Центральной точкой, куда были направлены сила взрыва и металлы, являлись 10 килограммов (25 фунтов) радиоактивного плутония-239. По форме он представлял собой стакан, верхняя часть которого была отвернута наружу и вниз к основанию, образуя две параллельные стенки. Плутоний, который и в обычных условиях плотнее свинца, подвергся дальнейшему сжатию давлением взрыва, превышающим миллион атмосфер. Этот процесс должен был осуществиться очень быстро. В плутонии-239 содержалось небольшое количество плутония-240, а этот изотоп еще менее устойчив и склонен к преждевременному взрывному распаду. Наружная и внутренняя поверхности сжимались и сгонялись к геометрическому центру бомбы.
Заключительный этап осуществлялся устройством, называемым зиппером. Это устройство, которое приводил в действие третий сигнал все еще исправного электронного таймера, представляло собой миниатюрный ускоритель частиц, очень компактный мини-циклотрон, внешне удивительно схожий с ручным феном для сушки волос. Он выстреливал атомами дейтерия в бериллиевую мишень. При этом образовывались нейтроны, летящие со скоростью в одну десятую скорости света по металлической трубке в центр первичного взрывного устройства, именуемого шахтой. Расчеты были произведены с такой точностью, что нейтроны проникли туда в тот самый момент, когда плутоний достиг половины своей наивысшей плотности.
Плутоний, который при обычных условиях примерно вдвое тяжелее свинца, к этому моменту стал уже в десять раз плотнее и продолжал непрерывно сжиматься и дальше. Начались бомбардировка нейтронами сжимающегося плутония и цепная реакция деления.
Атомная масса плутония равна 239, что соответствует общему количеству нейтронов и протонов в его ядре. Реакция деления началась буквально в миллионах ядер одновременно и во всех ядрах происходила абсолютно одинаково. Бомбардирующий плутоний проходил «медленный» нейтрон достаточно близко от его ядра, чтобы попасть под влияние сильного взаимодействия, удерживающего нейтроны и протоны в атомном ядре. Нейтрон втягивался в центр атома, менял энергетическое состояние ядра, превращая его в нестабильное. Ранее симметричное атомное ядро начинало беспорядочно вращаться и разрываться на части под действием различных сил. В большинстве случаев нейтрон или протон исчезал совсем, превращаясь в энергию в соответствии с законом Эйнштейна: Е = mc2. Энергия, возникшая в результате исчезновения частиц, высвобождается в виде гамма- и рентгеновского излучения или по одному из примерно тридцати других, менее важных путей. Наконец, атомное ядро освобождало два или три дополнительных нейтрона. Это и являлось главным событием. Процесс, для инициирования которого требовался лишь один нейтрон, высвобождал теперь еще два или три нейтрона, причем каждый из них двигался со скоростью, превышающей десять процентов скорости света — 20 тысяч миль в секунду, — в пространство, занятое плутонием, который в двести раз плотнее воды. Большинство высвобожденных нейтронов находили свои мишени и врезались в них.
Термин «цепная реакция» означает всего лишь, что процесс ускоряется сам по себе, что высвобождается достаточно энергии, чтобы он продолжался без всякой помощи извне. Распад плутония происходит по этапам, называемым удвоением. Энергия, высвобожденная на каждом этапе, вдвое превышает ту, что высвободилась на предыдущем этапе, и каждый последующий этап снова удваивает ее. Процесс, начавшийся с незначительного количества энергии и горсточки свободных нейтронов, стремительно удваивается и снова удваивается, нарастает, причем интервалы между очередным удвоением измеряются долями наносекунды. Скорость роста, или параметр а, то есть скорость ускорения цепной реакции, и является самой важной переменной в ядерном распаде. Если параметр а равен 1000, это означает, что число удвоений за микросекунду представляет собой колоссальную величину, число 21000 — цифру 2, умноженную самое на себя тысячу раз. В момент максимальной скорости цепной реакции — между 250 и 253 — бомба выделяет миллиард миллиардов ватт энергии, что в сто тысяч раз превосходит мощность всех электростанций мира.
По расчетам Фромма, его бомба на этой стадии процесса должна была выделить именно такое количество энергии. Но это была лишь десятая часть общей взрывной силы бомбы. Вторичное взрывное устройство еще дремало; его пока не коснулись силы, бушевавшие всего в нескольких дюймах.
Процесс ядерного деления едва начался.
Одновременно с нейтронами расщепляющиеся ядра плутония выделяли γ-лучи, которые, двигаясь со скоростью света, большей частью уходили через корпус бомбы в пространство, в то время как плутоний еще сжимался силой взрыва. Однако γ-лучи начали воздействовать и на вторичное взрывное устройство. Большей частью γ-лучи проносились через газовое облако, которое всего лишь несколько микросекунд назад представляло собой блоки взрывчатых веществ, и нагревали его намного выше температуры, которая может быть достигнута в химических реакциях. Это облако, состоящее из очень легких атомов — главным образом углерода и кислорода, — излучало колоссальное количество низкочастотных «мягких» рентгеновских лучей. До этого момента процесс развивался в точном соответствии с планами Фромма и Госна.
Процесс ядерного распада длился 7 наносекунд, когда что-то пошло не так.
Радиация от расщепляющегося плутония бомбардировала дейтерид лития, который находился в геометрическом центре «шахты». Причина, по которой Манфред Фромм решил произвести очистку трития в самую последнюю очередь, заключалась в его типичном для инженера консерватизме. Тритий представляет собой неустойчивый газ с периодом полураспада 12,3 года; это значит, что по истечении этого времени половина чистого трития превратится в 3Не, называемый гелием-три. 3Не — одна из форм второго по легкости элемента, в ядре которого не хватает одного нейтрона, отчего оно стремится как-то захватить его. С помощью фильтрования газа через тонкий слой палладия можно легко отделить 3Не от трития, но Госн этого не знал. В результате больше одной пятой трития представляло собой вредную примесь. Трудно было придумать что-нибудь более неподходящее для термоядерного процесса.
Интенсивная бомбардировка продуктами реакции ядерного распада зажгла соединение лития. При обычных условиях это вещество обладает плотностью вдвое меньше плотности соли, но сейчас его сжало в металлическое состояние, превосходящее по плотности земное ядро. По сути дела началась термоядерная реакция, хотя и в небольшом масштабе. Высвободилось огромное количество новых нейтронов, причем многие литиевые ядра превратились в тритиевые, которые под страшным давлением расщеплялись, выделяя дополнительные нейтроны. Эти нейтроны должны были проникнуть в массу плутония, увеличить параметр α и привести по крайней мере к удвоению мощности взрыва атомной бомбы. Это был первый метод увеличения силы взрыва второго поколения ядерного оружия. Однако наличие 3Не замедлило реакцию, потому что почти четверть нейтронов, обладающих высокой энергией, была бесполезно захвачена устойчивыми атомами гелия.
В течение следующих нескольких наносекунд это не имело значения. Скорость реакции распада плутония возрастала, все еще удваиваясь, все еще увеличивая свой параметр α с быстротой, которую можно выразить лишь с помощью цифр.
Теперь во вторичное взрывное устройство хлынул поток энергии. Пластиковые «соломинки», покрытые металлической пленкой, превратились в плазму и начали повышать давление во вторичном устройстве. Энергия радиации в количествах, не существующих даже на поверхности Солнца, отражалась от эллиптических поверхностей, направляя еще большее количество энергии во вторичное устройство, названное Фроммом «хольраум». Плазма от испарившихся «соломинок» рвалась внутрь ко второму резервуару трития. Плотные частицы отработанного урана-238, расположенные снаружи вторичной «шахты», также превратились в плотную плазму, рвущуюся внутрь через вакуум, затем ударили и сжали трубчатое покрытие из урана-238 вокруг центрального контейнера, внутри которого содержалось самое большое количество дейтерида лития с тритием. Удары были невероятно сильны; их давление превышало давление внутри ядра крупной звезды.
И все же их мощность оказалась недостаточной.
Реакция в первичном взрывном устройстве уже ослабевала. Взрывная сила бомбы, ослабленная недостатком нейтронов из-за вредного 3Не, начала разрывать массу, в которой шла атомная реакция, едва физические силы достигли равновесия. На мгновение цепная реакция стала устойчивой и потеряла способность ускоряться в геометрической прогрессии; два запланированных последних удвоения цепной реакции так и не осуществились и то, что должно было взорваться с общей мощностью первичного взрывного заряда в 70 тысяч тонн тринитротолуола, сократилось вдвое, снова уменьшилось во столько же раз, и в конце концов общая мощность взрыва оказалась равной 11 200 тоннам тротила.
