Что такое водородная бомба

Атомный пролог

В 1913 году в Англии появился роман "фикшн" классика фантастики Герберта Уэллса (1866-1946) "Освобожденный мир" с описанием атомной бомбардировки Парижа немцами в середине ХХ века. Уэллс рисовал картину, напоминающую нынешнему читателю и Хиросиму, и Нагасаки, и Чернобыль. Мало того, под влиянием гениального физика Фредерика Содди Уэллс предрекал, что "Atomic Bomb" (его термин!) - "это всего лишь предтеча более страшных устройств"... А великие классики Альберт Эйнштейн, Эрнст Резерфорд и Нильс Бор посмеивались над домыслами этого дилетанта.

Так было по крайней мере до конца 30-х годов, пока Отто Ган в Германии не открыл закономерности деления (распада) урана, а во Франции Фредерик Жолио-Кюри не доказал принципиальной возможности цепной реакции в уране, т.е. способности урана взрываться с выделением энергии в миллионы раз большей, чем дает динамит той же массы. Если немцы преуспели лишь в дизайне имплозионной А-бомбы (для боеголовки ракеты V-2), не успев наработать взрывчатку - "уран-235", то тайный интернационал талантов, собранный в американском Лос-Аламосе, решил проблему комплексно. Нетривиальные попытки немцев подступиться к инициированию термоядерной реакции были оценены по достоинству разве что специалистами стран-победительниц.

Атомная гонка между Германией и США увенчалась демонстрацией уничтожения двух японских городов. Хиросима была сожжена бомбой весом около 4,5 тонн, содержащей менее 100 кг урана, взрыв которого был эквивалентен 12 500 тоннам тротила. Нагасаки разрушила плутониевая бомба аналогичной массы, но эквивалентом около 20 000 тонн тротила, причем плутония в ней было существенно меньше, чем урана в хиросимской А-бомбе, что достигалось применением "имплозии" - взрыва внутрь (основы ее теории, кстати, созданы Гудерлеем и другими немецкими физиками)...

Рождение Н-бомбы

Стоило Советскому Союзу создать свою копию плутониевой бомбы (не без помощи одного из ее конструкторов - немца Клауса Фукса, коммуниста, допущенного в Лос-Аламос решением американского атомного "царя" - Роберта Оппенгеймера), как президент США Гарри Трумэн распорядился мобилизовать своих ученых на создание недостижимого для Советов, как он считал, оружия - водородной бомбы. Причем такой бомбы, которая была бы способна на взрыв эквивалентом в миллион тонн тротила. Замыслы создать такое оружие давно и фанатически лелеял Эдвард Тэллер. С тех самых пор, как итальянский физик-нобелист Энрико Ферми в 1942 году навел Тэллера на эту идею - пока в абстрактном виде.

В Германии к идее Н-бомбы подошел еще в 1938 году сын госсекретаря гитлеровского правительства Карл Фридрих фон Вайцзеккер (младший брат которого, кстати, стал после войны президентом ФРГ), заслуживший научную славу (в Нобелевской ему отказали) созданием основ современной теории горения звезд "солнечного" класса.

На первый взгляд идея Н-бомбы может показаться почти банальным воспроизведением природного звездного процесса пережигания водорода в гелий с выделением энергии в разы большей, чем при распаде урана или плутония. Недаром английский астрофизик Артур Эддингтон, догадавшийся (вместе с французом Жаном Перреном, но независимо) в 1920 году, что именно термоядерными реакциями обусловлено излучение большинства звезд, неоднократно предупреждал о возможности создания термоядерного оружия.

Короче, используя бомбу атомную как "спичечную головку", а дейтерий как "палочку", поджигаемую атомной головкой, делаем бомбу "супер", уговаривал Трумэна, да и самого себя Тэллер. И Трумэн уверенно объявил на весь мир о предстоящем создании Н-бомбы в США, подписав нужные директивы и уверовав в то, что после Фукса в атомном логове США нет и не может быть кремлевских информаторов. Декларация Трумэна прозвучала 31 января 1950 года, а через считаные недели молодой математик Лос-Аламоса - польский эмигрант Станислав Улам, поиграв с логарифмической линейкой, гениально просто доказал, что "супер" Тэллера неработоспособен.

Не успел Тэллер обдумать, как выгнать с работы такого саботажника, а крупнейшие теоретики Лос-Аламоса (если не всего мира) Энрико Ферми и Джон фон Нейманн обоснованно подтвердили выкладки Улама. И самым сокровенным секретом американских атомщиков вдруг стала именно неработоспособность этого проекта Н-бомбы. В СССР аналогичный проект тщетно пытался реализовать Яков Зельдович, до поры до времени не подозревавший о находках Стана Улама. И тот же Улам спас программу Н-бомбы: к началу весны 51-го он изобрел принцип устройства современного термоядерного оружия: термоядерную взрывчатку нужно и можно имплозионно (взрывом внутрь) сжать до суперплотного состояния перед поджиганием.

Опешивший было Тэллер оказался способен адаптироваться к идеям Улама и даже - не без помощи младших талантов своей команды - усовершенствовал практически эффективные средства реализации имплозионного суперсжатия. Потом он постарался тривиализировать идею Улама, объясняя ее через принцип, давно известный каждому автомобилисту: мол, в термоядерном двигателе топливо сначала надо сжать, а потом поджигать - как у Дизеля! Но ведь в дизелях плотность топливной смеси повышается всего лишь в разы (а не в сотни раз), и это дело обходится и без излучающей плазмы, и без имплозии (говорят еще - "кумуляции"), создание теории и реализация которой - удел талантов нобелевского уровня.

Только недавно рассекречено, до какой плотности требовалось сжать взрывчатку - жидкий дейтерий первого прототипа Н-бомбы Лос-Аламоса: примерно до такой плотности, которая достигается в центре Солнца - около 100 грамм в кубическом сантиметре, причем при давлении около тысячи миллиардов атмосфер! Напомню, исходная плотность жидкого дейтерия - в пять раз меньше воды.

Метафоры метафорами, а создать хотя бы на миг (миллиардные доли секунды) звездное вещество на Земле - это вам не какой-то дизель... По сути, как бы решается проблема создания варианта машины времени, поскольку дейтерий в столь сверхплотном состоянии - это же сюжет начала "Большого Взрыва" Вселенной.

Американец "Майк" и другие

Именно Уламу Америка обязана выигрышем раунда гонки ядерных вооружений, а конкретно - созданием 82-тонного термоядерного монстра "Майк" размером 203х617 см, взорванного 1 ноября 1952 года. Начинка "Майка", около 500 литров (100 кг) тяжелого водорода, на мгновение была сжата до литрового объема, т.е. плотность водорода достигла пятикратной плотности золота.

Взрыв "Майка" оказался эквивалентен 10 400 килотоннам тротила. Кроме интенсивного излучения и мощнейшей ударной волны, "Майк" вызвал испарение 80 млн. тонн грунта. Воронка от "Майка" была глубиной в полмили и диаметром две мили. Грибовидное облако этого взрыва поперечником около 13 км поднялось на высоту 45 км. Облучение слоев урана бомбы продуктами термоядерного горения продуцировало новые трансурановые элементы, которые как раз дали повод британцам домыслить ключевые идеи создания собственной Н-бомбы без прямой помощи США.

Нашим "курчатовцам" не удалось засечь эти любопытные атмосферные выбросы... Бомба Сахарова получилась не совсем полноценной - компактной, но относительно слабенькой. Правда, Сахаров избавился от непрактичного жидкого (криогенного, при температуре минус 250 градусов!) дейтерия, использовав порошкообразную сухую взрывчатку "дейтрит лития". На это опоздавшие ученые Лос-Аламоса отреагировали с долей зависти: "Вместо американской огромной коровы с ведром молока сырого русские используют упаковку молока сухого". Все-таки главный принцип - суперплотность - Сахаров упустил, и КПД его бомбы был маловат.

Обогнать американцев Сахаров сумел (причем навсегда!) по энергии взрыва в 1961 году, когда 30 октября над Новой Землей раздался взрыв его "устройства" - 20-тонной бомбы, прозванной "Кузькина мать", эквивалентом 100 мегатонн, правда, сниженным целенаправленно до 60 мегатонн. В этой бомбе, сброшенной со стратегического Ту-95, уже работал упомянутый принцип Улама, информацию о котором из Лос-Аламоса в Москву мог передать коллега Эдварда Тэллера - советский невозвращенец Георгий Гамов, связь с которым через жену поддерживала агентура Кремля.

"Самый-самый" в США был 15-мегатонный взрыв 28 февраля 1954 года, хотя у них потом были бомбы, рассчитанные и на 24 мегатонны. Американцы ими снаряжали пресловутые стратегические бомбардировщики В-52, годами игравшие основную роль "большой дубинки" наряду с подлодками "Полярис" и "Трайдент", а также ракетами "Минитмен" и "МХ".

В Кремле торжествовали: не в пример уязвимым В-52 с их 24-мегатонными бомбами наши ядерные силы начали вооружаться неперехватываемыми челомеевскими ракетами УР-500 (с двигателями Валентина Петровича Глушко) - 550-тонными прототипами знаменитых 700-тонных "Протонов", до сих пор весьма конкурентоспособных космических ракет-носителей.

К счастью для человечества, и наши 100-мегатонные боеголовки межконтиненталок Челомея, и американские 24-мегатонные бомбы для стратегических бомбардировщиков "Боинг" давно сняты с вооружения как заведомо варварское оружие геноцида...

Сам Сахаров (в отличие от Тэллера) стал Голубем мира, а гонка ядерных вооружений продолжилась не по линии гигантомании. Паритет США/СССР отстаивали более молодые таланты, среди которых в СССР - Бабаев, Забабахин, Аврорин, Феоктистов, Трутнев...

Тем временем Китай (не без помощи Москвы), Израиль без проведения своих ядерных испытаний (не без помощи США), не говоря о Британии и Франции, также освоили более или менее современную термоядерную технологию. К этому упорно и неумолимо приближается и Индия... Что ждет нас, кроме распространения по миру этого оружия - пока скорее пригодного для устрашения, нежели для реальных боев?

Тенденции водородных технологий

Нынешние тенденции как раз свидетельствуют о движении в сторону большей практичности ядерного оружия. Уже в разгар варварских бомбежек Югославии в США серьезно прорабатывались сценарии "точечных" ядерных ударов по соединениям югославской армии, боеспособность которой всерьез пугала НАТО. Миссия Виктора Черномырдина избавила США от этих забот.

Задачи недавнего времени - в Афганистане и Ираке - могли решаться точечными, т.е. малыми (в эквиваленте), ядерными ударами. Например, ядерная боеголовка эквивалентом до 10 килотонн, упакованная в особо прочный корпус специфической формы, способна проникать почти в любой грунт на десятки метров - хотя бы под сверхпрочный бункер, где она взрывается, создавая каверну, в которую провалится бункер, а на его крышу обрушатся сотни тонн породы.

Более изощренный сценарий - создание компактных ядерных боеприпасов, работающих по принципу направленного (кумулятивного) ядерного взрыва. Тот же Улам опубликовал открыто такую идею в конце 1950-х годов, затем ее развивал его ученик Тэйлор. При ее реализации сравнительно легкий боеприпас может оказать на объект поражения локальное воздействие, аналогичное ненаправленным боеприпасам гораздо большей полной мощности.

Но будущее сулит нечто еще более интересное и "романтичное": так называемый контролируемый инерциальный термояд - миллионнократная миниатюризация водородных бомб до размера наперстка - ради применения термоядерных микровзрывов. Водородная микробомба в тысячи раз чище "нормальной". В ее конструкции отсутствуют делящиеся материалы, а взрывчаткой послужит смесь дейтерия с легким изотопом гелий-3 (вместо радиактивного трития). Тогда "пепел" в основном - это обычный водород и гелий-4.

Это перспектива не только промышленной энергетики, но и иных направлений, в т.ч. (в первую очередь?) для сверхскоростных ракетных кораблей Земля-Марс-Земля с космонавтами на борту. В Ливерморской лаборатории США эти идеи разрабатываются с 1961 года такими физиками, как Джон Накколлс, Ловелл Вуд, Родерик Хайд и Чарлз Орт, причем всерьез поддержаны и самим Тэллером. У нас это направление признавали и одобряли А.Д. Сахаров и В.П. Глушко. Автор данной статьи посвятил годы своему сценарию микровзрывов для аэрокосмических систем. Но это уже другая история.