Впрочем, работа по изучению отчётов группы Зельдовича заставила его заняться самообразованием, и вскоре это дало ощутимые плоды.
С тех пор Андрей Дмитриевич стал считать преподавание необходимым элементом подготовки учёного. Тем более что на этом настаивал и мудрый академик Тамм.
Впрочем, это давно известная истина, которая концентрированно выражена в старом анекдоте: один профессор жалуется: «Какие тупые у меня ученики, я им раза три повторил теорию, сам, наконец, её понял, а они всё никак не «врубятся»…»
ГЛАВА VII
Бомба для генсека
Пока в СССР в пожарном порядке после Хиросимы начали развёртывать ядерную программу, пока строили заводы по переработке урана и реакторы для накапливания плутония, пока теоретики во главе с Зельдовичем усиленно раздумывали над заведомо тупиковым вариантом поджига водородного заряда в «трубе», в США интенсивно работали над совершенствованием атомного оружия…
Перед американскими учёными стояла задача — значительно сократить количество чрезвычайно дорогой взрывчатки в заряде и одновременно резко увеличить её мощность, а также сильно уменьшить общий вес бомбы, сделать ядерное оружие надёжным, экономичным и высоко-эффективным.
Они успешно справились с этой непростой проблемой, а все их изобретения и нововведения потом повторились в советском атомном проекте — в значительной мере благодаря успехам разведки и отчасти благодаря собственным идеям и разработкам.
Обзор истории и развития оружия деления (атомного оружия) в США интересен не только потому, что в СССР пойдут потом аналогичными путями, но главным образом потому, что создание оружия деления стало кратчайшим путём к появлению оружия синтеза (термоядерных или водородных зарядов), как это впоследствии выяснилось. Ибо при взрыве только высокоэффективного атомного заряда возникает механизм «поджига» заряда термоядерного.
Атомные бомбы военного времени, испытанные американцами в 1945 году, нужной эффективности не достигали. Они делались второпях, сначала чтобы опередить фашистскую Германию, а потом — чтобы припугнуть весь мир и больше всего — сталинский режим перед предстоящим разделом сфер влияния.
Одна из этих трёх бомб была урановой. Её конструкция очень проста, если не сказать, примитивна — две половинки урана, каждая массой менее критической, размещались в разных концах пушечного ствола. Одна половинка закреплялась в конце ствола, а другой выстреливали так, чтобы она со скоростью орудийного снаряда вминалась в закреплённую часть урана. При этом суммарная масса становилась больше, чем критическая, и начиналась цепная реакция.
Простота конструкции обеспечивала надёжность срабатывания бомбы, но она была и серьёзной помехой безопасности — случайное воспламенение пороховой массы снаряда приводило к страшным последствиям…
Но эффективность уранового заряда — и это самое главное — была ничтожна. Из шестидесяти килограмм урановой массы «срабатывало» менее килограмма! Коэффициент полезного действия такого оружия (или, как говорил академик Ландау, «коэффициент вредного действия») составил около одного процента.
Впрочем, от урана не отмахнулись. Во-первых, в конце сороковых обогащённого урана произвели в США раз в десять больше, чем плутония.
К тому же уран как взрывчатка был незаменимым в ядерных головках проникающего типа. Такая головка может пробить многометровые слои бетона, что нереально для головки с плутониевой бомбой. Поскольку корпус головки испытывает при этом сильные деформации, а плутоний очень чувствителен к симметрии взрывного процесса, и ядерная детонация может не случиться.
Проникающая головка с урановой начинкой была специально сконструирована для генсеков и прочих большевистских вождей, которые надеялись, что развязав ядерную войну, они отсидятся в глубочайших бункерах с многолетними запасами воды, пищи и энергоносителей.
«Незваный» изотоп
Все идеи по модернизации и совершенствованию атомного оружия появились уже в последние годы войны, но их отложили «на потом», торопясь, как уже говорилось, скорее сотрясти мир хоть и несовершенными, но невиданными по силе взрывами.
Той самой печкой, от которой потом начали «танцевать» учёные-атомщики, стала центральная часть бомбы — ядерный заряд. Низкая эффективность урановой бомбы проистекала из-за несовершенства способа подрыва— «пушечного» метода. Но заряды первых двух плутониевых бомб «срабатывали» уже по другой схеме — с использованием «взрыва внутрь» — так называемой имплозии. И не столько ради высокой эффективности, тогда не это было главным, сколько по той простой причине, что в первых полученных из реактора образцах плутония-239 содержался ещё и химически абсолютно неотделимый от него изотоп плутония-240.
Этот «незваный» изотоп оказался чрезвычайно радиоактивным и должен был стать препятствием для «пушечного» метода. При сближении двух плутониевых половинок в орудийном стволе из-за интенсивного распада «темпераментного» изотопа они начнут взаимодействовать гораздо раньше, чем половинки сольются в критическую массу. Может произойти «хлопок» — неполный взрыв, который пушечный ствол возможно и разрушит, но и только.
Нужно было значительно увеличивать скорость летящей половинки — что вызывало само по себе другие почти непреодолимые трудности — или искать новый метод ядерной детонации. И он нашёлся.
Это, как уже говорилось, имплозия — взрыв, направленный внутрь. Подавляющее большинство представляет себе взрыв как процесс, в котором происходит мгновенное расширение, разлёт реагирующих веществ от центра — наружу. Это эксплозивный взрыв, чаще всего наблюдаемый в жизни.
Однако специалисты знают, что с помощью конструктивных ухищрений можно заставить энергию взрыва не разбегаться, а «сходиться в точку» — концентрировать её по заданным направлениям.
Давно известны сделанные по такому принципу кумулятивные заряды — их применяют в капсюлах-детонаторах, для резки металлов и дробления громадных кусков руды в карьерах.
Во время Отечественной войны у немцев появились снаряды, которые пробивали танковую броню в несколько раз более толстую, чем советские такого же калибра.
Разведка раздобыла эти образцы, и академик Михаил Лаврентьев — будущий создатель и первый руководитель Сибирского Отделения АН СССР — взялся исследовать «пробивной» снаряд врага. Выяснилось, что носовая часть их — полая, в виде конуса или полусферы, внутренняя часть этой полости покрыта металлической оболочкой. При взрыве снаряда оболочка вбирает в себя всю энергию взрывчатки, сходящуюся к центру сферы. Колоссальная мощь чрезвычайно уплотнённого и сконцентрированного металла прожигает броню, а остаточная энергия взрыва расширяет полученное отверстие, разрушая танковую защиту. Впрочем, это было предположение, которое сделал Лаврентьев, и следовало экспериментом подтвердить или отвергнуть его.
К тому времени в одной московской рентгеновской лаборатории научились делать моментальные снимки различных фаз быстропротекающих процессов молодые «рентгенщики» — Вениамин Цукерман и Лев Альтшуллер (потом к ним присоединится Виталий Гинзбург). Ухитрились для начала снять винтовочную пулю в полёте.
В этой лаборатории и получили снимки различных стадий взрыва вражеского кумулятивного снаряда, что полностью подтвердило предположение академика. Так советские специалисты впервые встретились с военным применением имплозии. Это было в 1942 году, а спустя четыре года молодые «рентгенщики» всерьёз займутся имплозией для атомной бомбы и станут ключевыми фигурами в разработке ядерного оружия.
Но раньше, чем советские учёные, и даже раньше американцев «приспособить» имплозию для ядерного оружия попытались немцы. В том же 1942-ом они применили кумулятивные заряды для сжатия и детонации термоядерного горючего — тяжёлого водорода.
В качестве индикатора термоядерных реакций немецкие учёные использовали серебряную фольгу — она регистрирует появление в «термояде» нейтронов, которые являются важнейшим и непременным доказательством синтеза.
И, хотя немцы были на верном пути, опыты закончились неудачей — а ведь стоило им лишь увеличить на порядок мощность кумулятивных зарядов, как удалось бы зафиксировать термоядерные нейтроны. К счастью, фортуна отвернулась от ядерщиков рейха.
Словом, имплозия тогда была уже «в ходу», и американцы сумели заставить её поработать на эффективность атомных зарядов. Чтобы ясно представить себе особенности механизма взрыва «внутрь», можно рассмотреть довольно наглядную модель этого явления в ядерном заряде.
Ядерная изюминка
Если ядерный заряд представить себе в виде кубической буханки пшеничного хлеба с внедрёнными туда изюминками, то протыкание такой буханки тонкой спицей схоже с проникновением нейтрона в среду атомной взрывчатки. Роль атомов здесь играют изюминки.
