Решающий шаг к миру. Водородная бомба с атомным обжатием РДС-37
Шрифт:
Непосредственно перед приездом в декабре 1954 г. в КБ-11 министра МСМ В.А. Малышева был составлен план работ по проблеме атомного обжатия, в котором детально определены этапы работ и ответственные за него/7, с. 282/.
1. Разработка модельной системы для проверки принципа посредством испытания на полигоне.
Выдача технического задания 01.02.55 г.
Разработка программы измерений 01.04.55 г.
Расчет ожидаемой мощности 01.07.55 г.
Исполнители: Забабахин, Франк-Каменецкий, Феоктистов, Гандельман, Адамский, Дмитриев, Трутнев, Рабинович, Родигин, Заграфов, Романов, Сахаров.
2. Разработка мощной системы АО весом 15 тонн. Задание на предварительное эскизное проектирование первого варианта к 01.04.55 г.
В случае успешного решения — задание на техническое проектирование к 01.12.55г.
Исполнители: Сахаров, Романов, Шумаев, Козлов, Бабаев, Гончаров, Заграфов, Курилов, Гандельман, Адамский.
3. Теория обжатия и внешних тепловых процессов в системах
а) Проникновение тепла в кожух.
б) Симметризация.
в)
г) Приближенные методы расчета.
д) Анализ точных расчетов.
е) Усовершенствование методики точных расчетов. Предварительный отчет 01.06.55 г.
Расчеты конструктивных вариантов и окончательный отчет 01.12.55 г.
Исполнители: Забабахин, Попов, Вахрамеев, Адамский, Клинишов, Гандельман, Заграфов, Бабаев.
4. Расчеты мощности и инициирования систем АО.
а) Изучение влияния различных факторов на КПД сгорания легкого вещества.
б) Разбавленные системы (введение бериллия или неполностью обогащенного лития в ядерное горючее).
в) Расчет работы инициатора на разбавленном тяжелом веществе при наличии фона.
г) Инициатор с повышенной теплопроводностью (разведение бериллием).
д) Расчет инициатора типа «пузыря».
е) Расчет термоядерного инициатора.
ж) Теория автокаталитического инициатора. Предварительный отчет 01.03.55 г.
Отчет по приближенным методам 01.06.55 г. Расчеты конструктивных вариантов 01.06 и 01.12.55 г. Исполнители: Феоктистов, Рабинович, Трутнев, Франк-Каменецкий, Романов, Козлов, Гончаров, Чуразов.
5. Уточнение уравнений состояния и характеристик теплопроводности легких и тяжелых веществ.
Предварительный отчет 01.06.55 г. Окончательный отчет 31.12.55 г. Исполнители: Рабинович, Кузнецова, Климов, Александров, Обухов, Романов.
6. Изучение прохождения нейтронов через изделие и фильтр, участие в модельных опытах.
7. Расчеты несимметрии, неустойчивости и перемешивания.
Отчет к 01.12.55 г.
Исполнители: Бабаев, Дворовенко, Дмитриев, Сахаров».
По проблеме АО и ряду других плановых разработок КБ-11 24-25 декабря 1954 г. состоялся расширенный научно-технический совет КБ-11 под председательством И.В. Курчатова с участием министра МСМ В.А. Малышева/7, с. 288/.
24-25 декабря 1954 г.
«Присутствовали: тт. Курчатов И.В. (председатель НТС), Харитон Ю.Б. (зам. председателя НТС), Александров А. С., Алферов В. И., Альтшулер Л. В., Бессарабенко А. К., Боболев В. К., Галин Л. А., Гречишников В. Ф., Давиденко В. А., Духов Н. Л., Забабахин Е. И., Замятиин Ю. С., Захаренков А. Д., Зельдович Я. Б., Зернов П. М., Зысин Ю. А., Кочарянц С. Г., Лаврентьев М. А., НегинЕ.А., Некруткин В. М., Попов Н. А., Петров Н. А., Романов Ю. А., Сахаров А. Д., Терлецкий Н. А., Франк-Каменецкий Д. А., Цукерман В. А., Цырков Г. А., Шатилов В. Ф., Силкин А. С., Тамм И. Е., Зуевский В.А. и Бриш А. А.
В работе НТС принял участие министр среднего машиностроения т. Малышев В.А. Научно-технический совет рассмотрел и обсудил планы опытно-конструкторских и научно-технических работ КБ-11 на 1955 г. Докладывал т. Харитон Ю. Б».
План опытно-конструкторских работ по созданию новых типов атомного и водородного оружия НТС рассматривал по каждому изделию в отдельности и принимал специальные решения.
Доклад о термоядерном заряде на новом физическом принципе сделал Я.Б. Зельдович.
В отношении создания РДС-37 было существенно, что НТС отметил: «Для разработки изделия АО необходимо провести в 1955 г. модельный опыт с целью проверки сферической симметрии сжатия излучением. В этом опыте также будет зафиксирован ход нейтронной реакции и мощность взрыва основного изделия (обжимаемого)».
В обсуждениях вопроса отмечалось следующее:
«В КБ-11 длительное время обсуждалась схема модельного опыта и цель его проведения (т. Харитон). Вначале предполагалось определить лишь интенсивность излучения обжимающего изделия. Затем была установлена необходимость в проведении опыта с моделью, подобной полной конструкции системы АО.
Проведение модельного опыта по результатам будет аналогично точному расчету (т. Франк-Каменецкий). Опыт с модельной системой необходим для проверки принципа обжатия излучением. В случае положительных результатов модельного опыта разработка мощных изделий на принципе атомного обжатия продвинется далеко вперед (т. Курчатов).
Теоретически модельная система продумана в достаточной степени и даны большие запасы. Вся система точному расчету не подвергалась, но отдельные узлы просчитаны с достаточной точностью (т. Сахаров). Тт. Малышев и Курчатов считают целесообразным обсудить проблему АО с ведущими физиками (Арцимовичем, Леонтовичем, Ландау, Померанчуком) с целью дополнительной проверки идей и расчетов.
Большому значению проблемы АО посвящают свои выступления Тамм, Сахаров, Духов, Курчатов.
В основе этого крупного шага, нового этапа в развитии ядерного оружия, лежит простая физическая идея — обжатие излучением. Идея и применяемые физические законы не должны вызывать сомнений (Тамм). Атомное обжатие позволит использовать для получения взрыва относительно дешевые активные вещества и значительно повысит КПД изделий (Сахаров). АО открывает широкую перспективу в разработке мощных изделий, тогда как возможности известных конструкций (слойки, НБУ) ограничены (Курчатов). Необходимость мощных изделий очевидна, но нам нужны габаритные и дешевые изделия (т. Малышев), которые можно носить не только на самолете. Для разработки проблемы АО нужен не только энтузиазм, нужны расчеты, критика идей — серьезная проверка принципов проблемы. При разработке конструкции следует учитывать, что литий в ближайшее время дешевым не будет. Модельная система АО, которую предлагается испытать в 1955 г., должна быть по возможности подобной конструкции будущей бомбы и включать максимум ее элементов. Разработку проблемы АО целесообразно из общего плана КБ-11 исключить, составить отдельный план с подробной пояснительной запиской и представить на рассмотрение Правительства.
Решение:
1. План разработки проблемы АО с подробной пояснительной запиской представить на утверждение в СМ СССР отдельно от общего плана работ КБ-11.
2. Разрешить проведение разработки модельной системы для опыта в 1955 г. до утверждения плана».
Из следующих этапов разработки РДС-37 отметим выпуск технического задания на разработку РДС-37. Техническое задание на конструирование РДС-40 (37), предназначенное для проверки научных принципов, положенных в основу изделий с атомным обжатием, было выпущено А.Д. Сахаровым, Д.А. Франк-Каменецким и Л.П. Феоктистовым 03.02.55 и направлено в адрес Ю.Б. Харитона. ТЗ составлено в достаточно общем виде (всего 2 страницы и схематический чертеж) /7, с. 307/.
Интересным является проект постановления СМ СССР от 1-2 февраля 1955 г. /7, с. 305/, подготовленный Ю.Б. Харитоном, А.Д. Сахаровым, Я.Б. Зельдовичем: «В целях ликвидации отставания в области создания мощного водородного оружия с малыми затратами тяжелых активных веществ Совет министров СССР постановляет:
1. Обязать Министерство среднего машиностроения:
а) провести в 1955 г. научно-исследовательские работы по разработке конструкции водородного оружия, основанной на принципе атомного обжатия легких веществ, лития-6 и дейтерия (см. план работ КБ-11 — Приложение № 12);
б) представить к 1 июля 1955 г. в Совет министров СССР соображения о проведении экспериментального взрыва для проверки принципа атомного обжатия в 1955г.;
в) изготовить до 1 апреля 1955 г. 6 кг урана-233 для снаряжения опытных систем с атомным обжатием.
2. Обязать Академию наук СССР провести в Отделении прикладной математики (академика т. Келдыша) расчетно-теоретические работы (см. план работ ОПМ МИАН — Приложение № 22):
а) по устройству, предназначенному для экспериментальной проверки принципа атомного обжатия (до 01.VII.55r.);
б) по техническим показателям изделий с применением принципа атомного обжатия (до 01.1.1956 г.).
Исполнитель Трутнев Ю.А.; маш. 9/36оп. 27/155 г».
Уже 16 февраля Президиум ЦК КПСС утвердил предложения МСМ «о разработке мощной водородной бомбы, основанной на принципе окружения», а 17 февраля 1955 г. вышел приказ министра МСМ В.А. Малышева о разработке и испытании новой водородной бомбы /7, с. 311/. 24 февраля 1955 г. Д.А. Франк-Каменецкий и Г.М. Гандельман выпустили отчет о работах по проблеме АО за 1954 г., в котором достаточно полно излагаются результаты расчетов по АО и конструкторская схема А.О. 3 марта 1955 г. А.Д. Сахаров, Я.Б. Зельдович, Ю.Н. Бабаев и Л.П. Феоктистов отправили в МИАН задание на расчет распространения излучения в соответствии с чертежом РДС-37. Одновременно велись работы по исследованию различных путей развития принципа радиационной имплозии и физических схем термоядерных зарядов на его основе. 8 марта 1955 г. В.И. Ритус предложил схему АО с двойным обжатием /7, с. 331/.
Следует подчеркнуть, что в 1955 г., кроме разработки РДС-37, велась масштабная работа по другим направлениям. План работ на 1955 г. определял разработку 5 ядерных зарядов, 8 ядерных боеприпасов.
«О некоторых возможностях применения малого термоядерного заряда
Для атомного обжатия большого количества легкого вещества, по-видимому, целесообразно использовать в качестве обжимающего изделия систему из обычного изделия и маленького термоядерного заряда, так что вся система в целом будет выглядеть, как на рис. 11. <…>
После взрыва “7” происходит АО термоядерных зарядов “2” и “3”. <… >
Такое растущее со временем давление приводит, как известно, к значительно лучшему обжатию изделия “3”, чем давление, спадающее со временем.
Ниже приводятся некоторые расчеты обжатия и КПД конкретного малого термоядерного заряда».
Следует подчеркнуть, что в 1955 г., кроме разработки РДС-37, велась масштабная работа по другим направлениям. План работ на 1955 г. определял разработку 5 ядерных зарядов, 8 ядерных боеприпасов.
8. ЗАВЕРШЕНИЕ РАЗРАБОТКИ РДС-37
26 мая 1955 г. Ю.Б. Харитон, А.Д. Сахаров, Я.Б. Зельдович выпустили в одном экземпляре «Предложение по испытанию опытного устройства для проверки принципа окружения» /7, с. 362/:
«Основной задачей 1-го полугодия, согласно плану, является конструирование опытного устройства для проверки принципа окружения. В настоящее время конструкция устройства в основном определилась и приведены основные данные работы устройства. Ожидаемая мощность взрыва около 1 Мт, точность ± 40%, из них 40% — за счет горения U-235.
Для удобства проведения испытаний изделие оформлено в виде авиабомбы в габарите РДС-6СД и близкого веса (5570 кг).
Дальнейшие теоретические работы предполагается проводить в следующих направлениях:
а) конструирование изделия мощностью 10-25 мегатонн (диаметр миделя до 2,3 м, вес до 25 тонн), размер, вес, количество активного вещества должны быть уточнены, исходя из того, чтобы носитель был в состоянии донести груз на расстояние порядка 8000 км;
б) конструирование изделия в габарите и весе РДС-6СД, которое должно отличаться от предлагаемого устройства большей мощностью и экономичностью, а также возможностью применения его в голове ракеты Р- 7.
В ходе проектирования опытного устройства в течение января-мая 1955 г. были проделаны следующие работы:
1. Рассчитан процесс атомного взрыва и выхода энергии в виде излучения в двух вариантах основного заряда первичного изделия.
2. Рассмотрены тепловые процессы и расширение материала стенок кожуха при воздействии на них излучения высокой температуры.
Даны формулы для количества испаренного вещества, скорости ударной волны и других величин в зависимости от температуры и времени.
Для расчета мощности взрыва был заново рассмотрен вопрос об эффективных значениях нейтронных констант, входящих в расчет.
3. Рассчитан процесс ядерной реакции в нескольких вариантах основных изделий с различным расположением слоев и различным их сжатием к моменту начала ядерной реакции».
8 июля 1955 г. был выпущен отчет «Опытное устройство для проверки принципа окружения (расчетно-теоретические работы)», который является итоговым материалом по определению характеристик основных физических процессов, протекающих в РДС-37, его физических параметров, включая прогнозируемое энерговыделение/7, с. 377/.
Приведем ряд существенных выводов из этого отчета.
«Во введении указывается, что «принцип окружения разрабатывался в теоретических секторах с 1950 года». В начале 1954 года были достигнуты первые успехи, а именно выяснена принципиальная возможность получить симметричное обжатие водородной бомбы («основного изделия») за счет лучистого теплообмена дополнительного («первичного») изделия со слоем легкого вещества («обмазка»), окружающего основное изделие.
В изделиях, использующих принцип окружения, важнейшую роль играет ряд процессов, которые никогда ранее не были проверены экспериментально и не исследовались теоретически.