Андрей Сахаров. Наука и свобода - Геннадий Горелик

Сахаров придумал свой рецепт, опираясь на основные законы физики.

Чтобы помочь легким ядрам слиться, надо, как уже говорилось, их сблизить, сдавить. И без долгого изучения физики можно понять, что давление в некоем сосуде тем больше, чем больше там окажется частиц вещества, в этом легко убедиться, надувая резиновый воздушный шар. В данном случае «больше частиц вещества» означает «больше молекул воздуха». При этом не имеет значения устройство самой молекулы, что, скажем, молекула кислорода состоит из двух одинаковых атомов, в каждом из которых имеется ядро и восемь электронов. Все эти микрочастицы надежно упакованы внутри молекулы, и стенка воздушного шарика об их существовании не подозревает. Давление зависит только от числа свободно путешествующих молекул.

Запал, с которого начинается взрыв термоядерной Слойки, — атомная бомба. Перед глазами сразу возникает картина страшного грибовидного облака (хотя к 1948 году такие грибы еще не росли на территории СССР). Облако это образуется спустя секунды после взрыва, а Сахаров размышлял над тем, что происходит через микросекунды после начала взрыва, — после того как атомная зажигалка щелкнет. Микросекунда — это миллионная доля секунды, или, можно сказать, миллионная доля мига, если мигом называть время, за которое глаз успевает мигнуть. Сахаров придумал устройство, вся работа которого занимает считанные микросекунды.

В Трубе Зельдовича — сигаре, заполненной дейтерием, — атомная зажигалка приставлялась с краю. В сферической сахаровской Слойке зажигалка помешена в ее центре. Атомный заряд окружен слоем легкоядерного вещества, способного к слиянию (как дейтерий). А следующий слой Сахаров предложил сделать из вещества с тяжелыми ядрами и, соответственно, с большим числом электронов в каждом атоме. Например, из свинца, каждый атом которого содержит 82 электрона.

Взрыв атомной сердцевины выплескивает огромную энергию в виде вспышки радиации — нейтронов, фотонов и других частиц. Этот всплеск излучения на своем пути наружу за микросекунды превращает свинцовый слой не просто в пар, а в плазму — состояние вещества, в котором все внутриатомные связи разрываются. Мощное излучение отрывает электроны атома от ядра, и вместо одной частицы — атома свинца — получается 83: его ядро и 82 электрона. Но если число частиц выросло мгновенно в 83 раза, то и давление вырастает во столько же раз.

Огромное давление в слоях свинца сжимает прилегающий водородный слой, нагретый тем же излучением до звездных температур, и в водороде зажигается звездная — термоядерная — реакция слияния ядер. Это и есть взрыв водородной бомбы.

Способ сдавливания, придуманный Сахаровым, его термоядерные коллеги назвали «сахаризацией». Подсахаренная Слойка уже в первых теоретических эскизах выглядела очень аппетитно. Но рецепт Слойки стал еще более обещающим после того, как — всего спустя несколько недель — удачную начинку к ней придумал Виталий Гинзбург. Он придумал новое вещество для «водородного» слоя.

Необходимость водорода для водородной бомбы очевидна только на словесном уровне. А на уровне физики этот элемент в водородной бомбе вообще не используется. Водород — самый легкий элемент, но не самый склонный к слиянию. Условия, в которых слияние может идти, сильно различаются для разных ядер, и достижимее всего слияние не самого водорода, а его изотопов — дейтерия и трития, D и T.

Дейтерий, хоть и в малом количестве, подмешан ко всякому природному водороду и выделять его в чистом виде научились еще в довоенные годы. Потому-то в постановлении правительства в июне 1948 года говорилось о «горении дейтерия». Трития в природе практически нет вовсе, и получать его очень трудно, точнее, дорого. К тому же тритий — радиоактивен и, уже добытый, распадается со временем. Свойства дейтерия, и тем более трития, были недостаточно изучены, чтобы проводить точные расчеты. Однако точно было известно, что дейтерий и тритий — газы. Как же из газа сделать слой, окружающий центральный атомный шар в Слойке? Трудно.

Гинзбург предложил использовать для «водородного» слоя гораздо более удобное вещество — твердое и нерадиоактивное — химическое соединение дейтерия с литием — дейтерид лития, в химических символах LiD. К этим символам вскоре прибавили совсем нехимический суффикс и за новым термоядерным веществом закрепилось ласковое женское имя LiDочка.

Литий — тоже легкий элемент, но LiDочка — это уже не газ, а твердое вещество, с которым проще иметь дело. Однако Гинзбург преложил LiDочку по другой причине и сам не сразу понял, насколько новая термоядерная взрывчатка хороша. Для него вначале главным было то, что литий, облученный нейтронами от первичного атомного взрыва, добавляет некоторое количество энергии и тем самым дополнительно разогревает термоядерный слой, делая его более способным к слиянию ядер. То есть он говорил о реакции

Li6+n→T+He4 +4,8 МэВ

Литий+нейтрон→Тритий+Гелий+Энергия

и главное внимание обращал на слагаемое «энергия». Спустя несколько месяцев он догадается, что гораздо важнее слагаемое «тритий».

Свое предложение Гинзбург сформулировал в своем спецотчете, датированном 20 ноября 1948 года, и в этом же отчете впервые упомянул сахаровскую Слойку. Сам Сахаров изложил свою идею Слойки и соответствующие вычисления только в отчете от 20 января 1949 года.

Для вычислений, помимо математики, нужна была экспериментальная физика, — надо было измерить взаимодействие надлежащих ядер. Тогда знали уже неплохо, как взаимодействуют ядра дейтерия друг с другом, то есть чему равно D+D. А тритий был слишком нов. Экспериментаторы получили от теоретиков задание, но сами измерения требовали времени. Как написал Сахаров в своем отчете, «реакции D+T и T+T экспериментально не изучены, и все суждения об их сечениях гадательны». В ожидании результатов измерений Сахаров предположил, что D+T взаимодействуют примерно так же, как D+D.

Из этого же исходил Гинзбург в отчете «Использование Li6D в Слойке» 3 марта 1949 года. Теперь, однако, он обратил внимание на то, что LiDочка при облучении во время запального атомного взрыва производит тритий, который тут же может пойти в дело как термоядерное горючее. То есть можно не накапливать заранее дорогой, неудобный в обращении и радиоактивный тритий, а положить в бомбу гораздо более удобный полуфабрикат, из которого начальный атомный взрыв сам приготовит все, что нужно для взрыва термоядерного.

Если бы только фиановские теоретики знали, что на самом деле D взаимодействует с T в сотню раз охотнее, чем с D, что это взаимодействие уже давно измерено их американскими коллегами и что благодаря Клаусу Фуксу результаты этих измерений уже около года находятся в сейфе у Берии…