В 1943 году у Теллера появился единомышленник – поляк Станислав Улам, попавший в Манхэттенский проект по рекомендации друга, венгро-американского математика Джона фон Неймана. По сути, в рамках проекта Теллер и Улам вели свои собственные исследования, практически не связанные с основными задачами группы Оппенгеймера. Именно Улам предложил схему, которая легла в основу двухступенчатого варианта водородной бомбы. Теллер сначала рассматривал более простое решение, в котором тепло от взрыва первой ступени разогревало жидкий дейтерий в примыкающей емкости до температуры начала термоядерного синтеза. Но расчеты показали, что дейтерий будет слишком быстро охлаждаться и для термоядерного зажигания в этой схеме нужен взрыв мощностью около 500 килотонн.
Улам же изучал вариант обжатия плутония ядерной, а не химической взрывчаткой и получил результаты, из которых следовало, что при обжатии дейтерия или смеси дейтерия с тритием может начаться термоядерная реакция. На основе рассуждений Улама
[22] Теллер пришёл к выводу, что обжатие второй ступени не обязательно осуществлять ударной волной, вместо неё можно использовать рентгеновское излучение взрыва первой ступени. А Улам предложил ещё одну ключевую идею схемы: полное разделение ступеней.
Но на то, чтобы перейти от теории к практике, понадобилось много лет. Во-первых, исследования на тему термоядерной бомбы велись параллельно с основными, связанными с атомным оружием, а во-вторых, под практическую реализацию термояда требовалось отдельное финансирование. В итоге реальная работа началась уже после того, как атомная бомба была не только создана, но и использована: сброшена на японские города.
В 1951 году в рамках пятой серии американских ядерных испытаний, операции «Парник» (Greenhouse), проверили на практике в том числе и концепцию Теллера – Улама. Первые два взрыва серии – Dog и Easy, проведённые 7 и 20 апреля, были типовыми испытательными взрывами атомных бомб Mark 6 и Mark 5 соответственно. А вот третий взрыв, George, произошедший 8 мая, выглядел интереснее. Бомба, известная как Cylinder, представляла собой собственно цилиндр из обогащенного урана, в осевом отверстии которого содержалась капсула с тяжёлыми изотопами водорода – жидким дейтерием с небольшой примесью трития. Реакция синтеза не внесла серьёзного вклада в энерговыделение взрыва: измерения показали, что из эквивалента в 225 килотонн на термоядерную часть пришлось всего около 25 килотонн. Но эксперимент продемонстрировал, что создание водородной бомбы в принципе возможно. Это было первое использование термоядерной реакции во взрывном устройстве.
Наконец, четвёртое испытание, Item, стало первым в истории взрывом бустированного (усиленного) ядерного заряда. В бомбе Booster смесь дейтерия и трития впрыскивалась во внутреннюю полость («сборку») компактной атомной бомбы. Взрыв последней инициировал повышение давления и температуры и, как следствие, реакцию синтеза между дейтерием и тритием. Суммарная мощность Booster составила 45,5 килотонны, что примерно вдвое превышало мощность взрыва такой же бомбы на чистом делении. Эффект достигался за счет образовавшегося при синтезе потока быстрых нейтронов, вызывавших интенсивное деление урана.
Так или иначе было понятно, что концепция рабочая. И 1 ноября 1952 года на одном из островов печально известного атолла Эниветок появилось первое в истории полноценное двухступенчатое термоядерное взрывное устройство, известное как Ivy Mike. Именно «построено»: это была стационарная конструкция массой 73,8 тонны, занимавшая целый ангар; в советских шпионских документах она вообще фигурировала как «термоядерная установка», точно речь шла о чём-то мирном. Разработчиком выступил не сам Теллер, а его подчинённый – ученик Ферми 24-летний Ричард Гарвин.
В качестве первой ступени использовалась серийная атомная бомба Mark 5 – относительно компактное устройство. А вот второй ступенью был сосуд Дьюара (фактически большой термос) с жидким дейтерием, и четверть общей массы Ivy Mike составляла масса холодильной установки. Сосуд с дейтерием был заключён в 4,5-тонный корпус из природного урана, а в центре располагалась «свеча зажигания» – плутониевый стержень. В общем, конструкция более или менее соответствовала современной двухступенчатой схеме водородной бомбы, только в сильно увеличенных размерах и с использованием жидкого дейтерия вместо дейтерида лития-6. Излучение от взрыва первой ступени подводилось ко второй с помощью конструкции из листов свинца и полиэтилена.
В эксперименте было задействовано 9350 военных и 2300 гражданских лиц, на нескольких островах атолла построили бункеры с измерительным оборудованием, а на острове Перри запустили целый криогенный завод для производства жидкого дейтерия и жидкого водорода для охладительной установки.
1 ноября 1952 года в 7:15 утра Ivy Mike подорвали – суммарная мощность взрыва составила 10,5 мегатонны, из них 2,5 мегатонны пришлись на долю термоядерного синтеза, а 8 мегатонн – на долю деления урана-238
[23] быстрыми нейтронами, образующимися при синтезе. На тот момент это был самый мощный взрыв за всю историю человечества. На том месте, где он произошёл, образовался кратер диаметром 1,9 километра и глубиной 50 метров. Эдвард Теллер, в момент взрыва занимавшийся регистрацией сотрясения в Беркли (Калифорния), сразу после успешного испытания отправил в Лос-Аламос своему непосредственному начальнику, доктору Элизабет Грейвс, телеграмму: «Это мальчик».
А теперь можно переходить к советскому проекту.
Тем временем в СССР
Человеком, благодаря которому термоядерная бомба появилась в СССР, был легендарный Клаус Фукс. В 1943 году Теллер впервые публично (на самом деле не совсем публично – на закрытой лекции в Лос-Аламосе) рассказал другим физикам о своей концепции, а чуть позже Энрико Ферми подготовил на этой основе несколько докладов. Содержание его докладов Клаус Фукс, немецкий физик-теоретик, сотрудник Манхэттенского проекта и заодно советский шпион, передал в сентябре 1945 года в СССР вместе с другими документами по атомной бомбе. Кроме того, на протяжении работы в Лос-Аламосе Фукс часто и много беседовал и с Теллером, и с Ферми, и с Уламом о концепции водородной бомбы; Теллер считал Фукса очень внимательным и приятным собеседником. Информацию, почерпнутую из этих разговоров, Фукс также изложил в документах, которые передал советскому правительству.
Аналогом Лос-Аламосской лаборатории в Советском Союзе на тот момент было сурово засекреченное КБ-11 при Лаборатории измерительных приборов АН СССР. Располагалось оно в городке Саров в Мордовии. Впоследствии Саров переименовали в Арзамас-75, а потом в Арзамас-16 и сделали закрытым городом. Что самое удивительное, Саров, где расположен Российский федеральный ядерный центр, и по сей день остаётся ЗАТО, куда необходимо получать специальные разрешения на въезд – и это при 100-тысячном населении города! Практика закрытых жилых городов, с моей точки зрения, чудовищный пережиток, но тут ничего не поделаешь.
