Деление по скорости повышения сахаров 4 группы

Первая информация

Работы по созданию термоядерного оружия в СССР явились важнейшей составной частью беспрецедентной по масштабам и трудностям в условиях послевоенного времени борьбы за ликвидацию монополии США в обладании ядерным оружием и достижении ядерного паритета с США.

Эти работы были начаты в 1945 году, когда в СССР стало известно о проведении в США работ по сверхбомбе (проект Super). Первые сведения о работах в США по сверхбомбе поступили в СССР по разведывательным каналам во второй половине 1945 года из нескольких источников.

Одним из этих источников был сотрудник теоретического отдела Лос-Аламосской национальной лаборатории США член британской миссии в Лос-Аламосе Клаус Фукс. Через гражданина США Гарри Голда, сотрудничавшего с советской разведкой, он передал СССР материалы, которые включали конкретные сведения, касающиеся разработки дейтериевой сверхбомбы, какой она мыслилась в середине 1945 года. После возвращения в Англию Клаус Фукс возобновил связь с советской разведкой. С осени 1947 года по май 1949 года он шесть раз передавал сотруднику советской разведки А.С. Феклисову подробную письменную информацию, которая, в частности, включала: „…принципиальную схему водородной бомбы и теоретические выкладки по её созданию, которые были разработаны учёными США и Англии к 1948 году“.

Поступившая в 1945 году информация о работах в США по сверхбомбе не могла не волновать политических и научных руководителей советского атомного проекта. Вопрос о сверхбомбе был включён И.В. Курчатовым в перечень вопросов, с которыми сотрудник Бюро-2 Специального комитета при Совете народных комиссаров СССР, занимавшегося обработкой разведывательных материалов по атомной проблеме, Я.П. Терлецкий, обратился к Нильсу Бору, вернувшемуся из США в Данию, во время его встреч с Бором 14 и 16 ноября 1945 года в Копенгагене.

Параллельно с организацией встречи с Бором, когда сотрудники Бюро-2 ещё только проводили обработку указанных выше разведывательных материалов, содержавших наряду с информацией о работах в США по сверхбомбе, новую информацию по атомным бомбам, И.В. Курчатов, по-видимому, обратился к группе видных учёных-физиков СССР, среди которых были специалисты по теории детонации, И.И. Гуревичу, Я.Б. Зельдовичу, И.Я. Померанчуку и Ю.Б. Харитону, сообщив им постановку задачи и некоторые исходные данные, с предложением в остальном независимо рассмотреть вопрос о возможности осуществления с помощью взрыва атомной бомбы ядерной детонации в цилиндре из дейтерия (этому направлению создания сверхбомбы и был посвящён материал Фукса).

Необходимо вкратце остановиться на информации по проекту Super, поступившей в СССР из США. Идеи создания этой водородной бомбы основывались на предположениях:

  • в цилиндре с жидким дейтерием возможен режим устойчивой термоядерной детонации в отсутствии термодинамического равновесия излучения с веществом;
  • инициирование термоядерной детонации может быть осуществлено нейтронами, производимыми ядерным взрывом первичного атомного заряда (с использованием в цилиндре промежуточного отсека с жидкой смесью дейтерия и трития).

Работы по этому проекту были начаты в США в 1942 году и продолжались по существу до 1950 года, когда стала очевидной невозможность реализации этой схемы водородной бомбы. Одним из инициаторов и руководителей этой работы был Эдвард Теллер.

В конце 1945 года в СССР поступили данные по принципиальной схеме проекта Super и серия лекций Энрико Ферми о физических процессах, которые протекают в такой термоядерной системе. В этих же материалах отмечалась возможность производства трития, необходимого для переходного участка в дейтериевом цилиндре, в ядерных реакторах при захвате нейтронов на литии-6. Материалы по этим вопросам были обработаны Я.П. Терлецким.

В 1946 году идеи Super были развиты в США Клаусом Фуксом и Джоном фон Нейманом. Их система была запатентована в мае 1946 года.

В этом предложении содержится три характерных идеи, входящие в состав принципа радиационной имплозии:

  • первичный заряд, ядерный взрыв которого создаёт рентгеновское излучение;
  • специальный корпус, обеспечивающий диффузионный перенос энергии излучения в требуемом направлении;
  • достаточно плотный и прозрачный для излучения, хорошо ионизируемый излучением материал, создающий высокое материальное давление.

Эта схема рассматривалась в СССР в 1948 году. Материалы включали достаточно подробное описание инициирующего отсека сверхбомбы, состоявшего из первичного атомного заряда и „ампулы“ с жидкой Т–Д смесью, а также описание ряда физических процессов, происходящих при зажигании этой смеси. В целом это была исключительно важная информация, содержавшая выдающиеся идеи.

Первые исследования по водородной бомбе

И.И. Гуревич, Я.Б. Зельдович, И.Я. Померанчук и Ю.Б. Харитон подготовили доклад „Использование ядерной энергии лёгких элементов“, который был заслушан на двенадцатом заседании Технического совета Специального Комитета при Совете Народных комиссаров СССР 17 декабря 1945 года. В 1991 году доклад И.И. Гуревича, Я.Б. Зельдовича, И.Я. Померанчука и Ю.Б. Харитона „Использование ядерной энергии лёгких элементов“ был полностью опубликован. В докладе, сделанном Я.Б. Зельдовичем, рассматривалась возможность возбуждения термоядерной детонации в цилиндре с дейтерием в условиях неравновесного режима горения.

Представляет интерес решение Технического совета по докладу — первое официальное решение, касающееся работ в СССР по водородной бомбе:

1. Считать необходимым провести систематические измерения эффективности сечений в ядрах лёгких элементов, использовав для этого высоковольтный электростатический генератор Харьковского физико-технического института.
2. Поручить профессору Я.Б. Зельдовичу в трёхдневный срок подготовить задание по изучению реакций в ядрах лёгких элементов и представить их на рассмотрение Технического совета“.

Обращает на себя внимание тот факт, что решение Технического совета касается только базы исходных экспериментальных данных и не содержит поручений, относящихся к организации и проведению расчётно-теоретических работ по исследованию возможности создания сверхбомбы.

С июня 1946 года теоретические исследования возможности использования ядерной энергии лёгких элементов начали проводиться в Москве в Институте химической физики группой в составе С.П. Дьякова и А.С. Компанейца под руководством Я.Б. Зельдовича. Первые итоги работы этой группы были обсуждены на заседании Научно-технического совета Первого главного управления, состоявшемся 3 ноября 1947 года.

К заседанию НТС ПГУ был представлен отчёт С.П. Дьякова, Я.Б. Зельдовича и А.С. Компанейца „К вопросу об использовании внутриатомной энергии лёгких элементов“, а доклад на его основе был сделан Я.Б. Зельдовичем.

Основы подхода в отчёте С.П. Дьякова, Я.Б. Зельдовича и А.С. Компанейца те же, что и в докладе И.И. Гуревича, Я.Б. Зельдовича, И.Я. Померанчука и Ю.Б. Харитона 1945 года — выяснение условий, при которых может оказаться возможной ядерная детонация в среде из лёгких ядер, распространяющаяся в результате прохождения ударной волны в условиях отсутствия теплового равновесия между веществом и излучением. Рассматривалась возможность осуществления подобной детонации как в среде из дейтерия, так и в среде из дейтерида лития-7.

Сделать какие-либо определённые выводы о практической возможности использования ядерной энергии лёгких элементов без дополнительных теоретических расчётов и экспериментальных исследований не представлялось возможным. В случае положительного ответа на вопрос о возможности детонации необходимо развить теорию инициирования детонации.

В решении НТС ПГУ от 3 ноября 1947 года отмечена важность проводимой в Институте химической физики АН СССР работы по исследованию возможности использования энергии лёгких элементов для развития ядерной физики и, в случае положительного решения этой задачи, для практических целей. Указана необходимость продолжения этих работ и, в первую очередь, изучение условий для осуществления реакций в лёгких элементах с использованием явления детонации при инициировании атомным взрывом.

23 апреля 1948 года Л.П. Берия поручил Б.Л. Ванникову, И.В. Курчатову и Ю.Б. Харитону тщательно проанализировать материалы по системе Фукса — фон Неймана, переданные Клаусом Фуксом, и дать предложения по организации необходимых исследований и работ в связи с получением новых материалов. Заключения по новым материалам Фукса были представлены Ю.Б. Харитоном, Б.Л. Ванниковым и И.В. Курчатовым 5 мая 1948 года.

Эти материалы дали новый импульс развитию исследований в СССР по проблеме водородной бомбы, которая получила индекс РДС–6.

Применительно к проблеме возможности создания РДС–6, Постановлением от 10 июня 1948 года, в частности, предусматривались:

  • определение предельного диаметра, необходимого для обеспечения горения чистого дейтерия или смеси дейтерия и трития;
  • анализ влияния различных количеств трития в смеси с дейтерием на скорость реакции;
  • исследование зажигания дейтерия от смеси дейтерия и трития;
  • исследование влияния энерговыделения первичного ядерного заряда на процесс зажигания;
  • исследование влияния физических свойств оболочки РДС–2 на процесс зажигания;
  • исследование особенностей действия излучения, нейтронов и заряженных частиц в процессе зажигания.

Эти работы КБ–11 должно было проводить с участием Физического института АН СССР. Для проведения этих работ в Физическом институте было предписано создать специальную теоретическую группу под руководством И.Е. Тамма и С.З. Беленького. В состав группы вошли также А.Д. Сахаров, В.Л. Гинзбург и Ю.А. Романов. Для координации теоретических и расчётных работ и контроля за выполнением заданий было предписано создать при Лаборатории № 2 специальный закрытый семинар под руководством С.Л. Соболева (Л.Д. Ландау, И.Г. Петровский, С.Л. Соболев, В.А. Фок, Я.Б. Зельдович, И.Е. Тамм, А.Н. Тихонов, Ю.Б. Харитон, К.И. Щёлкин).

Первоначально сотрудники группы И.Е. Тамма в соответствии с предусмотренным планом работ по водородной бомбе знакомились в Институте химической физики с расчётами группы Я.Б. Зельдовича и проверяли эти расчёты.

Через несколько месяцев после начала работ группы И.Е. Тамма по специальной тематике А.Д. Сахаров начал рассмотрение возможности решения проблемы создания водородной бомбы на пути возбуждения атомным взрывом ядерной детонации в гетерогенной системе с чередующимися слоями термоядерного горючего и урана-238. Основой такого подхода была идея о том, что при температурах в десятки миллионов градусов, реализующихся при ядерном взрыве, слои термоядерного горючего, размещённые между слоями урана, в результате выравнивания давлений в термоядерном горючем и уране в процессе ионизации вещества приобретают высокую плотность, в результате чего заметно увеличивается скорость термоядерных реакций.

С этого времени работы над водородной бомбой в СССР фактически проходили уже по двум различным направлениям: группа, руководимая Я.Б. Зельдовичем, по-прежнему рассматривала возможность осуществления ядерной детонации в дейтерии, группа И.Е. Тамма начала изучение систем со слоями из урана и термоядерного горючего. Водородная бомба типа Super получила индекс РДС–6т, а водородная бомба слоёной конфигурации — индекс РДС–6с.

Идейные подходы группы Я.Б. Зельдовича к решению проблемы в 1948 году были прежними. После июня 1948 года эти исследования возможности осуществления ядерной детонации в цилиндре из жидкого дейтерия были развёрнуты и в КБ–11.

Работы по цилиндрической системе с дейтерием продолжались в КБ–11 до 1954 года включительно — до тех пор, пока не была окончательно понята и официально признана их бесперспективность.

Разработка термоядерного заряда РДС–6с

А.Д. Сахаров на первом этапе работы над слоистыми системами также рассматривал цилиндрическую систему, в качестве термоядерного горючего в которой предусматривалось использование тяжёлой воды.

Однако уже в ноябре 1948 года сотрудник группы И.Е. Тамма В.Л. Гинзбург выпустил отчёт, в котором предложил использовать в слоистой системе новое термоядерное горючее — дейтерид лития-6, который при захвате нейтронов образует эффективное термоядерное горючее — тритий.

Идея „слойки“ и идея применения дейтерида лития-6 — „первая“ и „вторая“ идеи по терминологии „Воспоминаний“ А.Д. Сахарова, и стали теми ключевыми идеями, которые в дальнейшем были положены в основу разработки первой советской водородной бомбы РДС–6с. Однако, несмотря на ясность исходных физических идей „слойки“, сформулированных в 1948 году, путь создания на их основе реалистичной конструкции не был простым.

В июне 1949 года в КБ–11 состоялась серия совещаний, на которых было рассмотрено состояние работ над атомными бомбами РДС–1, РДС–2, РДС–3, РДС–4, РДС–5 и состояние работ над водородной бомбой РДС–6.

На совещании был представлен написанный А.Д. Сахаровым план теоретических и экспериментальных исследований на 1949–1950 годы, связанных с разработкой РДС–6с. Теоретическая часть плана имела два больших раздела: 1) изучение механизма распространения стационарной детонационной волны в слоистых системах; 2) теоретические исследования возможности высокотемпературной детонации дейтерия. Отметим, что среди многих подразделов пункт 1) плана содержал подраздел: „исследование вопроса о возможности повышения реактивности систем типа РДС–6 посредством обжатия обычным взрывчатым веществом“. Это было существенное продвижение, в то время как первоначальная идея „слойки“ предполагала возможность осуществления ядерной детонации в необжимаемой системе из слоёв урана и термоядерного горючего нормальной плотности. Идея „слойки“ объединилась с идеей имплозии.

Постановлением Совета Министров СССР от 28 февраля 1950 года работы над водородной бомбой были сосредоточены в КБ–11. В соответствии с этим постановлением группа И.Е. Тамма была направлена в 1950 году на постоянную работу в Арзамас-16.

Прототип РДС–6с был предложен в 1946 году в США Эдвардом Теллером.

В сентябре 1946 года он предложил простую альтернативу проекту Super, которую он назвал Alarm Clock, поскольку он надеялся, что эта альтернатива пробудит интерес специалистов к перспективам термоядерного оружия. Хотя Alarm Clock был термоядерным устройством, в нём только небольшая часть энерговыделения получалась в термоядерных реакциях. Подобно проекту Bооster, термоядерные реакции в Alarm Clock в основном усиливали процесс деления.

Устройство Alarm Clock использовало темпер, состоящий из последовательных слоёв делящихся материалов и термоядерного топлива. Alarm Clock рассматривался как схема, которая может дать большое энерговыделение при использовании относительно дешёвых материалов. Это был новый подход, который предполагал, что термоядерная бомба может быть создана в пределах существовавших возможностей лаборатории в Лос-Аламосе, хотя путь практической реализации этой идеи не был вполне известен.

Это устройство могло потребовать инициирующего взрыва, в 2–3 раза более мощного, чем давало устройство Fat Man (то есть40–60 кт). Теоретические работы по Alarm Clock продолжались от момента появления идеи до конца 1947 года; в течение этого времени его схема неоднократно изменялась.

Первый полный отчёт по Alarm Clock был выпущен в ноябре 1946 года Эдвардом Теллером и Робертом Рихтмайером. Он содержал обоснование возможности принципа Alarm Clock, а также оценки эффективности и особенностей работы. Специальное исследование рассматривало процессы, которые происходят при детонации ядерного устройства. Перед тем как могла быть создана термоядерная бомба, необходимо было продвинуться в развитии ядерных триггеров и лучше понять процесс ядерного взрыва.

В декабре 1946 года был предложен эксперимент для проверки особенностей такого процесса термоядерного горения в условиях Alarm Clock в сочетании с испытанием ядерной бомбы умеренной мощности.

В апреле 1947 года лаборатория в Лос-Аламосе предложила целую серию экспериментов для исследования термоядерных принципов. При этом отмечалось, что необходимо привлечь внимание к возможности испытания некоторых принципов, которые могут быть важными для термоядерных систем, таких как Alarm Clock. Отмечалось, что возможности для чисто теоретического исследования этих принципов неадекватны и дают расплывчатую картину из-за большой сложности явлений, и поэтому реальная проверка принципов в условиях, соответствующих взрыву бомбы, в высшей степени желательна. При испытании высокая температура, создаваемая ядерным взрывом, вызывает термоядерные реакции. В такой системе энергия, производимая термоядерными реакциями, может быть невелика, но 14-МэВ-ные нейтроны, производимые в ТД-реакции, легко детектируются, и наработка трития в устройстве может быть определена, если в системе первоначально использовался только дейтерий.

Успех такого эксперимента зависел, прежде всего, от достижения в дейтерии высоких температур, в контексте чего важное значение имеют потоки излучения. Рассматривалась серия из трёх экспериментов: „А“, „В“ и „С“. Испытание „В“ использовало в термоядерном топливе только дейтерий; испытание „С“ использовало как дейтерий, так и тритий. В обоих испытаниях термоядерное топливо должно было хорошо обжиматься. Испытание „С“ было существенно менее чувствительно, чем испытание „В“, и сравнение выходов 14-МэВ-ных нейтронов в них дало бы информацию о достигнутых температурах. Испытание „А“ (возможно, без термоядерных процессов) было необходимо для контроля. Расчёты были проведены для ядра из δ-фазы плутония, что не только упростило задачу по сравнению с композитным ядром, но и позволило увеличить временную постоянную α (скоростьразмножения).

Следует отметить, что, так как Alarm Clock рассматривался в качестве термоядерного оружия, то в нём требовалось получение большого энерговыделения — мегатонного класса, что создавало значительные трудности с обеспечением необходимой имплозии и уровнем энерговыделения инициирующего ядерного заряда. В сентябре 1947 года Теллер предложил использовать в качестве термоядерного горючего Alarm Clock дейтерид лития-6, что должно было повысить эффективность термоядерного горения. Использование дейтерида лития сильно упрощало проблему, связанную с производством трития, которое ограничивало в то время возможность развития термоядерного оружия. Однако оно требовало использования обогащённого по изотопу Li-6 материала и не решало проблем зажигания. Теллер отмечал существенную зависимость будущих успехов в создании термоядерного оружия от развития компьютеров и достижения лучшего понимания распространения ударных волн в массе термоядерного горючего.

С сентября 1947 года работы по Alarm Clock стали существенно сокращаться, хотя проводились и в дальнейшем. Компьютерные расчёты первоначальной конфигурации Alarm Clock были завершены в 1953–1954 годах и показали, что устройство в этом виде было неработоспособно. Наиболее успешные расчёты того времени указывали на то, что для получения энерговыделения в 10 Мт количество ВВ в устройстве должно было составлять от 40 до 100 тонн.

Хотя в идейном плане Alarm Clock и РДС–6с весьма близки, между ними есть и существенное различие. Это различие связано с уровнем энерговыделения. Тот факт, что Alarm Clock рассматривался как заряд мегатонного класса (конкурентSuper), определил его большие размеры, что в свою очередь создавало как трудности в конструировании, так и проблемы в отношении возможностей его практического применения. В итоге этот проект оказался нежизнеспособным и не был реализован. РДС–6с создавался применительно к условиям размещения в реальной авиабомбе (аналогРДС–1), и при его создании, прежде всего, требовалось достижение существенного выигрыша в энерговыделении по сравнению с чисто ядерными зарядами (которое в то время не превышало 40 кт). Это был более прагматичный подход, который позволил создать РДС–6с и при этом существенно превзойти показатели ядерных зарядов. Когда же стали решать задачу увеличения энерговыделения в заряде типа РДС–6с до мегатонного уровня, возникли трудности, и практически эта задача решена не была.

Разработанный в 1950–1953 годахв КБ–11 термоядерный заряд РДС–6с, явившийся первым термоядерным зарядом СССР, представлял собой сферическую систему из слоёв урана и термоядерного горючего, окружённых химическим взрывчатым веществом. Для увеличения энерговыделения заряда в его конструкции был использован тритий. Пользуясь известной терминологией можно сказать, что термоядерный заряд РДС–6с был выполнен по одностадийной схеме.

Особенности конструкции и физика работы РДС–6с подробно рассмотрены в ряде публикаций.

Основная задача была в том, чтобы с помощью энергии, выделенной при взрыве атомной бомбы, нагреть и поджечь тяжёлый водород — дейтерий, то есть осуществить термоядерные реакции

D + D = H + T + 4 МэВ

D + D = n + He-3 + 3,3 МэВ,

и другие с выделением энергии и, таким образом, способные сами себя поддерживать. Для увеличения доли „сгоревшего“ дейтерия А.Д. Сахаров предложил окружить дейтерий оболочкой из обычного природного урана, который должен был замедлить разлёт и, главное, существенно повысить плотность дейтерия.

Рост скорости ДД-реакции приводит к заметному образованию трития, который тут же вступает с дейтерием в термоядерную реакцию

D + T = n + He-4 + 17,6 МэВ

с сечением, в 100 раз превышающим сечение ДД-реакции, и в пять раз большим энерговыделением. Более того, ядра урановой оболочки делятся под действием быстрых нейтронов, появляющихся в ДТ–реакции, и существенно увеличивают мощность взрыва. Именно это обстоятельство заставило выбрать уран в качестве оболочки, а не любое другое тяжёлое вещество.

Мощность термоядерного процесса в дейтерии можно было бы значительно повысить, если с самого начала часть дейтерия заменить тритием.

Действительно, термоядерный заряд в виде дейтерида-тритида и дейтерида лития-6 привёл к радикальному увеличению мощности термоядерного процесса и выделению энергии из урановой оболочки за счёт деления, в несколько раз превосходящему термоядерное энерговыделение.

Таковы физические идеи, заложенные в первый вариант нашего термоядерного оружия.

Как отметил в своих „Воспоминаниях“ А.Д. Сахаров „подготовка к испытанию первого термоядерного заряда была значительной частью всей работы объекта в 1950–1953 годах, так же как и других организаций и предприятий нашего управления и многих привлечённых организаций. Эта была работа, включавшая, в частности, экспериментальные и теоретические исследования газодинамических процессов взрыва, ядерно-физические исследования, конструкторские работы в прямом смысле этого слова, разработку автоматики и электрических схем изделия, разработку уникальной аппаратуры и новых методик для регистрации физических процессов и определения мощности взрыва.

Громадных усилий с участием большого количества людей и больших материальных затрат требовали производство входящих в изделие веществ, другие производственные и технологические работы.

Особую роль во всей подготовке к испытаниям первого термоядерного играли теоретические группы. Их задачей был выбор основных направлений разработки изделий, оценки и общетеоретические работы, относящиеся к процессу взрыва, выбор вариантов изделий и курирование конкретных расчётов процессов взрыва в различных вариантах. Эти расчёты проводились численными методами, в те годы — в специальных математических группах, созданных при некоторых научно-исследовательских институтах.

Теоретические группы также играли важную роль в определении задач, анализе результатов, обсуждении и координации почти всех перечисленных направлений работ других подразделений объекта и привлечённых организаций“.

Общее руководство работами над РДС–6с осуществлялось И.В. Курчатовым. Главным конструктором и непосредственным руководителем работ был Ю.Б. Харитон.

В разработке РДС–6с исключительно важное значение имело математическое моделирование. Основные математические расчёты по РДС–6с проводились в Москве в коллективах, которыми руководили А.Н. Тихонов, К.А. Семендяев и Л.Д. Ландау.

С апреля 1953 года эти работы были сосредоточены в специально созданном московском институте — Отделении прикладной математики, который возглавлял М.В. Келдыш.

В КБ–11 расчёты проводились коллективами математиков под руководством Н.Н. Боголюбова и В.С. Владимирова.

Большую роль в разработке РДС–6с сыграли эксперименты по изучению нейтронных процессов в критических сборках и сборках с источником 14 МэВ нейтронов, которые имитировали конструкцию „слойки“.

Руководителем полигонного испытания РДС–6с был К.И. Щёлкин, научным руководителем испытания — И.В. Курчатов.

Важным обстоятельством было то, что изделие РДС–6с было выполнено в виде транспортабельной бомбы, совместимой со средствами доставки, то есть явилось первым образцом термоядерного оружия.

Испытание РДС–6с состоялось 12 августа 1953 года на Семипалатинском полигоне. Оно было четвёртым испытанием в серии ядерных испытаний, начатых СССР 29 августа 1949 года. Испытание РДС–6с явилось непреходящим по своему значению событием в истории создания ядерной военной техники СССР. Величина энерговыделения РДС–6с была эквивалентна энергии взрыва 400 000 тонн тротила.

Работами по РДС–6с был создан научно-технический задел, который был затем использован в разработке несравнимо более совершенной водородной бомбы принципиально нового типа — водородной бомбы двухстадийной конструкции.

Работы по РДС–6с имели продолжение. 6 ноября 1955 года в СССР был успешно испытан заряд РДС–27, который представлял собой модернизацию РДС–6с на основе использования исключительно дейтерида лития (без использования трития). При этом параметры гетерогенного ядра были несколько модернизированы. Энерговыделение заряда составило 250 кт, что было в 1,6 раза меньше энерговыделения РДС–6с, но существенно превосходило энерговыделение традиционных ядерных зарядов. По своим конструкционным качествам это было реальное оружие, а его испытание производилось в составе авиабомбы, сброшенной с самолёта.

Однако последовавший вскоре успех испытания двухстадийного заряда на принципе радиационной имплозии РДС–37(22 ноября1955 года) затмил результаты испытания серийноспособной модернизации РДС–6с. В этом плане испытание РДС–27 следует рассматривать, скорее, как страховку на случай возможной неудачи с принципом радиационной имплозии. Успех в реализации принципа радиационной имплозии привёл к окончанию работ в СССР по слоёному бустированию одностадийных зарядов.

Разработка термоядерной бомбы РДС–37

История работ над новым физическим принципом конструирования термоядерного оружия в СССР и созданием первой термоядерной бомбы на этом принципе, которая получила обозначение РДС–37, полна драматизма.

Новый принцип пробил дорогу в жизнь в процессе интенсивных работ по другим направлениям исследований и конструирования термоядерного оружия, которым отдавался приоритет. Этими направлениями были, как ясно из предыдущего изложения, исследования необжимаемой цилиндрической системы с жидким дейтерием, в которой ожидалось возникновение ядерной детонации дейтерия под действием ядерного взрыва, и разработка сферического слоистого термоядерного заряда РДС–6с, обжимаемого взрывом химического взрывчатого вещества.

В начале 50-х годов, наряду с идеей термоядерного усиления энерговыделения ядерных зарядов, обсуждалась другая идея — идея возможности осуществления более эффективного сжатия ядерного материала по сравнению со сжатием, обеспечиваемым взрывом химических ВВ. Первоначально эта идея была сформулирована в общем виде как идея использования ядерного взрыва одного (или нескольких) ядерного заряда для обжатия ядерного горючего, находящегося в отдельном модуле, пространственно разделённом от первичного источника (источников) ядерного взрыва. Авторами этой общей идеи, которая может быть названа как идея „ядерной имплозии“, являются В.А. Давиденко и А.П. Завенягин. При всей её общности эта идея содержит принципиальное представление о двухстадийном ядерном заряде. С самого начала в отношении возможности реализации этой идеи возник ряд вопросов, которые можно объединить в две группы.

Первая группа вопросов относилась к самому понятию „ядерной имплозии“. Хорошо изученная к тому времени схема работы ядерного заряда предполагала обжатие ядерного (или ядерного и термоядерного, как в РДС–6с) материала сферическим взрывом химических ВВ, в котором процесс сферической симметрии имплозии определялся исходной сферически-симметричной детонацией взрывчатки. Было очевидно, что в гетерогенной структуре из первичного источника (источников) и обжимаемого вторичного модуля аналогичные первоначальные возможности для реализации сферически-симметричной „ядерной имплозии“ отсутствуют. Этот вопрос был тесно связан с другим вопросом: что является носителем энергии взрыва первичного источника и как осуществляется этот перенос энергии ко вторичному модулю?

Вторая группа вопросов была связана и с тем, что должен представлять собой вторичный модуль, на который воздействует ядерная имплозия.

Первоначально предполагалось, что перенос энергии ядерного взрыва первичного источника в двухстадийном заряде должен осуществляться потоком продуктов взрыва и создаваемой ими ударной волной, распространяющейся в гетерогенной структуре заряда. В 1954 году этот подход был проанализирован Я.Б. Зельдовичем и А.Д. Сахаровым. При этом за основу физической схемы вторичного модуля было решено взять аналог внутренней части заряда РДС–6с, то есть „слоёную“ систему сферической конфигурации. Таким образом, было сформулировано конкретное представление о двухстадийном заряде на принципе гидродинамической имплозии. Следует отметить, что это была исключительно сложная система с точки зрения реальных вычислительных возможностей того времени. Основная проблема состояла в том, каким образом в подобном заряде можно было бы обеспечить близкое к сферически-симметричному режиму сжатие вторичного модуля, поскольку скорости распространения ударных волн вокруг модуля и внутри него отличались не слишком сильно.

Для формирования направленности переноса энергии, по предложению А.Д. Сахарова, первичные и вторичные модули были заключены в единую оболочку, обладавшую хорошим качеством для отражения рентгеновского излучения, а внутри заряда были обеспечены меры, облегчавшие перенос рентгеновского излучения в нужном направлении.

Ю.А. Трутневым в ходе этой работы был предложен способ концентрации энергии рентгеновского излучения в материальном давлении, позволивший эффективно осуществлять радиационную имплозию.

В ходе этой разработки им также был предложен способ, определивший предсказуемость конфигурации каналов для переноса рентгеновского излучения, который нашёл в дальнейшем широкое применение в двухстадийных термоядерных зарядах. Важным направлением исследований Ю.А. Трутнева на этой стадии работ было изучение различных режимов и условий термоядерного горения вторичного модуля и определение его энерговыделения.

Важным научно-техническим достижением было создание первичного атомного заряда для первого двухстадийного термоядерного заряда РДС–37. При его разработке помимо обеспечения необходимого уровня энерговыделения было важно создать оптимальные условия для выхода теплового рентгеновского излучения в объём, занимаемый термоядерным модулем. Другая важная задача была связана с существенным уменьшением вероятности предетонации, то есть возникновения нейтронного инициирования цепной реакции раньше необходимого времени. Этими работами руководил Я.Б. Зельдович.

Существенную роль в развитии принципа радиационной имплозии сыграл Д.А. Франк-Каменецкий, который в конце 1954 года совместно с А.Д. Сахаровым выпустил отчёт, в котором анализировались многие научные аспекты нового принципа и возможности его применения для создания различных типов термоядерных зарядов.

Эта схема двухстадийного заряда содержала в себе все характерные признаки использования принципа радиационной имплозии для обжатия вторичного модуля. При этом радикально решалась проблема обеспечения сферически-симметричного сжатия вторичного модуля, поскольку время „симметризации“ энергии вокруг вторичного модуля было намного меньше времени сжатия этого модуля.

Следует отметить, что, хотя этот вариант ядерной имплозии был существенно проще и поэтому эффективнее гидродинамического варианта, он потребовал решения новых физико-математических вопросов. Одна из основных проблем состояла в выработке методов расчёта переноса рентгеновского излучения в конфигурации двухстадийного заряда. При разработке первого термоядерного заряда эти задачи решал Ю.Н. Бабаев.

Необходимость создания отечественной термоядерной бомбы большой мощности, значительно превышающей мощность бомбы 1953 года, была ясна уже из сообщений об огромной мощности термоядерного устройства США, взорванного в 1952 году (испытаниеMike).

На заседании научно-технического совета КБ–11, состоявшегося 24 декабря 1954 года под председательством И.В. Курчатова с участием В.А. Малышева и посвящённого обсуждению хода работ по созданию термоядерных зарядов большой мощности, с докладом о термоядерном заряде на новом принципе выступил Я.Б. Зельдович. И.Е. Тамм в своём выступлении после доклада отметил, что в основе обсуждаемого крупного шага в развитии ядерного оружия лежит ясная физическая идея — обжатие излучением. И.В. Курчатов и Ю.Б. Харитон в своих выступлениях отметили, что двухступенчатая схема открывает большие возможности в разработке термоядерных зарядов, которые необходимо быстрее использовать. Ю.Б. Харитон предложил провести в 1955 году модельный опыт с термоядерной бомбой новой физической схемы. По проблеме разработки двухступенчатой водородной бомбы совет принял согласованное с В.А. Малышевым решение:

  • руководству КБ–11 представить план работ по двухступенчатой схеме с пояснительной запиской в Министерство среднего машиностроения;
  • разрешить до утверждения плана работ по этой проблеме разработку двухступенчатой термоядерной бомбы для проверки принципа, подготовку и проведение её испытания на Семипалатинском полигоне в 1955 году.

Техническое задание на конструкцию двухступенчатой водородной бомбы РДС–37 было выдано физиками-теоретиками 3 февраля 1955 года. К этому времени был завершён определяющий этап её расчётно-теоретического обоснования.

Однако расчётно-теоретические работы и уточнение конструкции РДС–37 продолжались вплоть до окончательной сборки и отправки бомбы на полигон. План завершающего этапа этих работ был утвержден новым Министром среднего машиностроения СССР А.П.  Завенягиным 2 марта 1955 года.

Важным этапом в подготовке к испытанию заряда РДС–37 была работа комиссии под председательством И.Е. Тамма. В состав комиссии входили В.Л. Гинзбург, Я.Б. Зельдович, М.В. Келдыш, М.А. Леонтович, А.Д. Сахаров, И.М. Халатников.

В докладе комиссии, подготовка которого была завершена 29 июня 1955 года, было констатировано, что новый принцип открывает совершенно новые возможности в области конструирования ядерного оружия. Он позволяет обжимать вещество до таких высоких плотностей, которые в нужных габаритах совершенно недостижимы с помощью обычных ВВ. Можно рассчитывать, что новый принцип позволит создать рациональные конструкции сверхмощных термоядерных зарядов и радикально уменьшить стоимость зарядов меньшей мощности. Детально рассмотрев состояние расчётно-теоретических работ по предложенной КБ–11 конструкции заряда РДС–37, комиссия подтвердила целесообразность его полигонного испытания.

Одним из интересных вопросов является вопрос о том, каким образом возникли идеи об основных элементах схемы термоядерного узла РДС–37 — первого двухстадийного термоядерного заряда на принципе имплозии. По своему структурному типу этот узел аналогичен гетерогенному ядру РДС–6с, откорректированному для существенно иных граничных условий, определяющих имплозию. Тем не менее, можно отметить, что РДС–6с оставил в „наследство“ РДС–37 целый ряд важнейших идей:

  • сферическую конфигурацию термоядерного узла;
  • слоёную структуру горючего из дейтерида лития-6 и урана-238;
  • урановое инициирующее ядро.

Это был абсолютно оригинальный подход, который априори ниоткуда не следовал и определялся исключительно наличием в СССР предыстории, связанной с РДС–6с. Можно сказать, что успешное испытание РДС–37 является основным результатом разработки РДС–6с. Указанные идеи, взятые из РДС–6с, оказывали длительное влияние на практически всю разработку термоядерного оружия СССР.

Интенсивная работа над новым увлекательным проектом завершилась успешным испытанием РДС–37 на Семипалатинском полигоне 22 ноября 1955 года.

Энерговыделение заряда в эксперименте составило 1,6 Мт, а так как по соображениям безопасности на Семипалатинском полигоне заряд испытывался на неполную мощность, то прогнозируемое полномасштабное энерговыделение заряда составляло 3 Мт. Коэффициент усиления энерговыделения в РДС–37 составлял около двух порядков, в заряде не использовался тритий, термоядерным горючим был дейтерид лития, а основным делящимся материалом был U–238. Созданием заряда РДС–37 был совершён прорыв в решении проблемы термоядерного оружия, а сам заряд явился прототипом всех последующих двухстадийных термоядерных зарядов СССР.

Заряд РДС–37 был сконструирован как опытный заряд для проверки нового принципа. Основным требованием, которое учитывалось при его конструировании, была высокая надёжность. Имелось ввиду что, испытание заряда РДС–37, сопровождаемое измерением мощности взрыва, времени обжатия термоядерного узла, радиохимическими и другими измерениями, даст возможность проверить правильность расчёта всех новых процессов и всей концепции в целом и создать в ближайшем будущем ряд экономичных и мощных водородных бомб различных габаритов.

В разработке столь сложной системы, каким является термоядерный заряд РДС–37, была особенно велика роль математических расчётов. В ряде случаев расчёты уравнений в частных производных кардинально исправляли представления о работе того или иного узла или о роли того или иного изменения в системе. Эти расчёты проводились в основном в Отделении прикладной математики Математического института АН СССР под общим руководством М.В. Келдыша и А.Н. Тихонова. Многие расчёты проводились на электронной машине „Стрела“. Были решены весьма сложные задачи разработки методов расчёта, программирования и организации.

Разработка РДС–37 потребовала больших конструкторских, экспериментальных, технологических работ, проводившихся под руководством главного конструктора КБ–11 Ю.Б. Харитона.

Сравнение первых термоядерных зарядов СССР и США

Хотя провести точное сравнение первых шагов создания термоядерного оружия СССР и США невозможно из-за закрытости информации, тем не менее наличие открытых данных позволяет сделать ряд интересных выводов.

Как отмечалось выше, США опередили СССР в отработке режима термоядерного усиления ядерных зарядов на два года. Первое двухстадийное термоядерное устройство США было испытано 31 октября 1952 года в эксперименте Mike. В качестве термоядерного горючего в устройстве использовался жидкий дейтерий, а основным делящимся материалом был U–238. Энерговыделение взрыва составило 10,4 Мт. Масса испытательного устройства составляла 74 тонны. Энерговыделение за счёт деления составляло в устройстве 77% от полного энерговыделения взрыва. Любопытно отметить, что, хотя применение жидкого дейтерия требовало использования специального криогенного оборудования, термоядерный заряд этого типа (ТХ–16) в 1954 году был доведён до передачи его в серийное производство и на вооружение. Была произведена пробная партия таких зарядов в 5 единиц. Энерговыделение боеприпаса (аваиабомбы)ТХ–16 должно было составить от 6 до 8 Мт, его масса — 19 тонн, длина — 7,55 м, диаметр — 1,57 м (отношение длины к диаметру составляло 4,8).

В СССР подобные технически амбициозные проекты не создавались, и, как говорилось выше, разработка заряда РДС–37 производилась с самого начала на основе дейтерида лития — твёрдого термоядерного горючего, — обладающего удовлетворительными конструкционными качествами.

В период 1953–1954 годов в США велись работы по созданию мощных термоядерных зарядов на основе дейтерида лития. При этом рассматривалась возможность использования как принципа радиационной имплозии, так и принципа гидродинамической имплозии. Основные усилия были связаны с применением радиационной имплозии, и разработки этого типа проводила Лос-Аламосская лаборатория. В серии испытаний Castle при отработке зарядов Лос-Аламосской лаборатории были получены выдающиеся практические результаты. Всего было испытано 5 модификаций двухстадийных термоядерных зарядов с энерговыделением от 1,7 Мт до 15 Мт. В испытаниях использовался как дейтерид лития, обогащённый по изотопу Li-6, так и дейтерид на основе природного лития.

Отработанные в серии Castle термоядерные заряды стали основой первого термоядерного арсенала США. На основе результатов испытаний Romeo (26 марта1954 года) с энерговыделением 11 Мт и Yankee (4 мая1955 года) с энерговыделением 13,5 Мт были созданы и переданы на вооружение авиабомбы Мk–17 и Mk–24. Энерговыделение этих авиабомб составляло (10–15) Мт, масса — около 19 тонн, а длина и диаметр совпадали с ТХ–16. В 1954 и 1955 году было произведено 305 боеприпасов этих типов. В этой же серии испытаний США был отработан и „лёгкий“ термоядерный заряд для авиабомбы Mk–15(испытание Nectar 13 мая 1954 года с энерговыделением 1,69 Мт). Термоядерное устройство в эксперименте имело массу 2,95 тонны, длину 2,8 м и диаметр 88 см (отношение длины к диаметру составило 3,18). В 1956 году это устройство было усовершенствовано и испытано (20 мая 1956 года, Cherokee). Его энерговыделение составило 3,8 Мт. В период 1955–1957 годов было произведено 1200 боеприпасов этих типов.

Казалось бы, что из этих данных следует, что с созданием первых конструкционно-приемлемых образцов термоядерного оружия США опередили СССР примерно на полтора года. Однако этот вывод справедлив лишь отчасти. Дело в том, что габаритно-массовые параметры заряда РДС–37 и последовавших за ним первых образцов термоядерных зарядов СССР и первых термоядерных зарядов США принципиально отличаются. Характерное значение отношения длины к диаметру первых термоядерных зарядов СССР составляет менее 2, а для первых термоядерных зарядов США оно составляет 3,2–4,8. Это различие указывает на принципиальные различия в структуре вторичных модулей первых термоядерных зарядов СССР и США. Термоядерные модули зарядов США имели цилиндрическую конфигурацию, а термоядерные модули зарядов СССР — сферическую конфигурацию.

„Аналитический Центр по Проблемам Нераспространения“
„Укрощение Ядра“ .pdf (12,3Mb)
„Испытания ядерного оружия и ядерные взрывы в мирных целях СССР. 1949-1990 гг.“ .pdf (3,5Mb)

Статьи близкой тематики:
Укрощение ядра. (главыиз книги)  И. А. Андрюшин, А. К. Чернышёв, Ю. А. Юдин.
    Основные научно-технические данные, полученные разведкой СССР
    Создание и испытание первой советской атомной бомбы
    Создание первых образцов ядерного оружия
    Создание первых образцов термоядерного оружия
    Развитие ядерной оружейной программы СССР
Белый архипелаг. (главыиз книги)  Владимир Губарев.
Ядерные испытания СССР (главы из книги).
О создании первой отечественной атомной бомбы.  Г. А. Гончаров, Л. Д. Рябев.
Как была решена атомная проблема в нашей стране.  М.Г. Первухин.
Оружие, которое себя исчерпало.  Л. П. Феоктистов.
Подготовка полигона и испытания ядерной бомбы.  В. Н. Михайлов, Е. А. Негин, Г. А. Цырков.
«РДС–1» — Хроника первого испытания.  из отчёта К.И. Щёлкина.
Полигоны, полигоны…  Е. В. Вагин.
Семипалатинский ядерный полигон.  В. Н. Михайлов.
Рождение полигона.  П. Ветлицкий.
Создание полигона на Новой земле.  Е. А. Шитиков.
Деятельность полигона на архипелаге Новая Земля.
Атомная бомба в торпедном аппарате.  Е. А. Шитиков.
Испытания кораблей на новоземельском полигоне.  Е. А. Шитиков.
Боевые стрельбы с ядерными взрывами.  Е. А. Шитиков.
Ядерный полигон на Новой земле.  В. Н. Михайлов.
Воспоминания о Новой Земле.  Г. Г. Кудрявцев
Дважды на Новой Земле.  В. М. Киселёв.
Нештатные ситуации.  Е. М. Ломовцев.
Тридцать суток на эсминце «Осторожный» у берегов Новой Земли.  Гарнов В. В.
Труд испытателей никогда не бывает лёгким и безопасным.  Г. А. Кауров.
Мегатонная «затайка».  Г. А. Кауров.
Испытательные работы на леднике Шумном.  В. И. Лепский.
Подводные ядерные взрывы.  Б. Д. Христофоров.
Сверхмощные ядерные взрывы в США и СССР.  В. Б. Адамский, Ю. Н. Смирнов, Ю. А. Трутнев.
50-мегатонный взрыв над Новой Землёй.  В. Б. Адамский, Ю. Н. Смирнов.
Воспоминания участников разработки и испытания Супербомбы.
Эпизоды рождения «слойки».  В. И. Ритус.
О создании советской водородной (термоядерной) бомбы.  Ю. Б. Харитон, В. Б. Адамский, Ю. Н. Смирнов.
Основные события истории создания водородной бомбы в СССР и США.  Г. А. Гончаров.
К истории создания советской водородной бомбы.  Г. А. Гончаров.
Зона безопасности.  Михаил Важнов.
Затерянный мир Харитона. Воспоминания.  Л. В. Альтшулер.
Музей ядерного оружия.
Четыре плюс четыре.  Виктор Мальков.
Так начинали дробить ядро.  Владимир Губарев.
Уран-45.  И.С. Дровеников, С.В. Романов.
Особо секретное задание.  Борис Иоффе.
Главный объект державы  Владимир Губарев
Над ядерной пропастью  Владимир Губарев
Жар ядерного огня  Владимир Губарев
Академик Юрий Трутнев: «Бесконечный фронт работ».  Владимир Губарев.
От сохи до ядерной дубинки.  Владимир Губарев.
Аркадий Бриш: «Мы не имеем права на ошибку».  Владимир Губарев.
Идея себя не исчерпала.  А. А. Бриш.
Институт атомной энергии и его отцы-основатели.  И. Ларин.

Предназначение.  Н. А. Черноплеков.
«Научные восторги».  Академик М. А. Садовский.
Годы с Курчатовым.  Академик А. П. Александров.
Звезда Харитона.  Владимир Губарев.
Главный конструктор.  А. К. Чернышёв.
Академик Алиханов и советский Атомный проект.  Геннадий Киселёв.
Не позволял душе лениться.  Е. П. Велихов.
Глазами физиков Арзамаса-16.  Ю. Б. Харитон, В. Б. Адамский, Ю. А. Романов, Ю. Н. Смирнов.
«Я низведён до уровня «учёного раба…»  С. С. Илизаров.
На передовой научно-технического фронта.  Р. И. Илькаев.
Музруков.  Богуненко Наталья Николаевна. (главы из книги — весь файл — 600 кб.)
   По главам
Воспоминания.  Андрей Дмитриевич Сахаров. (весь файл —400 кб)
    По главам
Становление гражданина.  В. Б. Адамский.
Ради ядерного паритета.  Ю. Б. Харитон.
А. П. Завенягин: страницы жизни.  М. Я. Важнов. (главы из книги — весь файл — 400 кб.)
   По главам
Лев и атом. Учёный, гражданин, мыслитель.
    «Он жил не между, а вместе с нами»
Академики Снежинска.  Владимир Губарев
Из неопубликованного. Воспоминания (главыиз книги).  Михаил Александрович Садовский.
    Друзья и коллеги о Михаиле Александровиче Садовском
«Уфимский след» советской атомной бомбы.  Ю. В. Ергин

Ядерные взрывы на орбите.  Дэниел Дюпон.
Плутоний: разнообразие подходов и мнений  Е. Г. Кудрявцев
Диспут в Брюсселе о судьбе плутония  А. Жомотт
Ядерные взрывные технологии.  А. Б. Колдобский.
А была ли бомба?  Александр Зайцев

Источник: http://wsyachina.narod.ru/history/coretaming_5.htm...

  • Автор: XzxFIR3xzx
  • 22.08.2015, 21:31
  • Посмотрели: 2785


Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Можно ли после миокардита вернуться в спорт