Андрей Сахаров. Наука и свобода

Горелик Геннадий

В такие расчеты сначала и погрузился Сахаров. Но уже через пару месяцев он почувствовал себя изобретателем и придумал совершенно другую конструкцию. Она была наглядно другой. Уже не труба, а шар. Сферические слои образовывали нечто вроде ореха, в котором ядрышко — атомная бомба, окруженная хитрой скорлупкой, несколькими разными слоями вещества. Поэтому сахаровскую конструкцию назвали Слойкой. Как будто специально для секретности. Ведь в русском языке слойка — это булочка из слоеного теста. Само название ничуть не помогает понять рецепт этой термоядерной булочки.

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

Li ⁶+n->T+He ⁴ + 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 Li ⁶D 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.