военной техники СССР. Величина энерговыделения РДС-6с была эквивалентна энергии взрыва 400 000 тонн тротила.

Работами по РДС-6с был создан научно-технический задел, который был затем использован в разработке несравнимо более совершенной водородной бомбы принципиально нового типа - водородной бомбы двухстадийной конструкции.

Работы по РДС-6с имели продолжение. 6 ноября 1955 года в СССР был успешно испытан заряд РДС-27, который представлял собой модернизацию РДС-6с на основе использования исключительно дейтерида лития (без использования трития). При этом параметры гетерогенного ядра были несколько модернизированы. Энерговыделение заряда составило 250 кт, что было в 1,6 раза меньше энерговыделения РДС-6с, но существенно превосходило энерговыделение традиционных ядерных зарядов. По своим конструкционным качествам это было реальное оружие, а его испытание производилось в составе авиабомбы, сброшенной с самолета.

Однако последовавший вскоре успех испытания двухстадийного заряда на принципе радиационной имплозии РДС-37 (22 ноября 1955 года) затмил результаты испытания серийноспособной модернизации РДС-6с. В этом плане испытание РДС-27 следует рассматривать, скорее, как страховку на случай возможной неудачи с принципом радиационной имплозии. Успех в реализации принципа радиационной имплозии привел к окончанию работ в СССР по слоеному бустированию одностадийных зарядов.

[Король Альтов]

http://www.youtube.com/watch?v=XpD-TMUJ4EU


http://www.youtube.com/watch?v=UH3dCcJIQrQ


http://www.youtube.com/watch?v=cvDzCTxqJHs

[Король Альтов]

Краткая история создания ядерного оружия в СССР - 35.

СОЗДАНИЕ ПЕРВЫХ ОБРАЗЦОВ ТЕРМОЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ - 8
4. Разработка термоядерной бомбы РДС-37  ..1

   История работ над новым физическим принципом конструирования термоядерного оружия в СССР и созданием первой термоядерной бомбы на этом принципе, которая получила обозначение РДС-37, полна драматизма.

Новый принцип пробил дорогу в жизнь в процессе интенсивных работ по другим направлениям исследований и конструирования термоядерного оружия, которым отдавался приоритет. Этими направлениями были, как ясно из предыдущего изложения, исследования необжимаемой цилиндрической системы с жидким дейтерием, в которой ожидалось возникновение ядерной детонации дейтерия под действием ядерного взрыва, и разработка сферического слоистого термоядерного заряда РДС-6с, обжимаемого взрывом химического взрывчатого вещества.

В начале 50-х годов, наряду с идеей термоядерного усиления энерговыделения ядерных зарядов, обсуждалась другая идея - идея возможности осуществления более эффективного сжатия ядерного материала по сравнению со сжатием, обеспечиваемым взрывом химических ВВ. Первоначально эта идея была сформулирована в общем виде как идея использования ядерного взрыва одного (или нескольких) ядерного заряда для обжатия ядерного горючего, находящегося в отдельном модуле, пространственно разделенном от первичного источника (источников) ядерного взрыва. Авторами этой общей идеи, которая может быть названа как идея "ядерной имплозии", являются В.А. Давиденко и А.П. Завенягин. При всей ее общности эта идея содержит принципиальное представление о двухстадийном ядерном заряде. С самого начала в отношении возможности реализации этой идеи возник ряд вопросов, которые можно объединить в две группы.

Первая группа вопросов относилась к самому понятию "ядерной имплозии". Хорошо изученная к тому времени схема работы ядерного заряда предполагала обжатие ядерного (или ядерного и термоядерного, как в РДС-6с) материала сферическим взрывом химических ВВ, в котором процесс сферической симметрии имплозии определялся исходной сферически-симметричной детонацией взрывчатки. Было очевидно, что в гетерогенной структуре из первичного источника (источников) и обжимаемого вторичного модуля аналогичные первоначальные возможности для реализации сферически-симметричной "ядерной имплозии" отсутствуют. Этот вопрос был тесно связан с другим вопросом: что является носителем энергии взрыва первичного источника и как осуществляется этот перенос энергии ко вторичному модулю?

Вторая группа вопросов была связана и с тем, что должен представлять собой вторичный модуль, на который воздействует ядерная имплозия.

Первоначально предполагалось, что перенос энергии ядерного взрыва первичного источника в двухстадийном заряде должен осуществляться потоком продуктов взрыва и создаваемой ими ударной волной, распространяющейся в гетерогенной структуре заряда. В 1954 году этот подход был проанализирован Я.Б. Зельдовичем и А.Д. Сахаровым. При этом за основу физической схемы вторичного модуля было решено взять аналог внутренней части заряда РДС-6с, то есть "слоеную" систему сферической конфигурации. Таким образом, было сформулировано конкретное представление о двухстадийном заряде на принципе гидродинамической имплозии. Следует отметить, что это была исключительно сложная система с точки зрения реальных вычислительных возможностей того времени. Основная проблема состояла в том, каким образом в подобном заряде можно было бы обеспечить близкое к сферически-симметричному режиму сжатие вторичного модуля, поскольку скорости распространения ударных волн вокруг модуля и внутри него отличались не слишком сильно.

Для формирования направленности переноса энергии, по предложению А.Д. Сахарова, первичные и вторичные модули были заключены в единую оболочку, обладавшую хорошим качеством для отражения рентгеновского излучения, а внутри заряда были обеспечены меры, облегчавшие перенос рентгеновского излучения в нужном направлении.

Ю.А. Трутневым в ходе этой работы был предложен способ концентрации энергии рентгеновского излучения в материальном давлении, позволивший эффективно осуществлять радиационную имплозию.

В ходе этой разработки им также был предложен способ, определивший предсказуемость конфигурации каналов для переноса рентгеновского излучения, который нашел в дальнейшем широкое применение в двухстадийных термоядерных зарядах. Важным направлением исследований Ю.А. Трутнева на этой стадии работ было изучение различных режимов и условий термоядерного горения вторичного модуля и определение его энерговыделения.

[Король Альтов]

Краткая история создания ядерного оружия в СССР - 36.

СОЗДАНИЕ ПЕРВЫХ ОБРАЗЦОВ ТЕРМОЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ - 9
4. Разработка термоядерной бомбы РДС-37  ..2

Важным научно-техническим достижением было создание первичного атомного заряда для первого двухстадийного термоядерного заряда РДС-37. При его разработке помимо обеспечения необходимого уровня энерговыделения было важно создать оптимальные условия для выхода теплового рентгеновского излучения в объем, занимаемый термоядерным модулем. Другая важная задача была связана существенным уменьшением вероятности предетонации, то есть возникновения нейтронного инициирования цепной реакции раньше необходимого времени. Этими работами руководил Я.Б. Зельдович.

Существенную роль в развитии принципа радиационной имплозии сыграл Д.А. Франк-Каменецкий, который в конце 1954 года совместно с А.Д. Сахаровым выпустил отчет, в котором анализировались многие научные аспекты нового принципа и возможности его применения для создания различных типов термоядерных зарядов.

Эта схема двухстадийного заряда содержала в себе все характерные признаки использования принципа радиационной имплозии для обжатия вторичного модуля. При этом радикально решалась проблема обеспечения сферически-симметричного сжатия вторичного модуля, поскольку время "симметризации" энергии вокруг вторичного модуля было намного меньше времени сжатия этого модуля.

Следует отметить, что, хотя этот вариант ядерной имплозии был существенно проще и поэтому эффективнее гидродинамического варианта, он потребовал решения новых физико-математических вопросов. Одна из основных проблем состояла в выработке методов расчета переноса рентгеновского излучения в конфигурации двухстадийного заряда. При разработке первого термоядерного заряда эти задачи решал Ю.Н. Бабаев.

Необходимость создания отечественной термоядерной бомбы большой мощности, значительно превышающей мощность бомбы 1953 года, была ясна уже из сообщений об огромной мощности термоядерного устройства США, взорванного в 1952 году (испытание Mike).

На заседании научно-технического совета КБ-11, состоявшегося 24 декабря 1954 года под председательством И.В. Курчатова с участием В.А. Малышева и посвященного обсуждению хода работ по созданию термоядерных зарядов большой мощности, с докладом о термоядерном заряде на новом принципе выступил Я.Б. Зельдович. И.Е. Тамм в своем выступлении после доклада отметил, что в основе обсуждаемого крупного шага в развитии ядерного оружия лежит ясная физическая идея - обжатие излучением. И.В. Курчатов и Ю.Б. Харитон в своих выступлениях отметили, что двухступенчатая схема открывает большие возможности в разработке термоядерных зарядов, которые необходимо быстрее использовать. Ю.Б. Харитон предложил провести в 1955 году модельный опыт с термоядерной бомбой новой физической схемы. По проблеме разработки двухступенчатой водородной бомбы совет принял согласованное с В.А. Малышевым решение:


руководству КБ-11 представить план работ по двухступенчатой схеме с пояснительной запиской в Министерство среднего машиностроения;

разрешить до утверждения плана работ по этой проблеме разработку двухступенчатой термоядерной бомбы для проверки принципа, подготовку и проведение ее испытания на Семипалатинском полигоне в 1955 году.

Техническое задание на конструкцию двухступенчатой водородной бомбы РДС-37 было выдано физиками-теоретиками 3 февраля 1955 года. К этому времени был завершен определяющий этап ее расчетно-теоретического обоснования.

Однако расчетно-теоретические работы и уточнение конструкции РДС-37 продолжались вплоть до окончательной сборки и отправки бомбы на полигон. План завершающего этапа этих работ был утвержден новым Министром среднего машиностроения СССР А.П. Завенягиным 2 марта 1955 года.

Важным этапом в подготовке к испытанию заряда РДС-37 была работа комиссии под председательством И.Е. Тамма. В состав комиссии входили В.Л. Гинзбург, Я.Б. Зельдович, М.В. Келдыш, М.А. Леонтович, А.Д. Сахаров, И.М. Халатников.

[Король Альтов]

Краткая история создания ядерного оружия в СССР - 37.

СОЗДАНИЕ ПЕРВЫХ ОБРАЗЦОВ ТЕРМОЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ - 10
4. Разработка термоядерной бомбы РДС-37  ..3

В докладе комиссии, подготовка которого была завершена 29 июня 1955 года, было констатировано, что новый принцип открывает совершенно новые возможности в области конструирования ядерного оружия. Он позволяет обжимать вещество до таких высоких плотностей, которые в нужных габаритах совершенно недостижимы с помощью обычных ВВ. Можно рассчитывать, что новый принцип позволит создать рациональные конструкции сверхмощных термоядерных зарядов и радикально уменьшить стоимость зарядов меньшей мощности. Детально рассмотрев состояние расчетно-теоретических работ по предложенной КБ-11 конструкции заряда РДС-37, комиссия подтвердила целесообразность его полигонного испытания.

Одним из интересных вопросов является вопрос о том, каким образом возникли идеи об основных элементах схемы термоядерного узла РДС-37 - первого двухстадийного термоядерного заряда на принципе имплозии. По своему структурному типу этот узел аналогичен гетерогенному ядру РДС-6с, откорректированному для существенно иных граничных условий, определяющих имплозию. Тем не менее, можно отметить, что РДС-6с оставил в "наследство" РДС-37 целый ряд важнейших идей:


сферическую конфигурацию термоядерного узла;
слоеную структуру горючего из дейтерида лития-6 и урана-238;
урановое инициирующее ядро.
Это был абсолютно оригинальный подход, который априори ниоткуда не следовал и определялся исключительно наличием в СССР предыстории, связанной с РДС-6с. Можно сказать, что успешное испытание РДС-37 является основным результатом разработки РДС-6с. Указанные идеи, взятые из РДС-6с, оказывали длительное влияние на практически всю разработку термоядерного оружия СССР.

Интенсивная работа над новым увлекательным проектом завершилась успешным испытанием РДС-37 на Семипалатинском полигоне 22 ноября 1955 года.

Энерговыделение заряда в эксперименте составило 1,6 Мт, а так как по соображениям безопасности на Семипалатинском полигоне заряд испытывался на неполную мощность, то прогнозируемое полномасштабное энерговыделение заряда составляло 3 Мт. Коэффициент усиления энерговыделения в РДС-37 составлял около двух порядков, в заряде не использовался тритий, термоядерным горючим был дейтерид лития, а основным делящимся материалом был U-238. Созданием заряда РДС-37 был совершен прорыв в решении проблемы термоядерного оружия, а сам заряд явился прототипом всех последующих двухстадийных термоядерных зарядов СССР.

Заряд РДС-37 был сконструирован как опытный заряд для проверки нового принципа. Основным требованием, которое учитывалось при его конструировании, была высокая надежность. Имелось ввиду что, испытание заряда РДС-37, сопровождаемое измерением мощности взрыва, времени обжатия термоядерного узла, радиохимическими и другими измерениями, даст возможность проверить правильность расчета всех новых процессов и всей концепции в целом и создать в ближайшем будущем ряд экономичных и мощных водородных бомб различных габаритов.

В разработке столь сложной системы, каким является термоядерный заряд РДС-37, была особенно велика роль математических расчетов. В ряде случаев расчеты уравнений в частных производных кардинально исправляли представления о работе того или иного узла или о роли того или иного изменения в системе. Эти расчеты проводились в основном в Отделении прикладной математики Математического института АН СССР под общим руководством М.В. Келдыша и А.Н. Тихонова. Многие расчеты проводились на электронной машине "Стрела". Были решены весьма сложные задачи разработки методов расчета, программирования и организации.

Разработка РДС-37 потребовала больших конструкторских, экспериментальных, технологических работ, проводившихся под руководством главного конструктора КБ-11 Ю.Б. Харитона.

[Король Альтов]

http://www.youtube.com/watch?v=mH0PAwtHJtI


http://www.youtube.com/watch?v=JkQjMI18dNw


http://www.youtube.com/watch?v=RnnIn7qpi30


http://www.youtube.com/watch?v=2DN7Zu2nEIw


http://www.youtube.com/watch?v=LgfNEddWuOA


http://www.youtube.com/watch?v=GAET9IWu_ck

[Король Альтов]

Краткая история создания ядерного оружия в СССР - 38.

СОЗДАНИЕ ПЕРВЫХ ОБРАЗЦОВ ТЕРМОЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ - 11
5. Сравнение первых термоядерных зарядов СССР и США

   Хотя провести точное сравнение первых шагов создания термоядерного оружия СССР и США невозможно из-за закрытости информации, тем не менее наличие открытых данных позволяет сделать ряд интересных выводов.

Как отмечалось выше, США опередили СССР в отработке режима термоядерного усиления ядерных зарядов на два года. Первое двухстадийное термоядерное устройство США было испытано 31 октября 1952 года в эксперименте Mike. В качестве термоядерного горючего в устройстве использовался жидкий дейтерий, а основным делящимся материалом был U-238. Энерговыделение взрыва составило 10,4 Мт. Масса испытательного устройства составляла 74 тонны. Энерговыделение за счет деления составляло в устройстве 77% от полного энерговыделения взрыва. Любопытно отметить, что, хотя применение жидкого дейтерия требовало использования специального криогенного оборудования, термоядерный заряд этого типа (ТХ-16) в 1954 году был доведен до передачи его в серийное производство и на вооружение. Была произведена пробная партия таких зарядов в 5 единиц. Энерговыделение боеприпаса (аваиабомбы) ТХ-16 должно было составить от 6 до 8 Мт, его масса - 19 тонн, длина - 7,55 м, диаметр - 1,57 м (отношение длины к диаметру составляло 4,8).

В СССР подобные технически амбициозные проекты не создавались, и, как говорилось выше, разработка заряда РДС-37 производилась с самого начала на основе дейтерида лития - твердого термоядерного горючего, - обладающего удовлетворительными конструкционными качествами.

В период 1953-1954 годов в США велись работы по созданию мощных термоядерных зарядов на основе дейтерида лития. При этом рассматривалась возможность использования как принципа радиационной имплозии, так и принципа гидродинамической имплозии. Основные усилия были связаны с применением радиационной имплозии, и разработки этого типа проводила Лос-Аламосская лаборатория. В серии испытаний Castle при отработке зарядов Лос-Аламосской лаборатории были получены выдающиеся практические результаты. Всего было испытано 5 модификаций двухстадийных термоядерных зарядов с энерговыделением от 1,7 Мт до 15 Мт. В испытаниях использовался как дейтерид лития, обогащенный по изотопу Li-6, так и дейтерид на основе природного лития.

Отработанные в серии Castle термоядерные заряды стали основой первого термоядерного арсенала США. На основе результатов испытаний Romeo (26 марта 1954 года) с энерговыделением 11 Мт и Yankee (4 мая 1955 года) с энерговыделением 13,5 Мт были созданы и переданы на вооружение авиабомбы Мk-17 и Mk-24. Энерговыделение этих авиабомб составляло (10-15) Мт, масса - около 19 тонн, а длина и диаметр совпадали с ТХ-16. В 1954 и 1955 году было произведено 305 боеприпасов этих типов. В этой же серии испытаний США был отработан и "легкий" термоядерный заряд для авиабомбы Mk-15 (испытание Nectar 13 мая 1954 года с энерговыделением 1,69 Мт). Термоядерное устройство в эксперименте имело массу 2,95 тонны, длину 2,8 м и диаметр 88 см (отношение длины к диаметру составило 3,18). В 1956 году это устройство было усовершенствовано и испытано (20 мая 1956 года, Cherokee). Его энерговыделение составило 3,8 Мт. В период 1955-1957 годов было произведено 1200 боеприпасов этих типов.

Казалось бы, что из этих данных следует, что с созданием первых конструкционно-приемлемых образцов термоядерного оружия США опередили СССР примерно на полтора года. Однако этот вывод справедлив лишь отчасти. Дело в том, что габаритно-массовые параметры заряда РДС-37 и последовавших за ним первых образцов термоядерных зарядов СССР и первых термоядерных зарядов США принципиально отличаются. Характерное значение отношения длины к диаметру первых термоядерных зарядов СССР составляет менее 2, а для первых термоядерных зарядов США оно составляет 3,2-4,8. Это различие указывает на принципиальные различия в структуре вторичных модулей первых термоядерных зарядов СССР и США. Термоядерные модули зарядов США имели цилиндрическую конфигурацию, а термоядерные модули зарядов СССР - сферическую конфигурацию.