Водородная бомба. Ошибки проекта и мобилизация ученых

В плутониевых и урановых бомбах переход зарядов в критическое состояние, при котором начиналась взрывная цепная реакция распада атомных ядер, достигался не наращиванием массы плутония или урана‑235, а увеличением их плотности колоссальным сжатием в несколько сот тысяч атмосфер. Такое сжатие сильно уплотняло металл, сближало его атомы и создавало критическое состояние. Это сверхдавление обеспечивалось имплозией направленных внутрь синхронизированным электрическими детонаторами взрывом обычных взрывчатых веществ множества зарядов, расположенных сферически на равных расстояниях от плутониевого или уранового «шариков» размером с крупное яблоко. От внешнего давления фокусированных взрывных волн такие «шарики» уменьшались в размерах сдавливанием почти вдвое, и помещенный в центр «шарика» источник нейтронов – взрыватель – начинал цепную реакцию атомного взрыва. В первых бомбах в атомный взрыв вовлекалось не более 7–10 % плутония или урана, остальная масса испарялась при взрыве. В последующем различными модификациями удалось увеличить коэффициент распада плутония или урана, что, соответственно, увеличивало и мощность взрыва.

Взрыв водородной бомбы за счет слияния ядер дейтерия помимо миллионных температур, обеспечиваемых атомным взрывом, требовал также и сверхвысоких давлений. По первоначальной теории Теллера, давление в несколько сотен тысяч атмосфер, которое можно было обеспечить имплозией обычных взрывчатых веществ, могло быть достаточным и для возникновения самоподдерживающейся реакции термоядерного синтеза. Доказать это можно было лишь фантастически большим количеством расчетов, и отсутствие в тот период быстродействующих компьютеров делало разработку рабочей теории водородной бомбы крайне медленной. Эта же трудность тормозила и теоретическую работу в СССР. По компьютерам, которые были известны тогда в СССР как «электронные вычислительные машины», Советский Союз значительно отставал от США. Но этот недостаток преодолевался вовлечением в расчеты значительно большего числа математиков. Каждый из них получал ту или иную задачу, часто не представляя общей картины и даже общей цели, для которой его расчеты будут использованы. Был резко расширен прием студентов на все физико‑математические факультеты университетов. По числу математиков СССР к 1950 году лидировал во всем мире.

Проблема атомной бомбы решалась в основном физиками из научной школы академика Абрама Федоровича Иоффе, создавшего Ленинградский физико‑технический институт. Это были по большей части физики‑экспериментаторы, а не теоретики. Но даже для начальных разработок водородной бомбы были нужны, главным образом, физики‑теоретики и математики. Это направление представляли московские школы: Игоря Тамма, возглавлявшего теоретический отдел Физического института Академии наук (ФИАН), Льва Ландау, руководившего теоретическим отделом Института физических проблем (ИФП), Якова Зельдовича, самого молодого из теоретиков, заведовавшего теоретическим отделом Института химической физики (ИХФ). Лучшие математики работали в этот период в Институте прикладной математики АН СССР, руководителем которого был академик Мстислав Всеволодович Келдыш. Несколько авторитетных математических школ базировались в Московском и Ленинградском университетах, а до войны и в Харькове.

В 1946 и в 1947 годах эти научные центры и немалое число других самостоятельными постановлениями Совета Министров СССР, подписываемыми Сталиным, были вовлечены в проект создания термоядерного оружия и переходили на режимы строгой секретности. Общая координация всех усилий лежала на плечах Курчатова. Однако в этот период, и особенно в 1948 и в 1949 годах, Курчатов был столь сильно привязан к созданию промышленного реактора и производству плутония для первой атомной бомбы в атомградах, созданных в Челябинской и Свердловской областях, что центр всей этой работы по водородной бомбе переместился в секретный атомный город в Горьковской области, на границе с Мордовией, известный как КБ‑11, а позже как Арзамас‑16. Научным руководителем этого атомного центра был тогда также малоизвестный Юлий Борисович Харитон. В 1947 году в КБ‑11 был переведен Яков Зельдович.

К 1948 году, несмотря на большой объем проведенных расчетов и теоретических исследований, никакого рабочего конструктивного решения водородной бомбы в СССР еще не было. Как сейчас известно, не было его и в США. Однако советская разведка не имела «источников» в группе Теллера и не могла следить за судьбой проекта водородной бомбы в США.

Теоретически модель супербомбы предполагала, что после начала термоядерной реакции в одном из концов цилиндра с жидким дейтерием выделяемая при ядерном синтезе энергия будет распространяться вдоль цилиндра и детонировать термоядерную реакцию во всей массе дейтерия. Взрыв, хотя он продолжался бы какие‑то доли микросекунды, происходил в две стадии. Но расчетами не удавалось доказать, что начинающаяся в дейтерии термоядерная реакция синтеза будет распространяться самопроизвольно, а не «погаснет» по тем или иным причинам.

Для того чтобы ускорить все расчеты, лаборатория в Лос‑Аламосе заказала новые, более сложные компьютеры со специальными программами именно для тех расчетов, которые были необходимы Теллеру. Для ответа на многие вопросы нужно было ждать появления новых суперкомпьютеров. Американская система не позволяла Теллеру принудительно привлекать к расчетам через решения правительства математиков из разных университетов.

В СССР мобилизация ученых для той или иной государственно важной задачи была делом более простым. Подпись Сталина была равносильна закону и для Академии наук. К середине 1948 года Зельдович, так же как и Теллер, не мог доказать, что термоядерная реакция в жидком дейтерии, помещенном в особую «трубу», будет самопроизвольной. Нужны были новые подходы и новые идеи. Это требовало и новых людей. Курчатов решил включить в разработку идеи водородной бомбы группу Тамма, в то время наиболее авторитетного в СССР физика‑теоретика. Один из молодых сотрудников Тамма, Андрей Дмитриевич Сахаров, которому тогда было 27 лет, в своих «Воспоминаниях» описывает это событие:

«В последних числах июня 1948 года Игорь Евгеньевич Тамм с таинственным видом попросил остаться после семинара меня и другого своего ученика, Семена Захаровича Беленького… Когда все вышли, он плотно закрыл дверь и сделал ошеломившее нас сообщение. В ФИАНе по постановлению Совета Министров и ЦК КПСС создается исследовательская группа. Он назначен руководителем группы, мы оба – ее члены. Задача группы – теоретические и расчетные работы с целью выяснения возможности создания водородной бомбы»[129]. Третьим участником группы был ученик Тамма Виталий Лазаревич Гинзбург. Вскоре к новому теоретическому коллективу были присоединены еще несколько молодых физиков. Отказов от участия в исследованиях не было. Молодые ученые в то время обычно сильно нуждались и имели плохие жилищные условия. Тогда включение в атомный проект, сопровождаемое допуском к сверхсекретным работам, оформлялось по всем инстанциям и было связано с новыми высокими окладами, новым статусом и предоставлением хороших квартир в Москве.

Получавшие эти элитные квартиры тогда еще не знали, что по практике, введенной НКВД еще с 1943 года, все такие квартиры оборудовались «оперативной техникой прослушивания»[130]. Анализом подслушиваемых разговоров атомщиков занимался, по распоряжению Берии, отдел НКВД «С», которым руководил генерал Павел Судоплатов. Главные проблемы у органов госбезопасности по материалам прослушивания квартир возникали при расшифровках разговоров Льва Ландау, который до конца своих дней не подозревал о том, что каждое его слово записывается на пленку. Он нередко называл государственный строй в СССР «фашизмом» и жаловался на то, что он сам низведен до уровня «ученого раба»[131]. Но никаких «утечек» секретной информации не было зафиксировано.