1 ноября 1952 года США взорвали первый термоядерный заряд на атолле Эниветок. Первая в мире водородная бомба — советская РДС-6 была взорвана 12 августа 1953 года на полигоне в Семипалатинске . Устройство, испытанное США в 1952 году фактически не являлось «бомбой», а представляла собой лабораторный образец, «3-х этажный дом, наполненный жидким дейтерием», выполненный в виде специальной конструкции. Советские же ученые разработали именно бомбу — законченное устройство, пригодное к практическому применению. Впрочем, мощность взорванного американцами устройства составляла 10 мегатонн, в то время как мощность бомбы конструкции Сахарова — Лаврентьева — 400 килотонн. Самая крупная когда-либо взорванная водородная бомба — советская 50-мегатонная «царь-бомба», взорванная 30 октября 1961 года на полигоне архипелага Новая Земля. Никита Хрущёв впоследствии публично пошутил, что первоначально предполагалось взорвать 100-мегатонную бомбу, но заряд уменьшили, «чтобы не побить все стёкла в Москве». Конструктивно бомба действительно была рассчитана на 100 мегатонн и этой мощности можно было добиться заменой свинцового тампера на урановый. Бомба была взорвана на высоте 4000 метров над полигоном «Новая Земля». Ударная волна после взрыва три раза обогнула земной шар. Несмотря на успешное испытание, бомба на вооружение не поступила; тем не менее, создание и испытание сверхбомбы имели большое политическое значение, продемонстрировав, что СССР решил задачу достижения практически любого уровня мегатоннажа ядерного арсенала. Любопытно отметить, что после этого прекратился рост мегатоннажа ядерного арсенала США.
СССР
Первый советский проект термоядерного устройства напоминал слоёный пирог, в связи с чем получил условное наименование «Слойка». Проект был разработан в 1949 году (ещё до испытания первой советской ядерной бомбы) Андреем Сахаровым и Виталием Гинзбургом и имел конфигурацию заряда, отличную от ныне известной раздельной схемы Теллера-Улама. В заряде слои расщепляющегося материала чередовались со слоями топлива синтеза — дейтерида лития в смеси с тритием («первая идея Сахарова»). Заряд синтеза, располагающийся вокруг заряда деления малоэффективно увеличивал общую мощность устройства (современные устройства типа «Теллер-Улам» могут дать коэффициент умножения до 30 раз). Кроме того, области зарядов деления и синтеза перемешались с обычным взрывчатым веществом — инициатором первичной реакции деления, что дополнительно увеличивало необходимую массу обычной взрывчатки. Первое устройство типа «Слойка» было испытано в 1953 году, получив наименование на Западе «Джо-4» (первые советские ядерные испытания получали кодовые наименования от американского прозвища Иосифа (Джозефа) Сталина «Дядя Джо»). Мощность взрыва была эквивалентна 400 килотоннам при КПД всего 15—20 %. Расчёты показали, что разлёт непрореагировавшего материала препятствует увеличению мощности свыше 750 килотонн.
После проведения Соединёнными Штатами испытаний «Иви Майк» в ноябре 1952, которые доказали возможность создания мегатонных бомб, Советский Союз стал разрабатывать другой проект. Как упоминал в своих мемуарах Андрей Сахаров, «вторая идея» была выдвинута Гинзбургом ещё в ноябре 1948 года и предлагала использовать в бомбе дейтерид лития, который при облучении нейтронами образует тритий и высвобождает дейтерий.
В конце 1953 года физик Виктор Давиденко предложил располагать первичный (деление) и вторичный (синтез) заряды в отдельных объёмах, повторив таким образом схему Теллера-Улама. Следующий большой шаг был предложен и развит Сахаровым и Зельдовичем весной 1954 года. Он предполагал использование рентгеновского излучения реакции деления для сжатия дейтерида лития перед синтезом («лучевая имплозия»). «Третья идея» Сахарова была проверена в ходе испытаний «РДС-37» мощностью 1,6 мегатонн в ноябре 1955 года. Дальнейшее развитие этой идеи подтвердило практическое отсутствие принципиальных ограничений на мощность термоядерных зарядов.
Советский Союз продемонстрировал это испытаниями в октябре 1961 года, когда на Новой Земле была взорвана бомба мощностью 50 мегатонн, доставленная бомбардировщиком Ту-95. КПД устройства составил почти 97 %, и изначально оно было рассчитано на мощность в 100 мегатонн, урезанных впоследствии волевым решением руководства проекта вдвое. Это было самое мощное взрывное устройство, когда-либо разработанное и испытанное на Земле.
США
Идея бомбы с термоядерным синтезом, инициируемым атомным зарядом была предложена Энрико Ферми его коллеге Эдварду Теллеру ещё в 1941 году, в самом начале Манхэттенского проекта. Значительную часть своей работы в ходе Манхэттенского проекта Теллер посвятил работе над проектом бомбы синтеза, в некоторой степени пренебрегая собственно атомной бомбой. Его ориентация на трудности и позиция «адвоката дьявола» в обсуждениях проблем заставили Оппенгеймера увести Теллера и других «проблемных» физиков на запасной путь.
Первые важные и концептуальные шаги к осуществлению проекта синтеза сделал сотрудник Теллера Станислав Улам. Для инициирования термоядерного синтеза Улам предложил сжимать термоядерное топливо до начала его нагрева, используя для этого факторы первичной реакции расщепления, а также разместить термоядерный заряд отдельно от первичного ядерного компонента бомбы. Эти предложения позволили перевести разработку термоядерного оружия в практическую плоскость. Исходя из этого, Теллер предположил, что рентгеновское и гамма излучение, порождённые первичным взрывом, могут передать достаточно энергии во вторичный компонент, расположенный в общей оболочке с первичным, чтобы осуществить достаточную имплозию (обжатие) и инициировать термоядерную реакцию. Позднее Теллер, его сторонники и противники обсуждали вклад Улама в теорию, лежащую в основе этого механизма.
В 1951 году была проведена серия испытаний под общим наименованием «Operation Greenhouse» (Операция Оранжерея), в ходе которой отрабатывались вопросы миниатюризации ядерных зарядов при увеличении их мощности. Одним из испытаний в этой серии стал взрыв под кодовым наименованием «Джордж» (англ. George), в котором было взорвано экспериментальное устройство, представлявшее собой ядерный заряд в виде тора с небольшим количеством жидкого водорода, помещённым в центре. Основная часть мощности взрыва была получена именно за счёт реакции синтеза водорода, что подтвердило на практике общую концепцию двухступенчатых устройств.
1 ноября 1952 года на атолле Эниветок (Маршалловы острова) под наименованием «Иви Майк» (англ. Ivy Mike) было проведено полномасштабное испытание двухступенчатого устройства с конфигурацией Теллера-Улама. Мощность взрыва составила 10,4 мегатонны, что в 450 раз превысило мощность бомбы, сброшенной в 1945 году на японский город Нагасаки. Устройство общей массой 62 тонны включало в себя криогенную ёмкость со смесью жидких дейтерия и трития и обычный ядерный заряд, расположенный сверху. По центру криогенной ёмкости проходил плутониевый стрежень, являвшийся «свечой зажигания» для термоядерной реакции. Оба компонента заряда были помещены в общую оболочку из урана массой 4,5 тонны, заполненную полиэтиленовой пеной, игравшей роль проводника для рентгеновского и гамма излучения от первичного заряда к вторичному.
Смесь жидких изотопов водорода не имела практического применения для термоядерных боеприпасов, и последующий прогресс в развитии термоядерного оружия связан с использованием твёрдого топлива — дейтерида лития-6. В 1954 эта концепция была проверена на атолле Бикини в ходе испытаний «Bravo» из серии «Operation Castle» при взрыве устройства под кодовым названием «Креветка». Термоядерным топливом в устройстве служила смесь 40 % дейтерида лития-6 и 60 % дейтерида лития-7. Расчёты предусматривали, что литий-7 не будет участвовать в реакции, однако некоторые разработчики подозревали и такую возможность, предсказывая увеличение мощности взрыва до 20 %. Реальность оказалась гораздо более драматичной: при расчётной мощности в 6 мегатонн реальная составила 15, и это испытание стало самым мощным взрывом из когда-либо произведённых Соединёнными Штатами[4].
Вскоре развитие термоядерного оружия в Соединённых Штатах было направлено в сторону миниатюризации конструкции Теллер-Улама, которой можно было бы оснастить межконтинентальные баллистические ракеты (МБР/ICBM) и баллистические ракеты подводных лодок (БРПЛ/SLBM). К 1960 году на вооружение были приняты боеголовки мегатонного класса W47 развёрнутые на подводных лодках, оснащённых баллистическими ракетами Поларис. Боеголовки имели массу 700 фунтов (320 кг) и диаметр 18 дюймов (50 см). Более поздние испытания показали низкую надёжность боеголовок, установленных на ракеты Поларис и необходимость их доработок. К середине 70-х годов миниатюризация новых версий боеголовок по схеме Теллера-Улама позволила размещать 10 и более боеголовок в габаритах боевой части ракет с разделяющимися головными частями (РГЧ/MIRV).
Великобритания
В Великобритании разработки термоядерного оружия были начаты в 1954 в Олдермастоне группой под руководством сэра Уильяма Пеннея, ранее участвовавшего в Манхэттенском проекте в США. В целом информированность британской стороны по термоядерной проблеме находилась на весьма зачаточном уровне, так как Соединённые Штаты не делились информацией, ссылаясь на закон об Атомной энергии 1946 года. Тем не менее британцам разрешали вести наблюдения, и они использовали самолёт для отбора проб в ходе проведения американцами ядерных испытаний, что давало информацию о продуктах ядерных реакций, получавшихся во вторичной стадии лучевой имплозии. Из-за этих трудностей в 1955 британский премьер-министр Энтони Иден согласился с секретным планом, предусматривавшим разработку очень мощной атомной бомбы в случае неудачи Олдермастонского проекта или больших задержек в его реализации.
В 1957 году Великобритания провела серию испытаний на островах Рождества в Тихом океане под общим наименованием «Operation Grapple» (Операция Схватка). Первым под наименованием «Short Granite» (Хрупкий Гранит) было испытано опытное термоядерное устройство мощностью около 300 килотонн, оказавшееся значительно слабее советских и американских аналогов. Тем не менее, британское правительство объявило об успешном испытании термоядерного устройства.
В ходе испытания «Orange Herald» (Оранжевый вестник) была взорвана усовершенствованная атомная бомба мощностью 700 килотонн — самая мощная из когда-либо созданных на Земле атомных (не термоядерных) бомб. Почти все свидетели испытаний (включая экипаж самолёта, который её сбросил) считали, что это была термоядерная бомба. Бомба оказалась слишком дорогой в производстве, так как в её состав входил заряд плутония массой 117 килограммов, а годовое производство плутония в Великобритании составляло в то время 120 килограммов. Другой образец бомбы был взорван в ходе третьих испытаний — «Purple Granite» (Фиолетовый Гранит), и его мощность составила приблизительно 150 килотонн.
В сентябре 1957 была проведена вторая серия испытаний. Первым в испытании под названием «Grapple X Round C» 8 ноября было взорвано двухступенчатое устройство с более мощным зарядом деления и более простым зарядом синтеза. Мощность взрыва составила приблизительно 1.8 мегатонны. 28 апреля 1958 в ходе испытаний «Grapple Y» над островом Рождества была сброшена бомба мощностью 3 мегатонны — самое мощное британское термоядерное устройство.
2 сентября 1958 года был взорван облегчённый вариант устройства, испытанного под наименованием «Grapple Y», его мощность составила около 1,2 мегатонны. 11 сентября 1958 года в ходе последнего испытания под наименованием Halliard 1 было взорвано трёхступенчатое устройство мощностью около 800 килотонн. На эти испытания были приглашены американские наблюдатели. После успешного взрыва устройств мегатонного класса (что подтвердило способности британской стороны самостоятельно создавать бомбы по схеме Теллера-Улама) Соединённые Штаты пошли на ядерное сотрудничество с Великобританией, заключив в 1958 соглашение о совместной разработке ядерного оружия. Вместо разработки собственного проекта британцы получили доступ к проекту малых американских боеголовок Mk 28 с возможностью изготовления их копий.
Китай
Китайская Народная Республика испытала своё первое термоядерное устройство типа «Теллер-Улам» мощностью 3,36 мегатонны в июне 1967 года (известно также под наименованием «Испытание номер 6»). Испытание было проведено спустя всего 32 месяца после взрыва первой китайской атомной бомбы, что является примером самого быстрого развития национальной ядерной программы от реакции расщепления к синтезу.
Франция
В ходе испытаний «Канопус» в августе 1968 года Франция взорвала термоядерное устройство типа «Теллер-Улам» мощностью около 2,6 мегатонны. Подробности о развитии французской программы известны слабо.
Другие страны
Детали развития проекта Теллер-Улам в других странах менее известны.
|
