В это время — в начале 1951 года — Станислав Улам раздумывал над одним из способов повышения эффективности бомбы деления двухступенчатой конструкции — он полагал взрывом одной атомной бомбы, точнее продуктами этого взрыва, обжать заряд другой бомбы деления — двойная, так сказать, имплозия. И тут ему в голову приходит мысль — обжать атомным взрывом дейтерий с помощью специальных гидродинамических линз, для улучшения условий слияния его ядер.
Причем дейтерий размещался в другом, физически отделенном отсеке, который образовывал уже новую — двухступенчатую конструкцию. Нельзя сказать, что ни Теллер, ни другие ученые, не интересовались предварительным сжатием тяжелого водорода перед тем, как его воспламенить. Но никто из них толком не представлял себе — что это за источник, который сумеет так сильно сдавить дейтерий, и каким способом осуществить такое сжатие.
Теллер не раз говорил, что «предварительное сжатие весьма полезно», но он раздумывал только над химической взрывчаткой — тринитротолуолом, возможности которого были в этом плане довольно ограниченны.
Улам же не только прочувствовал саму идею, он предложил и конструктивное решение, которое решало проблему сжатия до нужной степени.
Доктор Теллер, который испытывал неприязнь к человеку, опорочившему его самые святые намерения, не сразу «врубился» в новую идею, но постепенно он осмыслил предложение Улама, тем более ничего другого у него самого не было.
Мало того, у Теллера появилась мысль осуществить сжатие не ударной волной, по излучениям от первичного взрыва, которые распространяется намного быстрее, чем ударная волна, и успеет сжать дейтерий гораздо быстрее, чем нагреется и разрушится вся конструкция.
Впрочем, крупный исследователь истории американского атомного проекта Чак Хансен утверждает, что идея сжатия излучением также принадлежит Станиславу Уламу. Об этом говорится и в еще одной публикации: «Улам … отметил сильное рентгеновское излучение в первой ступени, а также очень малое движение расширяющейся массы делящеюся материала относительно излучения». Однако сам Улам отмечает Теллера, как автора второго предложения.
Кстати говоря, и та и другая идеи были реальными, хотя, конечно, сжатие излучением — так называемая радиационная имплозия — выглядела более изящной и эффективной.
В совместном отчете Улам и Теллер изложили оба способа, называя их фокусировкой энергии бомбы деления с «использованием линз и зеркал» для такой фокусировки. Собственно саму систему фокусировки Теллер назовет единственным и важнейшим секретом водородной бомбы.
С этого момента он окончательно отказывается от конструкции «супер-классик» и полностью сосредотачивается на радиационной имплозии и двухступенчатой конструкции, как на единственном способе зажечь взрывной «термояд».
Новая идея получила название «конфигурация Улама-Теллера», а потом имя Улама отсюда как-то выпало и «отцом» водородной бомбы стали называть только Теллера, хотя многие американские ядерщики считают и по сей день, что доктора Теллера правильнее было бы называть «матерью, беременной идеями Станислава Улама».
Спичка, зажженная домной
В этом же 1951 году впервые вспыхнула рукотворная термоядерная реакция, покорившаяся, наконец, человечеству. Собственно, сама реакция синтеза выглядела мизерной — всего лишь искоркой на фоне громадной молнии, но она была предусмотрена, просчитана и реализована.
Речь идет об испытании американской бомбы «Пункт» — плутониевой бомбы с усилением. Как уже говорилось ранее, внутри заряда делалась сферическая полость, куда закачивалось несколько грамм дейтерия и трития.
Обжатый плутоний начинал делиться после импульса нейтронов от внешнего источника. Когда сжатие и температура в центре становились колоссальными, вспыхивала термоядерная реакция.
Вклад в общую энергию взрыва от «термояда» был ничтожен, но зато синтез давал обильный поток нейтронов, которые «набрасывались» на не разделившиеся ядра плутония, резко увеличивая полноту и эффективность бомбы деления. Впрочем, этот результат был вполне прогнозируем.
А вот результат испытания под названием «Джордж», проведенным несколько ранее, не казался столь однозначным. Он планировался еще до оригинальной идеи Улама — в то время Теллер предложил устройство, за основу которого принята конструкция, запатентованная Фуксом еще в 1946 году. Исчерпав собственные идеи, Теллер решил «позаимствовать» у Фукса.
После открытия Улама для опыта «Джордж» изготовили ядерное устройство «Цилиндр» — это название, похоже, дал устройству сосуд, размещенный на периферии бомбы деления. В нем находилась пара десятков грамм смеси тяжелого и сверхтяжелого водорода — дейтерия и трития. Бомба деления в центре «Цилиндра» давала значительную мощность — 200 ктн. Ее главным продуктом — в отличие от более слабых бомб военного времени — становилось мощное излучение, эта бомба была более прозрачной для него, а шар намного горячее.
Цель опыта «Джордж» и состояла в том, чтобы проверить возможность использования этого рентгеновского излучения для сжатия термоядерной смеси в сосуде, пока она еще сильно не нагрелась. Поскольку цилиндр находился на периферии, а излучение движется к нему по специально сделанной трубе с максимально возможной скоростью 300000 км/сек — в десятки раз быстрее нейтронов, осколков ядер и прочих продуктов взрыва — то рентгеновские лучи успеют сжать дейтерий с тритием задолго до того, как к сосуду «подберутся» и разрушат его остальные частицы.
Для того, чтобы зарегистрировать реакцию синтеза, сосуд снабжался датчиками термоядерных нейтронов. Конечно, датчики разрушались и сгорали в этом адовом пламени, но они успевали до того послать сигналы приборам, надежно укрытым от взрыва.
Эксперимент подтвердил — излучение, вызывает сжатие и синтез дейтерия с тритием. Путь к термоядерной бомбе был обозначен окончательно.
Вызывает лишь удивление та ирония, с которой отнеслись к этому результату некоторые физики Лос-Аламоса. Так, один из них высказался в том смысле, что «испытание «Джордж» было скорее игрой на публику, чем подлинным экспериментом, ибо каждый специалист заранее знал, что такое устройство наверняка сработает хорошо; использование здоровенной атомной бомбы для инициирования реакции в небольшом пузырьке с дейтерием и тритием напоминало применение доменной печи для поджигания спички».
Возможно, в отношении масштабов это и верно, но, во-первых: едва ли не впервые наблюдалась рукотворная термоядерная реакция, а во-вторых: она подтвердила теоретические задумки.
Конечно, в лабораторных опытах можно наблюдать единичные акты слияния ядер изотопов водорода, но их энергия несравнима с той, которая выделилась в опыте «Джордж» — 25 ктн дала смесь нескольких граммов дейтерия с тритием.
Если вспомнить, что первая урановая бомба с весом заряда около 60 кг выделила энергии вдвое меньше, то ирония выглядит более чем неуместно.
Плазменный генератор в … термосе
В сентябре 1951-го американцы принимают решение строить термоядерную двухступенчатую бомбу, где горючим будет жидкий дейтерий, а сжатие обеспечивается мощным потоком радиации.
Чистый дейтерий в сжиженном состоянии больше устраивал теоретиков — расчеты по его сжатию и горению много проще, чем в соединении дейтерия с литием. Но для инженеров и конструкторов жидкий дейтерий становится невыносимой головной болью — он должен охлаждаться до температуры около минус 250 градусов. Значит, нужна криостатная система большой мощности и размера. Охлаждающая жидкость — обычный водород, его производили на специально построенном для этого заводе — неподалеку, на островке тихоокеанском Эниветок.
Само термоядерное устройство «Майк» располагалось на соседнем коралловом рифе. Оно было высотой с двухэтажный дом и весило 64 тонн. Такая громада и вес становились неизбежными из-за жидкого дейтерия, но что поделаешь — в свое время американские ядерщики не озаботились производством изотопа лития-6, который в соединении с дейтерием давал твердую соль, что делало ненужным глубокое охлаждение с криостатом и целым заводом. Не потребовалась бы тогда и уникальная гигантская оболочка для «Майка», а также многое другое, что отнимало силы и время.
А трудности при конструировании оказались и без того гигантскими. Прежде всего, в результате расчетов выяснилось, что, хотя поток рентгеновского излучения сравним по плотности с потоком сплошного металла, тем не менее он не сумеет передать давление для имплозии из-за кратковременности своего воздействия — нужно было как бы «растянуть» во времени действие излучения.
Выход нашелся с помощью промежуточной среды из полиэтилена, которая поглощала прямые рентгеновские лучи от бомбы деления. Так как у атомов полиэтилена (водород, углерод) небольшое число электронов, то они начисто лишались их под действием рентгена. Полиэтилен превращался в плазму, причем весьма «горячую». Плазма в свою очередь так же начинала излучать рентген, но более «мягкий» (более длинноволновый) и с нужной растяжкой по времени. Любая плазма излучает и тем интенсивнее, чем она горячее. Полиэтилен, таким образом, превращался в «плазменный генератор».
