Предыдущая публикация
АТОМНЫЙ ПРОЕКТ СССР
«СЛОЙКА» САХАРОВА .
ЧАСТЬ 1
ВОДОРОДНАЯ БОМБА Э. ТЕЛЛЕРА
«ALARM CLOCK»
НАЧАЛО РАЗРАБОТКИ «СЛОЙКИ» В США
До второй половины 1946 г. термоядерные исследования в США были сосредоточены на проекте «Super» — осуществлении детонации больших масс несжатого жидкого дейтерия в цилиндрическом заряде с торцевым зажиганием. В рамках этого проекта теоретически исследовались интересные физические процессы, происходящие в термоядерной плазме в различных условиях/режимах.
Отметим, что при изучении вопросов ядерного инициирования системы «Super» К. Фукс и Дж. фон Нейман предложили уникальную двухстадийную физическую схему, которая содержала основные принципиальные элементы радиационной имплозии — основы последующей разработки термоядерного оружия. Это предложение Фукса— фон Неймана в течение длительного времени не было воспринято и развито должным образом и в США, и в СССР.
ВОДОРОДНАЯ БОМБА Э. ТЕЛЛЕРА
«ALARM CLOCK»
НАЧАЛО РАЗРАБОТКИ «СЛОЙКИ» В США
До второй половины 1946 г. термоядерные исследования в США были сосредоточены на проекте «Super» — осуществлении детонации больших масс несжатого жидкого дейтерия в цилиндрическом заряде с торцевым зажиганием. В рамках этого проекта теоретически исследовались интересные физические процессы, происходящие в термоядерной плазме в различных условиях/режимах.
Отметим, что при изучении вопросов ядерного инициирования системы «Super» К. Фукс и Дж. фон Нейман предложили уникальную двухстадийную физическую схему, которая содержала основные принципиальные элементы радиационной имплозии — основы последующей разработки термоядерного оружия. Это предложение Фукса— фон Неймана в течение длительного времени не было воспринято и развито должным образом и в США, и в СССР.
Дж. фон Нейман
Несмотря на то, что в проекте «Super» участвовал целый ряд выдающихся физиков, вопрос о его реализуемости оставался открытым. Эти затруднения явились стимулом для того, что в сентябре 1946 г. Эдвард Теллер предложил более простую альтернативу системе «Super», названную «Alarm Clock» (далее — «AC»). Название «Будильник» было выбрано в связи с тем, что Э. Теллер надеялся, что такая система пробудит новый интерес к термоядерному оружию. Хотя «AC» являлась термоядерным устройством, только небольшая часть ее энерговыделения непосредственно получалась в термоядерных реакциях. В этом смысле «AC» была подобна более позднему устройству Booster (далее «B»), в котором термоядерные реакции служат для усиления процессов деления.
Несмотря на то, что в проекте «Super» участвовал целый ряд выдающихся физиков, вопрос о его реализуемости оставался открытым. Эти затруднения явились стимулом для того, что в сентябре 1946 г. Эдвард Теллер предложил более простую альтернативу системе «Super», названную «Alarm Clock» (далее — «AC»). Название «Будильник» было выбрано в связи с тем, что Э. Теллер надеялся, что такая система пробудит новый интерес к термоядерному оружию. Хотя «AC» являлась термоядерным устройством, только небольшая часть ее энерговыделения непосредственно получалась в термоядерных реакциях. В этом смысле «AC» была подобна более позднему устройству Booster (далее «B»), в котором термоядерные реакции служат для усиления процессов деления.
Э. Теллер
«AC» использовала центральную часть, в которой чередовались слои делящихся материалов и термоядерного горючего.
В записке от 1 октября 1946 г. доктор Теллер предложил имплозивный заряд с гетерогенной центральной частью с термоядерным горючим. Позднее (в 1950 г.) «AC» характеризовалась как схема, которая позволяла получать большое энерговыделение при использовании относительно дешевых материалов.
Это был новый подход, который предполагал, что термоядерная бомба может быть создана в рамках существовавших возможностей Лос-Аламоса, хотя конкретный путь реализации этой идеи в практическую систему в то время отсутствовал.
Устройство «AC» могло потребовать инициирующего взрыва, который превышал бы, по крайней мере, в 2-3 раза энерговыделение «Fat Man». Теоретические работы над «AC» продолжались до конца 1947 года; за это время схема устройства изменялась несколько раз.
Первый полный отчет по «AC» был выпущен в ноябре 1946 г В отчете отмечалось, «что в настоящее время схема представляется в целом реализуемой, при условии, что некоторые негативные эффекты не окажутся слишком серьезными». Исследования также включали процессы, происходящие при взрыве ядерного устройства в составе «AC».
До того, как работоспособная ядерная бомба была бы создана, требовалось разработать хорошие ядерные «триггеры» и лучше понять вопросы, связанные с энергетикой и продуктами ядерного взрыва.
В декабре 1946 г. был предложен эксперимент для проверки особенностей термоядерного горения одновременно с испытаниями ядерного заряда с «умеренным» энерговыделением.
В январе и феврале 1947 г. была развита «улучшенная теория эффективности» «AC».
Главный консультативный комитет США (GAC) отметил в это время «оптимистический отчет доктора Теллера и некоторые его предложения по дальнейшим различным вопросам термоядерных исследований. Он подчеркнул, что термоядерные исследования не должны рассматриваться в качестве соревнования/конкуренции с ядерной программой, а являться полезным дополнением к совершенствованию ядерного оружия в LANL. Если бы работы по термоядерной проблеме были бы усилены, отмечал GAC, тогда небольшим числом физиков-теоретиков можно было увеличить штат лаборатории.
Конкуренция между термоядерной программой и программами развития ядерного оружия за ограниченные ресурсы LANL продолжалась несколько лет. Дилемма состояла в том, от каких улучшений в ядерном оружии можно было бы отказаться и уменьшить ресурсы материалов, времени и персонала в ядерных разработках ради более отдаленного и неопределенного, но более мощного оружия.
На третьей встрече GAC в марте 1947 г. Э. Ферми отметил, что, хотя термоядерные исследования потребовали использования способностей физика-теоретика такого класса, как Э. Теллер, эти работы в данное время связаны с высоким уровнем пессимизма относительно успеха в создании термоядерного устройства. Э. Ферми надеялся, что существующие сомнения в реализуемости проекта могут быть разрешены в течение года.
По мнению GAC, термоядерное оружие хотя и не является задачей сегодняшнего дня, но работы по нему должны быть продолжены. Хотя быстрый прогресс в реализации термоядерного взрыва не ожидается, однако, отмечал GAC, исследования по этой проблеме содействуют эффективности работы LANL и являются основой для прогресса в будущем. В связи с этим GAC рекомендовал LANL проводить исследования по использованию термоядерных процессов в ядерных взрывах. Исследования этих задач, относящихся к долгосрочной перспективе, представляют, по мнению GAC, очень большой интерес.
GAC отметил, что по каждому из двух направлений («Super» и «AC») необходим периодический выпуск отчетов (по крайней мере, раз в шесть месяцев). Каждый отчет должен включать не только изложение текущего состояния вопроса, но и оценивать необходимые экспериментальные программы, которые со временем приведут исследования к успеху.
LANL начал также планировать использование электронного вычислительного оборудования (на ранних стадиях его разработки в Принстонском университете) для проведения термоядерных исследований.
В апреле 1947 г. LANL предложила серию экспериментов для исследования термоядерных принципов. Предложения были подписаны Р. Ландшофером, К. Марком и Р. Рихтмайером. В основе предложений
лежал принцип, согласно которому любой эксперимент LANL должен расширить знания об основных процессах ядерного взрыва.
Эксперименты должны были тестировать некоторые физические принципы, важные для термоядерных систем, таких, как «AC». Возможность исследований этих принципов только теоретическими методами была неадекватной из-за того, что полная физическая картина была исключительно сложной. Поэтому проверка принципов в прямых испытаниях являлась крайне желательной.
испытание B.
Высокая температура, создаваемая ядерным взрывом, должна вызывать термоядерные реакции. В такой системе энергия, производимая термоядерными реакциями, может быть незначительной, но нейтроны с энергией в 14 МэВ, производимые в TD-реакции, легко детектировать, и количество произведенного трития также легко детектируется, если в системе первоначально использовался только дейтерий.
Успех такого эксперимента зависел бы прежде всего от достижения в дейтерии высоких температур, которые зависели от потоковизлучения
Испытание C
(с использованием как дейтерия, так и трития) существенно менее чувствительно. Поэтому сравнение экспериментов B и C дало бы больше информации, чем сравнение каждого испытания по отдельности с ожидаемыми параметрами.
Испытание A
необходимо для контроля (речь идет о сравнительном устройстве, в котором отсутствуют термоядерные реакции).
Устройство для испытаний включало дейтерийсодержащую область между делящимся ядром и оболочкой. В обоих вариантах (B и C) предполагалось, что термоядерное горючее будет хорошо сжато.
В сентябре 1947 г., несмотря на значительное количество различных рассмотренных вариантов, проект «AC» стал представляться все менее и менее привлекательным.
LANL были необходимы данные для описания поведения материалов при исключительно высоких температурах, без этой информации невозможно определить реализуемость термоядерного горения.
Величайшим «подарком судьбы» для физиков-теоретиков стало появление ЭВМ. Компьютерные вычисления первоначального варианта «AC» были закончены в 1953-1954 гг. и показали, что устройство было неработоспособно в предложенной форме.
К приоритетным первоначальным компьютерным вычислениям термоядерной программы относились работы по выяснению возможности получения энерговыделения в 10 Мт при массе устройства между 40 и 100 т.
ОСНОВНЫЕ ИТОГИ РАЗРАБОТКИ «СЛОЙКИ» В США
В сентябре 1947 г. Э. Теллер написал работу «О разработке термоядерной бомбы».
Она содержала все аспекты программы по созданию водородной бомбы на тот момент времени. В ней Теллер также предложил использовать 6LiD в качестве термоядерного горючего и отметил, что могут потребоваться сотни килограммов этого вещества. Он отметил, что проблемы производства трития были фактором, который препятствовал созданию ранних вариантов водородной бомбы. Использование дейтерида лития существенно упрощало многие вопросы, но требовало создания производства по обогащению материала изотопом 6Li, а также не решало проблему зажигания.
Литий в американской ядерной программе использовался в виде соли — фторида лития, который облучался в реакторах Хэнфорда для получения трития.
Предложения Теллера включали исследования процессов нейтронно-ядерного взаимодействия для легких веществ и проведения испытаний по проверке термоядерного горения «в малых масштабах».
В этом отчете Э. Теллер связал успехи в создании водородной бомбы с созданием более мощных ЭВМ и лучшим пониманием распространения ударных волн в массах термоядерного горючего.
Несмотря на ряд неизвестных факторов, он, в частности, подтвердил свою уверенность в реализуемости проекта «Super» 1946 г. и предположил возможность получения в нем энерговыделения в 1000 Мт.
В отчете предлагалось провести максимально быстро два термоядерных эксперимента, так как их данные могли бы быть использованы для определения реализуемости проекта «AC». В работе также подчеркивалось, что производство трития будет, вероятно, определяющим фактором для первых вариантов любой водородной бомбы.
Теллер считал, что возможность реализации такого устройства зависит от того, в какой степени термоядерные материалы будут перемешиваться с тяжелыми делящимися материалами в процессе имплозии.
Заключение Теллера по «AC» в 1947 г. было достаточно пессимистическим. В то же время он отмечал, что возможность схемы «AC» может быть открыта конкурентами, хотя считал, что вероятность создания советского «AC» не очень велика.
Теллер также предложил отложить разработку «AC» и «Super» на два года, до тех пор, пока дальнейшие вычисления и эксперименты не будут завершены.
Э. Теллер отметил, что энерговыделение устройств может быть увеличено практически до любого уровня как в рамках проекта «Super», так и в рамках проекта «AC». «Нет причин сомневаться, что такая грандиозная инженерная проблема не может быть решена в течение нескольких лет».
Он считал доставку такого устройства средствами авиации совершенно невозможной. Однако такая доставка, по его мнению, могла быть осуществлена подводной лодкой.
Теллер также отметил, что если проект «AC» реализуем, то крупномасштабный вариант «AC» было бы легче создать, чем крупномасштабный вариант «Super». При этом он замечал, что инженерные проблемы и проблемы транспортировки «AC» с энерговыделением в 1000 Мт все равно остаются весьма сложными.
Теллер указывал на важность лабораторных экспериментов, которые проводятся в LANL для решения вопроса о том, насколько трудно будет инициировать «AC». К наиболее важным данным, в отношении которых имелась только фрагментарная информация, он относил сечения упругого и неупругого рассеяния, и особенно сечения деления природного урана высокоэнергетическими нейтронами вплоть до энергии в 14 МэВ. Аналогичная информация была необходима для нейтронно-ядерного взаимодействия с 235U и 239Pu и, возможно,
с 233U). К базисной информации Э. Теллер относил сечения упругого рассеяния высокоэнергетических нейтронов на ядрах дейтерия, а также для процесса дезинтеграции дейтерия на протон и нейтрон.
К важным исследованиям он относил определение сечений взаимодействия высокоэнергетических нейтронов с ядрами бериллия, кислорода и алюминия.
Теллер отметил, что хотя сечения взаимодействия D+D и D+T хорошо измерены, однако их дальнейшее изучение представляет интерес с целью повышения точности, которую он оценивал на тот момент времени в 20-30%. Он также предполагал целесообразность измерений сечений этих реакций в области низких энергий.
Определенный интерес, по мнению Теллера, представляло исследование сечений реакций 3He+D и T+T как сечений процессов, которые могут происходить на следующих стадиях термоядерного горения. Он отметил, однако, что эти вопросы менее важны, так как основная проблема связана не с точным определением энерговыделения «Super» или «AC», а с их реализуемостью.
Э. Теллер отмечал, что дальнейшие лабораторные исследования необходимо связывать с будущими испытаниями по реализуемости «AC». К таким исследованиям он, в частности, относил изучение нейтронов спектра деления вблизи уровня 14 МэВ. Испытания по реализуемости «AC» могли проводиться совместно с традиционными испытаниями типа «Trinity». Успех в реализуемости «AC» существенно зависел от наработки нейтронов в D+T-реакции, и поэтому эти нейтроны было необходимо отделить от сопутствующих нейтронов этой энергии в спектре деления.
Данные направления лабораторных исследований Э. Теллер относил к краткосрочной программе и считал, что все эти работы можно выполнить в течение года. По завершении этой программы через 1,5-2 года от момента формулировки данного предложения, по его мнению, было необходимо провести два испытания, которые ответят на вопрос, реализуем «AC» или нет.
К этому времени, предполагал Э. Теллер, должны вступить в строй новые высокопроизводительные ЭВМ, которые существенно лучше могли бы решать интегро-дифференциальные уравнения теории «AC». Таким образом, заключил Э. Теллер, можно было бы получить в целом реалистические оценки работы «AC».
В октябре 1947 г. отчет Теллера был рассмотрен в GAC. В заключении комитета отмечалось, что серьезные трудности в сущности термоядерной проблемы нуждаются в более широком обсуждении работ по этому вопросу, поэтому отчет не может быть классифицирован грифом выше, чем «секретно». В целом, GAC благоприятно оценил отчет Теллера и отметил, что программа основных исследований, предложенная в отчете, должна стать полезной частью работ LANL.
Комитет, прежде чем одобрить предложение по существенному увеличению производства трития, с одной стороны, и проводить оружейные испытания с термоядерными веществами, с другой стороны, подчеркнул, что он выступает за дальнейшее изучение проблемы.
Комитет заявил, что даже самая оптимистическая интерпретация существующих представлений о проблеме говорит о том, что реализация термоядерного оружия есть дело отдаленного будущего, и во многих случаях знания по проблеме фрагментарны и неадекватны.
Не все коллеги соглашались с Э. Теллером, что оставалось немного сомнений в реализуемости проекта «Super». Расчеты 1950 г. показали, что устройство «Super» 1947 г. было нереализуемо, а также то, что «волна» термоядерных реакций не распространяется по несжатой массе термоядерного горючего.
Проект «AC» представлялся в принципе реализуемым и позволял перейти к получению практически неограниченного энерговыделения. Однако при этом для крупномасштабного варианта требовалось столь большое инициирующее энерговыделение, что проект имел незначительный практический смысл.
ДАЛЬНЕЙШИЕ РАБОТЫ В США ДО ПОЯВЛЕНИЯ
ПРОЕКТА НА ПРИНЦИПЕ РАДИАЦИОННОЙ ИМПЛОЗИИ
В июне 1948 г. GAC вновь рассмотрел термоядерную программу и рекомендовал LANL сосредоточить усилия на более просто реализуемом проекте «Booster»: «Среди различных проектов термоядерного оружия, включая „Super“ и „AC“, один, и только один, проект представляется достаточно подходящим для относительно быстрой реализации; это — „Booster“». Комитет отмечал, что другие проекты лучше отложить на будущее, в том числе учитывая отсутствие ясных и хорошо определенных военных требований к ним. Разработка
«Booster» представлялась реализуемой с выходом на испытание через 2-5 лет. Детальные исследования по программе «Booster» начались в LANL в июне 1948 г.
В этой программе нет работ по проекту «AC». Они были в основном свернуты.
Э. Теллер являлся автором первых термоядерных проектов США: и проекта «Super», и проекта «AC». В период 1948-1949 гг. его интересы сдвинулись в сторону «Super», вопросы работы которого в это время энергично исследовались.
В начале 1950 г. Теллер выпустил итоговый отчет «О разработке термоядерных бомб», который являлся обновленной версией отчета 1947 г.
В 1950 г. вариант «Super», представленный на конференции 1946 г., рассматривался как основной вариант для термоядерной программы, но отмечалось, что «AC» может быть альтернативным решением.
После объявления президентом Трумэном о разработке термоядерного оружия Теллер написал: «Может быть зафиксировано, что «Super», вероятно, реализуем. Однако его сложная схема оставляет мало надежд, что его можно реально сделать в ближайшие 3-4 года. Кроме того, он требует значительных количеств трития».
Теллер, вероятно, полагал, что «AC» является реальной альтернативой, поскольку его реализация была основана на ясных физических принципах. Однако, как писал Г. Бете, никто не знал, как обеспечить сжатие «AC», чтобы получить в нем достаточно высокие плотности.
В июне 1951 г. Э. Теллер и Ф. Де-Гоффман выпустили отчет, посвященный эффективности применения дейтерида 6Li в новой схеме сверхбомбы.
На состоявшейся 16-17 июня 1951 г. в Принстоне конференции по проблемам сверхбомбы была признана необходимость производства 6LiD. Однако никакого задела по организации масштабного производства 6Li тогда в США не было. Такому положению способствовало открытие в начале 1950 г. альтернативной термоядерным разработкам возможности создания на основе усовершенствованной техники химической имплозии атомной бомбы на основе 235U с тротиловым эквивалентом в несколько сотен тысяч тонн.
На смену приходил принцип радиационной имплозии.
Так, в плане LANL для проверки новых принципов (март 1951 г.) отмечалось, что среди испытаний, которые представляются наиболее важными, находится испытание, связанное с бустированием оружия.
Другое направление связывалось с возможностью «гетерокаталитического взрыва», когда имплозия одной бомбы использует энергию взрыва другой вспомогательной бомбы («стадийный» принцип).
Третье направление предполагало испытания по выяснению роли перемешивания в условиях ядерного взрыва — вопросу, который, в частности, был важен в связи с проектом «AC».
По инициативе Э. Теллера для усиления работ по термоядерной проблеме в начале 1952 г. была организована Ливерморская лаборатория — вторая ядерная оружейная лаборатория.
Успехи США в создании термоядерного оружия связаны с принципом радиационной имплозии.
Этот принцип восходит к предложению 1946 г., когда К. Фукс и Дж. фон Нейман предложили для «классического супера» новую систему инициирования термоядерной детонации. Эта система включала в себя дополнительный термоядерный модуль из жидкой DT-смеси, которая нагревалась, сжималась и в результате зажигалась энергией излучения первичной атомной бомбы. Термоядерный модуль и первичный атомный заряд были заключены в единый «корпус», внутри которого осуществлялся перенос рентгеновского излучения от первичного заряда к термоядерному модулю.
Модификация этой конструкции (Э. Теллер, Г. Гамов) была испытана 08.05.1951 г. (испытание «Goerge»), ее мощность составила 225 кт, при этом она практически определялась мощностью атомного инициатора .
В марте 1951 г., т.е. до проведения опыта «George», в ходе дискуссий между С. Уламом и Э. Теллером были найдены новые возможности для конструирования водородной бомбы. Суть предложений Э. Теллера и С. Улама основана на «сжатии и инициировании пространственно разделенного вторичного (secondary) термоядерного узла большой мощности .
В сентябре 1951 г. было принято решение о разработке термоядерного устройства на новом принципе, а несколько ранее, в июне того же года, было решено начать производство 6LiD, необходимого для термоядерных зарядов. 30 июля 1952 г. президент США Трумэн объявил об испытании осенью 1952 г. водородной бомбы «Mike» — двухстадийного термоядерного заряда.
Эта схема была успешно испытана в термоядерном взрыве «Mike» 1 ноября 1952 г. В качестве термоядерного горючего использовался жидкий дейтерий. Взрыв мощностью 10,4 Мт подтвердил правильность принципа радиационной имплозии и ознаменовал момент вступления США в век термоядерного оружия.
Масса устройства составляла 82 т. Большая часть энерговыделения (~77%) была вызвана реакциями деления. Отметим, что разработчики заряда перед испытанием оценивали его мощность в 5 Мт, но не исключалась возможность энерговыделения в 50-90 Мт.
Различие между американским и советским подходами к проекту «слоеной бомбы» отчасти было связано с тем, что к началу 50-х гг. в СССР были сделаны только первые шаги по разработке ядерных зарядов, поэтому термоядерный заряд в сотни килотонн представлял большой практический интерес при условии его реализации в размерах РДС-1.
В США от термоядерной программы требовалось получение энерговыделения мегатонного класса. Это приводило к большим массам, габаритам и расходу дефицитных материалов.
Продолжение следует .
#достиженияссср
«AC» использовала центральную часть, в которой чередовались слои делящихся материалов и термоядерного горючего.
В записке от 1 октября 1946 г. доктор Теллер предложил имплозивный заряд с гетерогенной центральной частью с термоядерным горючим. Позднее (в 1950 г.) «AC» характеризовалась как схема, которая позволяла получать большое энерговыделение при использовании относительно дешевых материалов.
Это был новый подход, который предполагал, что термоядерная бомба может быть создана в рамках существовавших возможностей Лос-Аламоса, хотя конкретный путь реализации этой идеи в практическую систему в то время отсутствовал.
Устройство «AC» могло потребовать инициирующего взрыва, который превышал бы, по крайней мере, в 2-3 раза энерговыделение «Fat Man». Теоретические работы над «AC» продолжались до конца 1947 года; за это время схема устройства изменялась несколько раз.
Первый полный отчет по «AC» был выпущен в ноябре 1946 г В отчете отмечалось, «что в настоящее время схема представляется в целом реализуемой, при условии, что некоторые негативные эффекты не окажутся слишком серьезными». Исследования также включали процессы, происходящие при взрыве ядерного устройства в составе «AC».
До того, как работоспособная ядерная бомба была бы создана, требовалось разработать хорошие ядерные «триггеры» и лучше понять вопросы, связанные с энергетикой и продуктами ядерного взрыва.
В декабре 1946 г. был предложен эксперимент для проверки особенностей термоядерного горения одновременно с испытаниями ядерного заряда с «умеренным» энерговыделением.
В январе и феврале 1947 г. была развита «улучшенная теория эффективности» «AC».
Главный консультативный комитет США (GAC) отметил в это время «оптимистический отчет доктора Теллера и некоторые его предложения по дальнейшим различным вопросам термоядерных исследований. Он подчеркнул, что термоядерные исследования не должны рассматриваться в качестве соревнования/конкуренции с ядерной программой, а являться полезным дополнением к совершенствованию ядерного оружия в LANL. Если бы работы по термоядерной проблеме были бы усилены, отмечал GAC, тогда небольшим числом физиков-теоретиков можно было увеличить штат лаборатории.
Конкуренция между термоядерной программой и программами развития ядерного оружия за ограниченные ресурсы LANL продолжалась несколько лет. Дилемма состояла в том, от каких улучшений в ядерном оружии можно было бы отказаться и уменьшить ресурсы материалов, времени и персонала в ядерных разработках ради более отдаленного и неопределенного, но более мощного оружия.
На третьей встрече GAC в марте 1947 г. Э. Ферми отметил, что, хотя термоядерные исследования потребовали использования способностей физика-теоретика такого класса, как Э. Теллер, эти работы в данное время связаны с высоким уровнем пессимизма относительно успеха в создании термоядерного устройства. Э. Ферми надеялся, что существующие сомнения в реализуемости проекта могут быть разрешены в течение года.
По мнению GAC, термоядерное оружие хотя и не является задачей сегодняшнего дня, но работы по нему должны быть продолжены. Хотя быстрый прогресс в реализации термоядерного взрыва не ожидается, однако, отмечал GAC, исследования по этой проблеме содействуют эффективности работы LANL и являются основой для прогресса в будущем. В связи с этим GAC рекомендовал LANL проводить исследования по использованию термоядерных процессов в ядерных взрывах. Исследования этих задач, относящихся к долгосрочной перспективе, представляют, по мнению GAC, очень большой интерес.
GAC отметил, что по каждому из двух направлений («Super» и «AC») необходим периодический выпуск отчетов (по крайней мере, раз в шесть месяцев). Каждый отчет должен включать не только изложение текущего состояния вопроса, но и оценивать необходимые экспериментальные программы, которые со временем приведут исследования к успеху.
LANL начал также планировать использование электронного вычислительного оборудования (на ранних стадиях его разработки в Принстонском университете) для проведения термоядерных исследований.
В апреле 1947 г. LANL предложила серию экспериментов для исследования термоядерных принципов. Предложения были подписаны Р. Ландшофером, К. Марком и Р. Рихтмайером. В основе предложений
лежал принцип, согласно которому любой эксперимент LANL должен расширить знания об основных процессах ядерного взрыва.
Эксперименты должны были тестировать некоторые физические принципы, важные для термоядерных систем, таких, как «AC». Возможность исследований этих принципов только теоретическими методами была неадекватной из-за того, что полная физическая картина была исключительно сложной. Поэтому проверка принципов в прямых испытаниях являлась крайне желательной.
испытание B.
Высокая температура, создаваемая ядерным взрывом, должна вызывать термоядерные реакции. В такой системе энергия, производимая термоядерными реакциями, может быть незначительной, но нейтроны с энергией в 14 МэВ, производимые в TD-реакции, легко детектировать, и количество произведенного трития также легко детектируется, если в системе первоначально использовался только дейтерий.
Успех такого эксперимента зависел бы прежде всего от достижения в дейтерии высоких температур, которые зависели от потоковизлучения
Испытание C
(с использованием как дейтерия, так и трития) существенно менее чувствительно. Поэтому сравнение экспериментов B и C дало бы больше информации, чем сравнение каждого испытания по отдельности с ожидаемыми параметрами.
Испытание A
необходимо для контроля (речь идет о сравнительном устройстве, в котором отсутствуют термоядерные реакции).
Устройство для испытаний включало дейтерийсодержащую область между делящимся ядром и оболочкой. В обоих вариантах (B и C) предполагалось, что термоядерное горючее будет хорошо сжато.
В сентябре 1947 г., несмотря на значительное количество различных рассмотренных вариантов, проект «AC» стал представляться все менее и менее привлекательным.
LANL были необходимы данные для описания поведения материалов при исключительно высоких температурах, без этой информации невозможно определить реализуемость термоядерного горения.
Величайшим «подарком судьбы» для физиков-теоретиков стало появление ЭВМ. Компьютерные вычисления первоначального варианта «AC» были закончены в 1953-1954 гг. и показали, что устройство было неработоспособно в предложенной форме.
К приоритетным первоначальным компьютерным вычислениям термоядерной программы относились работы по выяснению возможности получения энерговыделения в 10 Мт при массе устройства между 40 и 100 т.
ОСНОВНЫЕ ИТОГИ РАЗРАБОТКИ «СЛОЙКИ» В США
В сентябре 1947 г. Э. Теллер написал работу «О разработке термоядерной бомбы».
Она содержала все аспекты программы по созданию водородной бомбы на тот момент времени. В ней Теллер также предложил использовать 6LiD в качестве термоядерного горючего и отметил, что могут потребоваться сотни килограммов этого вещества. Он отметил, что проблемы производства трития были фактором, который препятствовал созданию ранних вариантов водородной бомбы. Использование дейтерида лития существенно упрощало многие вопросы, но требовало создания производства по обогащению материала изотопом 6Li, а также не решало проблему зажигания.
Литий в американской ядерной программе использовался в виде соли — фторида лития, который облучался в реакторах Хэнфорда для получения трития.
Предложения Теллера включали исследования процессов нейтронно-ядерного взаимодействия для легких веществ и проведения испытаний по проверке термоядерного горения «в малых масштабах».
В этом отчете Э. Теллер связал успехи в создании водородной бомбы с созданием более мощных ЭВМ и лучшим пониманием распространения ударных волн в массах термоядерного горючего.
Несмотря на ряд неизвестных факторов, он, в частности, подтвердил свою уверенность в реализуемости проекта «Super» 1946 г. и предположил возможность получения в нем энерговыделения в 1000 Мт.
В отчете предлагалось провести максимально быстро два термоядерных эксперимента, так как их данные могли бы быть использованы для определения реализуемости проекта «AC». В работе также подчеркивалось, что производство трития будет, вероятно, определяющим фактором для первых вариантов любой водородной бомбы.
Теллер считал, что возможность реализации такого устройства зависит от того, в какой степени термоядерные материалы будут перемешиваться с тяжелыми делящимися материалами в процессе имплозии.
Заключение Теллера по «AC» в 1947 г. было достаточно пессимистическим. В то же время он отмечал, что возможность схемы «AC» может быть открыта конкурентами, хотя считал, что вероятность создания советского «AC» не очень велика.
Теллер также предложил отложить разработку «AC» и «Super» на два года, до тех пор, пока дальнейшие вычисления и эксперименты не будут завершены.
Э. Теллер отметил, что энерговыделение устройств может быть увеличено практически до любого уровня как в рамках проекта «Super», так и в рамках проекта «AC». «Нет причин сомневаться, что такая грандиозная инженерная проблема не может быть решена в течение нескольких лет».
Он считал доставку такого устройства средствами авиации совершенно невозможной. Однако такая доставка, по его мнению, могла быть осуществлена подводной лодкой.
Теллер также отметил, что если проект «AC» реализуем, то крупномасштабный вариант «AC» было бы легче создать, чем крупномасштабный вариант «Super». При этом он замечал, что инженерные проблемы и проблемы транспортировки «AC» с энерговыделением в 1000 Мт все равно остаются весьма сложными.
Теллер указывал на важность лабораторных экспериментов, которые проводятся в LANL для решения вопроса о том, насколько трудно будет инициировать «AC». К наиболее важным данным, в отношении которых имелась только фрагментарная информация, он относил сечения упругого и неупругого рассеяния, и особенно сечения деления природного урана высокоэнергетическими нейтронами вплоть до энергии в 14 МэВ. Аналогичная информация была необходима для нейтронно-ядерного взаимодействия с 235U и 239Pu и, возможно,
с 233U). К базисной информации Э. Теллер относил сечения упругого рассеяния высокоэнергетических нейтронов на ядрах дейтерия, а также для процесса дезинтеграции дейтерия на протон и нейтрон.
К важным исследованиям он относил определение сечений взаимодействия высокоэнергетических нейтронов с ядрами бериллия, кислорода и алюминия.
Теллер отметил, что хотя сечения взаимодействия D+D и D+T хорошо измерены, однако их дальнейшее изучение представляет интерес с целью повышения точности, которую он оценивал на тот момент времени в 20-30%. Он также предполагал целесообразность измерений сечений этих реакций в области низких энергий.
Определенный интерес, по мнению Теллера, представляло исследование сечений реакций 3He+D и T+T как сечений процессов, которые могут происходить на следующих стадиях термоядерного горения. Он отметил, однако, что эти вопросы менее важны, так как основная проблема связана не с точным определением энерговыделения «Super» или «AC», а с их реализуемостью.
Э. Теллер отмечал, что дальнейшие лабораторные исследования необходимо связывать с будущими испытаниями по реализуемости «AC». К таким исследованиям он, в частности, относил изучение нейтронов спектра деления вблизи уровня 14 МэВ. Испытания по реализуемости «AC» могли проводиться совместно с традиционными испытаниями типа «Trinity». Успех в реализуемости «AC» существенно зависел от наработки нейтронов в D+T-реакции, и поэтому эти нейтроны было необходимо отделить от сопутствующих нейтронов этой энергии в спектре деления.
Данные направления лабораторных исследований Э. Теллер относил к краткосрочной программе и считал, что все эти работы можно выполнить в течение года. По завершении этой программы через 1,5-2 года от момента формулировки данного предложения, по его мнению, было необходимо провести два испытания, которые ответят на вопрос, реализуем «AC» или нет.
К этому времени, предполагал Э. Теллер, должны вступить в строй новые высокопроизводительные ЭВМ, которые существенно лучше могли бы решать интегро-дифференциальные уравнения теории «AC». Таким образом, заключил Э. Теллер, можно было бы получить в целом реалистические оценки работы «AC».
В октябре 1947 г. отчет Теллера был рассмотрен в GAC. В заключении комитета отмечалось, что серьезные трудности в сущности термоядерной проблемы нуждаются в более широком обсуждении работ по этому вопросу, поэтому отчет не может быть классифицирован грифом выше, чем «секретно». В целом, GAC благоприятно оценил отчет Теллера и отметил, что программа основных исследований, предложенная в отчете, должна стать полезной частью работ LANL.
Комитет, прежде чем одобрить предложение по существенному увеличению производства трития, с одной стороны, и проводить оружейные испытания с термоядерными веществами, с другой стороны, подчеркнул, что он выступает за дальнейшее изучение проблемы.
Комитет заявил, что даже самая оптимистическая интерпретация существующих представлений о проблеме говорит о том, что реализация термоядерного оружия есть дело отдаленного будущего, и во многих случаях знания по проблеме фрагментарны и неадекватны.
Не все коллеги соглашались с Э. Теллером, что оставалось немного сомнений в реализуемости проекта «Super». Расчеты 1950 г. показали, что устройство «Super» 1947 г. было нереализуемо, а также то, что «волна» термоядерных реакций не распространяется по несжатой массе термоядерного горючего.
Проект «AC» представлялся в принципе реализуемым и позволял перейти к получению практически неограниченного энерговыделения. Однако при этом для крупномасштабного варианта требовалось столь большое инициирующее энерговыделение, что проект имел незначительный практический смысл.
ДАЛЬНЕЙШИЕ РАБОТЫ В США ДО ПОЯВЛЕНИЯ
ПРОЕКТА НА ПРИНЦИПЕ РАДИАЦИОННОЙ ИМПЛОЗИИ
В июне 1948 г. GAC вновь рассмотрел термоядерную программу и рекомендовал LANL сосредоточить усилия на более просто реализуемом проекте «Booster»: «Среди различных проектов термоядерного оружия, включая „Super“ и „AC“, один, и только один, проект представляется достаточно подходящим для относительно быстрой реализации; это — „Booster“». Комитет отмечал, что другие проекты лучше отложить на будущее, в том числе учитывая отсутствие ясных и хорошо определенных военных требований к ним. Разработка
«Booster» представлялась реализуемой с выходом на испытание через 2-5 лет. Детальные исследования по программе «Booster» начались в LANL в июне 1948 г.
В этой программе нет работ по проекту «AC». Они были в основном свернуты.
Э. Теллер являлся автором первых термоядерных проектов США: и проекта «Super», и проекта «AC». В период 1948-1949 гг. его интересы сдвинулись в сторону «Super», вопросы работы которого в это время энергично исследовались.
В начале 1950 г. Теллер выпустил итоговый отчет «О разработке термоядерных бомб», который являлся обновленной версией отчета 1947 г.
В 1950 г. вариант «Super», представленный на конференции 1946 г., рассматривался как основной вариант для термоядерной программы, но отмечалось, что «AC» может быть альтернативным решением.
После объявления президентом Трумэном о разработке термоядерного оружия Теллер написал: «Может быть зафиксировано, что «Super», вероятно, реализуем. Однако его сложная схема оставляет мало надежд, что его можно реально сделать в ближайшие 3-4 года. Кроме того, он требует значительных количеств трития».
Теллер, вероятно, полагал, что «AC» является реальной альтернативой, поскольку его реализация была основана на ясных физических принципах. Однако, как писал Г. Бете, никто не знал, как обеспечить сжатие «AC», чтобы получить в нем достаточно высокие плотности.
В июне 1951 г. Э. Теллер и Ф. Де-Гоффман выпустили отчет, посвященный эффективности применения дейтерида 6Li в новой схеме сверхбомбы.
На состоявшейся 16-17 июня 1951 г. в Принстоне конференции по проблемам сверхбомбы была признана необходимость производства 6LiD. Однако никакого задела по организации масштабного производства 6Li тогда в США не было. Такому положению способствовало открытие в начале 1950 г. альтернативной термоядерным разработкам возможности создания на основе усовершенствованной техники химической имплозии атомной бомбы на основе 235U с тротиловым эквивалентом в несколько сотен тысяч тонн.
На смену приходил принцип радиационной имплозии.
Так, в плане LANL для проверки новых принципов (март 1951 г.) отмечалось, что среди испытаний, которые представляются наиболее важными, находится испытание, связанное с бустированием оружия.
Другое направление связывалось с возможностью «гетерокаталитического взрыва», когда имплозия одной бомбы использует энергию взрыва другой вспомогательной бомбы («стадийный» принцип).
Третье направление предполагало испытания по выяснению роли перемешивания в условиях ядерного взрыва — вопросу, который, в частности, был важен в связи с проектом «AC».
По инициативе Э. Теллера для усиления работ по термоядерной проблеме в начале 1952 г. была организована Ливерморская лаборатория — вторая ядерная оружейная лаборатория.
Успехи США в создании термоядерного оружия связаны с принципом радиационной имплозии.
Этот принцип восходит к предложению 1946 г., когда К. Фукс и Дж. фон Нейман предложили для «классического супера» новую систему инициирования термоядерной детонации. Эта система включала в себя дополнительный термоядерный модуль из жидкой DT-смеси, которая нагревалась, сжималась и в результате зажигалась энергией излучения первичной атомной бомбы. Термоядерный модуль и первичный атомный заряд были заключены в единый «корпус», внутри которого осуществлялся перенос рентгеновского излучения от первичного заряда к термоядерному модулю.
Модификация этой конструкции (Э. Теллер, Г. Гамов) была испытана 08.05.1951 г. (испытание «Goerge»), ее мощность составила 225 кт, при этом она практически определялась мощностью атомного инициатора .
В марте 1951 г., т.е. до проведения опыта «George», в ходе дискуссий между С. Уламом и Э. Теллером были найдены новые возможности для конструирования водородной бомбы. Суть предложений Э. Теллера и С. Улама основана на «сжатии и инициировании пространственно разделенного вторичного (secondary) термоядерного узла большой мощности .
В сентябре 1951 г. было принято решение о разработке термоядерного устройства на новом принципе, а несколько ранее, в июне того же года, было решено начать производство 6LiD, необходимого для термоядерных зарядов. 30 июля 1952 г. президент США Трумэн объявил об испытании осенью 1952 г. водородной бомбы «Mike» — двухстадийного термоядерного заряда.
Эта схема была успешно испытана в термоядерном взрыве «Mike» 1 ноября 1952 г. В качестве термоядерного горючего использовался жидкий дейтерий. Взрыв мощностью 10,4 Мт подтвердил правильность принципа радиационной имплозии и ознаменовал момент вступления США в век термоядерного оружия.
Масса устройства составляла 82 т. Большая часть энерговыделения (~77%) была вызвана реакциями деления. Отметим, что разработчики заряда перед испытанием оценивали его мощность в 5 Мт, но не исключалась возможность энерговыделения в 50-90 Мт.
Различие между американским и советским подходами к проекту «слоеной бомбы» отчасти было связано с тем, что к началу 50-х гг. в СССР были сделаны только первые шаги по разработке ядерных зарядов, поэтому термоядерный заряд в сотни килотонн представлял большой практический интерес при условии его реализации в размерах РДС-1.
В США от термоядерной программы требовалось получение энерговыделения мегатонного класса. Это приводило к большим массам, габаритам и расходу дефицитных материалов.
Продолжение следует .
#достиженияссср
Следующая публикация
Нет комментариев