Водородная бомба. Начало проекта
Плутоний для атомной бомбы был создан искусственно, и уран-235 нигде не накапливается в количествах, которые могут вызвать цепную реакцию его почти мгновенного распада. Идея водородной бомбы основывалась на физическом явлении, которое является наиболее распространенным во Вселенной: ядерном синтезе, образовании ядер атомов более тяжелых элементов за счет слияния ядер легких элементов. Именно таким образом возникли почти все элементы земной коры. При высоких температурах, порядка сотен миллионов градусов, кинетическая энергия ядер легких элементов становится настолько высокой, что, сталкиваясь между собой, они могут «сливаться», образуя ядра более тяжелых элементов. При ядерном синтезе выделяется в сотни и тысячи раз больше энергии, чем при распаде тяжелых ядер.
Интерес к проблемам ядерного синтеза возник в 1930-е годы, особенно после того, как Ганс А. Бете (Hans A. Bethe), немецкий физик, эмигрировавший в 1934 году в США, разработал теорию происхождения энергии звезд, включая Солнце. Согласно этой теории, в настоящее время достаточно хорошо подтвержденной, энергия звезд является в основном энергией синтеза, выделяемой при соединении четырех ядер водорода, происходящем с образованием одного ядра гелия. Этот синтез происходит, однако, через несколько промежуточных стадий. Водород является главным элементом Вселенной, составляя 75 % всей материи.
При взрыве урановой или плутониевой бомбы в эпицентре взрыва, согласно расчетам, температура может подниматься до нескольких миллионов или нескольких десятков миллионов градусов. Многие физики понимали, что атомная бомба может служить детонатором для более сложной бомбы ядерного синтеза. Однако необходимость в такой бомбе казалась совершенно нереальной. Если атомная бомба с мощностью в 15–20 килотонн тринитротолуола (ТНТ) могла разрушить большой город и убить сотни тысяч человек, то какое применение может иметь бомба, в тысячу раз более мощная, с взрывным эквивалентом в миллионы тонн обычных взрывчатых веществ? При каких обстоятельствах можно было бы оправдать применение бомб, которые убивают людей не сотнями тысяч, а сразу десятками миллионов?
Тем не менее в составе коллектива американских физиков, занятых практической разработкой атомной бомбы в Манхэттенском проекте, оказался достаточно авторитетный физик Эдвард Теллер (Edward Teller), который еще в 1942 году решил сконцентрировать свои усилия именно на создании водородной бомбы и начал предварительные расчеты, чтобы доказать реальность этого проекта.
Эдвард Теллер родился в 1908 году в Будапеште, но получил образование в Германии и начал свои исследования в Мюнхене. В 1935 году он переехал в США, где был принят в лабораторию Роберта Оппенгеймера в Калифорнийском университете. Первые расчеты Теллера показали, что температура в несколько миллионов градусов от атомного взрыва не сможет вызвать слияние ядер обычного легкого водорода. Но эта температура могла быть достаточно высокой, чтобы продуцировать слияние ядер тяжелого изотопа водорода, дейтерия, с образованием легкого изотопа гелия. Термоядерная реакция в этом случае могла происходить по очень простой формуле:
D + D = ЗНе + п + 3,27 мегаэлектронвольта (МэВ).
В результате этой реакции два ядра дейтерия, сливаясь, образуют одно ядро легкого изотопа гелия. При этом выделяется один нейтрон и огромное количество энергии. Еще легче могло бы идти слияние ядра дейтерия с ядром более тяжелого водорода — трития. В этом случае образуется ядро тяжелого гелия (4Не), выделяется один нейтрон и в пять раз больше энергии — 17,3 МэВ.
Помимо своей колоссальной мощности, водородная бомба по своим размерам могла быть не больше атомной. Кроме этого, в подобной реакции синтеза не образуются многочисленные радиоактивные продукты деления, загрязняющие атмосферу при взрывах плутониевой или урановой бомб. Более того, взрывной потенциал водородной бомбы, которую уже в проекте стали называть «супербомба», оказывался намного дешевле атомной при расчете на каждую килотонну ТНТ. Можно было поэтому затратить меньше средств, чтобы разрушить большой город одной водородной бомбой, по сравнению с использованием для этой же цели нескольких атомных.
После окончания Второй мировой войны в сентябре 1945 года большинство физиков, работавших в Лос-Аламосе и в других атомных военных центрах США, стали возвращаться в свои прежние университеты и лаборатории, предпочитая «свободную» жизнь, возможность публикаций, путешествий и преподавания. Лос-Аламосу грозила консервация. В этих условиях Теллер, который был поглощен идеей водородной бомбы, решил поставить перед лабораторией в Лос-Аламосе новые задачи и обеспечить ее новыми грантами от правительства. С этой целью в апреле 1946 года Теллер организовал в Лос-Аламосе секретный семинар по проблемам осуществимости создания водородной или термоядерной бомбы. В работе семинара приняли участие около сорока ученых, среди которых был и Клаус Фукс. Фукс, начавший работу в британском атомном проекте с 1941 года, в 1944 году приехал в США. В этом году США и Великобритания решили объединить свои усилия по созданию атомных бомб. Британия в это время лидировала в разработках урановой бомбы, США — в разработке плутониевой бомбы. В Лос-Аламосе Фукс был включен в группу Оппенгеймера. В конце 1946 года британская делегация, участвовавшая в атомном проекте, вернулась в Англию, и Фукс возобновил свою работу в британском атомном центре в Харуэлле. Он также возобновил и свои прежние связи с советской разведкой в Англии. Благодаря этому о семинаре по водородной бомбе, состоявшемся в Лос-Аламосе, стало известно и советскому руководству.
Все детали того, каким образом поступали в СССР сведения об американских исследованиях по проблемам водородной бомбы, воспроизвести трудно, так как в отличие от почти полного рассекречивания данных в этом отношении по атомной бомбе значительная часть сведений по разработкам водородной бомбы остается закрытой. Кроме того, и сами успехи советской разведки после 1945 года, когда атомная программа в США полностью перешла под военный контроль, были уже очень скромными.
В общей форме о новом направлении исследований в Лос-Аламосе Курчатов и другие ведущие участники уранового проекта в СССР знали уже слета 1946 года. Потенциальная возможность создания термоядерного оружия была очевидна и советским физикам. Однако для его практической разработки нужно было первоначально создать атомную бомбу, для которой к этому времени еще не было никакой промышленной базы. Было тем не менее очевидно, что водородная бомба потребует новых материалов и новых производств, из которых главным было получение значительных количеств дейтерия. Условия термоядерных реакций, которые происходили при астрономических, «звездных», температурах, нельзя было проверить экспериментально, и поэтому все разработки в этой области требовали колоссального количества расчетов.
Было принято решение о мобилизации для теоретических расчетов почти всех математических институтов и отделов Академии наук СССР. Координировать эту работу было поручено молодому талантливому физику Якову Борисовичу Зельдовичу, возглавлявшему теоретический отдел Института химической физики. Был привлечен к расчетам и руководитель теоретического отдела Института физических проблем Лев Давыдович Ландау.
Директор этого института Петр Леонидович Капица из-за конфликта с Берией к концу 1945 года отказался от работ по атомной бомбе и достаточно откровенно объяснил свои мотивы в двух подробных письмах Сталину. Отстранение Капицы от работ по атомной бомбе с осени 1945 года не привело, однако, к освобождению его от руководства институтом. Участие этого института в создании атомной бомбы не было ключевым. Однако начатые в 1946 году подготовительные шаги на пути к созданию водородной бомбы уже не могли игнорировать научный потенциал института Капицы. Было с самого начала очевидно, что в конструкцию бомбы должен входить жидкий или даже твердый дейтерий. Технологии получения больших количеств жидких газов, в основном кислорода и гелия, были разработаны именно в Институте физических проблем на уникальных установках, изобретателем которых был Капица. Исследования физических свойств газов, сжиженных охлаждением до температур, близких к абсолютному нулю, принесли Капице мировую славу. Для изменения профиля института с решения проблем жидкого кислорода и гелия на решение задач разделения изотопов водорода, выделения дейтерия и получения его в жидкой форме и в форме тяжелой воды возникла необходимость изменения руководства этого института.
Сталин, Берия и Капица
Капица был привлечен к работе по созданию атомной бомбы вскоре после назначения Игоря Курчатова общим руководителем всей проблемы в феврале 1943 года. Осуществляя мобилизацию ученых для реализации поставленной задачи, Курчатов делал это не путем собственных решений, а подготовкой проектов постановлений Совнаркома. Это было неизбежно для вовлечения в атомный проект и, соответственно, под контроль Курчатова тех физиков, которые по своему опыту, авторитету и академическому положению были в то время выше молодого и малоизвестного профессора Курчатова.
Главное преимущество Курчатова перед его более знаменитыми коллегами состояло в том, что он был полностью осведомлен через анализ данных разведки почти обо всех достижениях в этой области в Британии и США. По линии Государственного Комитета Обороны атомным (или урановым) проектом руководили в тот период В. М. Молотов и М. Г. Первухин. 20 марта 1943 года Курчатов направил Первухину докладную записку «О необходимости привлечения к работам Л. Д. Ландау и П. Л. Капицы». Им предстояло стать консультантами лаборатории Курчатова «по вопросам разделения изотопов» (Капица) и «по расчетам развития взрывного процесса в урановой бомбе» (Ландау)[124].
Когда 20 августа 1945 года, после взрыва американских атомных бомб над японскими городами Хиросима и Нагасаки, для ускорения всех работ в СССР по созданию атомной бомбы решением ГКО СССР, подписанным Сталиным, был создан Специальный Комитет по атомной энергии, возглавлявшийся Берией и наделенный чрезвычайными полномочиями, то в этот комитет вошли лишь два члена, представлявших науку: Капица и Курчатов. Другие члены представляли руководство страны: Политбюро (Маленков), правительство (Вознесенский), НКВД (Авраамий Завенягин) и те промышленные наркоматы, которым предстояло выполнять главную роль в создании атомной индустрии: Наркомат боеприпасов (Борис Ванников) и Наркомат химической промышленности (Первухин). Из всех советских академиков Сталин лучше всего знал именно Капицу, причем не по личным встречам, а по регулярным письмам, которые Капица отправлял Сталину с середины 1930-х годов и которые затрагивали очень широкий круг вопросов. Капица был первым советским ученым, которому еще до окончания войны 30 апреля 1945 года было присвоено звание Героя Социалистического Труда.
В первые недели очень активной работы Специального Комитета и созданного при нем Технического Совета Капица энергично включился в решение и обсуждение всех проблем. Однако в тот период существовала директива Сталина и Берии полностью копировать американский проект плутониевой бомбы, почти все детали которого были получены советской разведкой от Клауса Фукса и Бруно Понтекорво, работавших в Лос-Аламосе. В то же время Капица, в отличие от Курчатова и его ближайших сотрудников, не был допущен к изучению, анализу и оценке огромного количества поступавших в НКВД разведывательных материалов. Это создавало неизбежный конфликт Капицы с Курчатовым, а также и с другими членами Спецкомитета. Капица в своей работе исходил из той предпосылки, что многие проблемы, например, в области разделения изотопов урана, нужно сначала решать как научные. Курчатов, Берия и другие, однако, знали, что эти проблемы уже решены и задача состоит лишь в проверке и уточнении полученных из США отчетов.
3 октября 1945 года Капица через секретную экспедицию Кремля отправил Сталину письмо с осторожной критикой Берии и с просьбой об «освобождении от всех назначений по СНК, кроме моей работы в Академии наук»[125]. Никаких последствий это письмо не имело, и Капицу продолжали приглашать на заседания Спецкомитета. 25 ноября Капица посылает Сталину очень обстоятельное письмо, безусловно, продуманное до мелочей, с учетом психологии Сталина, которую Капица понимал «заочно». Он обращался к Сталину как равный к равному, как лидер науки к лидеру государства. Такого рода писем Сталин не получал ни от кого. При упоминании о других государственных деятелях Капица делает очевидным, что они фигуры второстепенные, простые исполнители заданий, что они по-настоящему проблем атомной промышленности не понимают. Особенно Берия. «У него дирижерская палочка в руках… но дирижер должен не только махать палочкой, но и понимать партитуру. С этим у Берия слабо… Берия… нужно работать, а черкать карандашом по проектам постановлений в председательском кресле — это еще не значит руководить проблемой… У меня с Берия совсем ничего не получается. Его отношения к ученым мне совсем не по нутру»[126].
Оценив достаточно критически работу и Спецкомитета, и Технического Совета по атомной бомбе, Капица высказал в этом письме ряд безусловно полезных и для Сталина характеристик и рекомендаций. Никто другой не смог бы ввести Сталина в курс дела с такой прямотой. Капица уже без намеков заявил о том, что он хочет уйти из всех атомных комитетов и советов. «…Быть слепым исполнителем я не могу, так как я уже вырос из этого положения».
Через две недели Капица был формально освобожден от работы по атомной бомбе, но оставлен на всех своих академических должностях. Это письмо Капицы Сталину комментировалось неоднократно. При этом оно уже обросло легендами. По одной из них, Берия был столь доволен уходом слишком строптивого Капицы из атомных ведомств, что приехал в Институт физических проблем и «даже привез с собой великолепный подарок Капице — богато инкрустированную тульскую двустволку»[127].
По другой легенде, Берия просил у Сталина санкции на арест Капицы, но не получил ее. Обе легенды крайне маловероятны. Берия был очень злопамятным и самолюбивым человеком. Зная о себе мнение Капицы, он вряд ли мог искать его расположения уникальными подарками. С другой стороны, Берия также понимал, что и арест Капицы не в его деловых интересах. Вся работа советской разведки по атомной бомбе была основана на добровольном сотрудничестве с некоторыми американскими и британскими учеными и являлась результатом их крайне положительного отношения к СССР и персонально к Сталину. Арест Капицы, имевшего огромный моральный и научный авторитет среди физиков всего мира, мог дискредитировать советское руководство и отразиться на эффективности разведки. К тому же Сталин прекрасно знал, что Берия не ангел и что критика в письме Капицы вполне объективна.
Уход Капицы из атомного проекта был, по-видимому, облегчением и для Курчатова. Ему теперь было легче исполнять роль «сверхгения», быстро решающего многие сложные проблемы атомной физики без уравнений и расчетов и даже без экспериментов. Капицу оставили в покое. В начале 1946 года он продолжал регулярно писать письма Сталину. 4 апреля 1946 года Сталин впервые за много лет ответил сразу на несколько писем Капицы.
«Тов. Капица!
Все ваши письма получил. В письмах много поучительного — думаю как-нибудь встретиться с Вами и побеседовать о них. Что касается книги Л. Гумилевского „Русские инженеры“, то она очень интересна и будет издана в скором времени.
И. Сталин»[128].
Книга Льва Гумилевского, рукопись которой послал Сталину именно Капица, была издана в 1947 году. Это была книга популярной тогда серии «Восстановим русский приоритет» о разных областях науки и техники.
Казалось, что рискованная отставка Капицы из военных атомных ведомств осталась без последствий. Неожиданно, 17 августа 1946 года, Сталин подписал решение Совета Министров об освобождении П. Л. Капицы со всех государственных и научных постов. Директором Института физических проблем, созданного Капицей, был назначен сотрудник Курчатова, член-корреспондент АН СССР Анатолий Петрович Александров. Это решение было подтверждено 20 сентября 1946 года президиумом АН СССР. Капица впал в опалу.
Поскольку коттедж, в котором жила семья Капицы, находился на территории института, теперь строго засекреченного, то семейству Капицы пришлось покинуть свой дом в Москве и переселиться на академическую дачу на Николиной Горе в живописном районе Подмосковья. Опала Капицы продолжалась почти девять лет и закончилась лишь после того, как все основные проблемы в разработке термоядерного оружия были решены. Капица смог вернуться к своим традиционным исследованиям, и его открытия были удостоены Нобелевской премии.
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.
Американский вызов
Новые быстродействующие компьютеры, которые были получены в Лос-Аламосе примерно к середине 1949 года, сразу ускорили работу американских энтузиастов водородной бомбы. Однако Теллера и его сотрудников ожидало глубокое разочарование. Их модель супербомбы, которую уже стали называть классической, оказалась ошибочной. Проведенные расчеты показали, что самопроизвольная реакция в дейтерии может развиваться лишь при давлениях не в сотни тысяч, а в десятки миллионов атмосфер. Имплозия, полученная с помощью обычных фокусированных взрывов, не могла обеспечить таких сжатий. Теллер оказался в тупике. По расчетам, можно было бы уменьшить необходимое давление, если смешивать дейтерий с тритием, еще более тяжелым изотопом водорода. Но тритий, в отличие от дейтерия, не встречается в природе. Это радиоактивный изотоп с периодом полураспада около двенадцати лет. Его можно было бы получать в особых реакторах, но этот процесс слишком дорогой и медленный. Группа Зельдовича, которая шла вслед за Теллером по этому же пути, также оказалась в тупике. Она тоже обнаружила, что лишь очень большое количество трития в смеси с дейтерием может обеспечить самоподдерживающуюся термоядерную реакцию. Но тритиевая бомба была слишком дорогой и непрактичной.
Эти неудачи создали благоприятные условия для того, чтобы прекратить проект водородной бомбы и ограничиться достаточно мощным потенциалом атомных бомб. США все еще имели атомную монополию и к лету 1949 года накопили арсенал в 300 атомных бомб, что, по расчетам военных, было достаточно для разрушения около ста советских городов и промышленных центров и вывода из строя от 30 до 40 % всей экономической инфраструктуры СССР. Но, по заключению американских стратегов, этого атомного арсенала было недостаточно, чтобы нанести Советскому Союзу в случае войны решительное поражение. Руководство США приняло решение об увеличении атомного арсенала до 1 ООО бомб к 1953 году.
Успешное испытание первой советской атомной бомбы, о котором в США стало известно только в середине сентября 1949 года, поставило американское правительство перед дилеммой. С одной стороны, можно было остановить гонку атомных вооружений и начать переговоры с СССР. С другой стороны, можно было, напротив, форсировать создание нового сверхоружия — водородной бомбы. Международная обстановка благоприятствовала миролюбивому курсу. Берлинский кризис закончился в мае 1949 года в пользу Запада. Сталин прекратил блокаду Западного Берлина в мае 1949 года, не добившись своих требований. Закончилась и гражданская война в Китае. Провозглашение 1 октября 1949 года Китайской Народной Республики было стратегическим поражением США в Азии. Но конфликт все же закончился, и война прекратилась. Нужны были новые инициативы по созданию стабильности, а не гонки вооружений.
В США были созданы несколько комитетов и комиссий для того, чтобы выработать новую стратегию. В результате этой работы стало преобладать мнение о том, что появление у СССР атомного оружия и победа коммунистов в Китае создают угрозу интересам США. 31 января 1950 года президент Трумэн сделал публичное заявление о том, что он дал директиву Комиссии по атомной энергии «разрабатывать все виды атомного оружия, включая так называемую водородную бомбу, или супербомбу»[132]. На следующий день это решение Трумэна комментировалось на первых страницах американских газет, причем в основном положительно.
Принимая это решение и тем более объявляя о нем публично, Трумэн был уверен, что научная разработка в этой области происходит успешно. Решение Трумэна означало, что вся работа будет направлена в сторону практической реализации и что проект создания водородной бомбы получит необходимую финансовую и организационную поддержку.
Решение Трумэна было триумфом и трагедией для Теллера. Без Теллера к этому времени не было бы даже и самой идеи супербомбы. Никто в ней просто не нуждался. Весь проект был продуктом мегаломании одного человека. Теперь Теллер добился принятия своего плана. Но его трагедия состояла в том, что не было доказательств самой возможности создания супербомбы. Через несколько месяцев после заявления Трумэна расчеты на суперкомпьютере показали, что не только давление, но и температура в атомной бомбе не достигает того уровня, при котором может начаться цепная реакция синтеза в дейтерии. Для начала реакции годился только тритий, изотоп водорода с двумя нейтронами в ядре, что делало эти ядра менее устойчивыми. Но получение одного килограмма трития (по расчетам, сделанным в Лос-Аламосе) по затратам энергии и финансов было равноценно получению 70 килограммов плутония, то есть производству 10–12 обычных атомных бомб. При этом один килограмм трития еще не обеспечивал начала цепной реакции в цилиндре с дейтерием.
По свидетельству историков американской ядерной программы, Эдвард Теллер был в отчаянии. По его инициативе была начата наиболее дорогая в истории США новая военная программа, и в то же время все идеи, положенные в ее основу, оказались неверными. В течение четырнадцати месяцев после заявления Трумэна в лаборатории в Лос-Аламосе и в некоторых других атомных центрах изучались альтернативные решения, но нужной идеи не было найдено. Единственным утешением для Теллера и его коллег было то, что если и Советский Союз пошел по тому же пути на основании разведывательной информации о проектах, обсуждавшихся на семинаре в Лос-Аламосе в 1946 году (Клаус Фукс, участник этого семинара, был арестован в Англии в январе 1950 года), то советские ученые также затратят огромные усилия впустую. В этом отношении, однако, Теллер ошибался. В СССР после заявления Трумэна 31 января 1950 года проекты по водородной бомбе также были переведены из стадии теоретического изучения возможностей в стадию практической реализации. Но все работы пошли не в направлении идей Теллера, так как проверявший их Зельдович прекратил работу по этой модели раньше, чем сам Теллер.
Уже с конца 1949 года все усилия советских физиков, занятых в программе водородной бомбы, были сосредоточены на реализации модели водородной бомбы Сахарова — Гинзбурга. Американцы хотели создать водородную бомбу в тысячу раз более мощную, чем обычная атомная. Модель водородной бомбы Сахарова — Гинзбурга имела некоторые ограничения. Расчеты показывали ее полную реальность. Процессы атомного распада плутония и атомного синтеза дейтерия происходили не в две стадии, а одновременно. Водородный компонент бомбы не мог увеличиваться свыше определенного лимита, что ограничивало мощность взрыва. Эта мощность могла быть лишь в 20–40 раз выше мощности обычной плутониевой бомбы, и это было, конечно, разочарованием. Цена разрушительного потенциала этого варианта водородной бомбы не была ниже, чем у атомной бомбы улучшенной конструкции. Поэтому эта бомба после испытаний не пошла в дальнейшую разработку и в серийное производство. Но ее успешное испытание в августе 1953 года имело все же огромный моральный и политический эффект.
Водородная бомба Сахарова
Эдвард Теллер как теоретический первооткрыватель водородной бомбы значительно переоценивал собственный научный потенциал. Он не был физиком широкого кругозора, с опытом работ в нескольких областях. Но он обладал талантом лоббирования политиков. Он был, кроме того, крайним реакционером и фанатичным антикоммунистом. Теллер дискредитировал себя среди американских физиков выступлениями и обвинениями против Роберта Оппенгеймера, бывшего руководителя Манхэттенского проекта, «отца» атомной бомбы, на особом «политическом» суде, на котором Оппенгеймер обвинялся в нелояльности. В результате суда, получившего мировую огласку, Оппенгеймер был лишен допуска к секретным работам. Оппенгеймер был противником создания водородной бомбы. Теллер сумел убедить американскую администрацию в том, что советские физики, если и смогут создать атомную бомбу, хотя и не скоро, никогда не смогут создать водородную бомбу. Он был убежден, что физические принципы термоядерного оружия настолько сложны и математические вычисления, необходимые для создания рабочей конструкции, настолько грандиозны по объему, что их реализация возможна только в США. Доклады, которые поступали к Трумэну от других экспертов и комиссий, также информировали о крайне ограниченных возможностях Советского Союза в создании термоядерного оружия. Они не были столь скептичны в отношении способностей советских физиков, но были единодушны в заключениях об отсутствии в СССР индустриально-сырьевой базы, необходимой для создания атомной промышленности. По заключению американских экспертов, главным фактором, ограничивающим возможности СССР, является отсутствие урана и урановой промышленности. Отмечалось и отсутствие хороших компьютеров.
Огромное самомнение Теллера не имело никаких реальных оснований. Очень многие советские физики, даже молодые, были намного выше его и по таланту, и по общему научному кругозору. Игорь Тамм, наиболее крупный советский физик-теоретик, имел более широкий, чем Теллер, опыт исследований, захватывавший не только ядерную физику, но и термодинамику, квантовую механику, физическую оптику и другие. Значительно превосходил Теллера по своему таланту и Лев Ландау.
Молодой Яков Зельдович обладал более глубоким математическим умом и большим кругозором, нежели Теллер. Именно поэтому он и без сверхкомпьютеров раньше, чем сам Теллер, убедился в бесперспективности классической модели водородной бомбы. По свидетельству Сахарова, Тамм уже в 1948 году, когда его отдел был включен в разработку проблемы, относился к модели Теллера крайне скептически и ориентировал свою группу на попытки найти новые решения.
Сахаров и Гинзбург очень быстро, к концу 1948 года, разработали новую идею водородной бомбы, которая сразу была признана полностью обоснованной и осуществимой. В этой модели, которая подробно никогда не раскрывалась, продолжая оставаться засекреченной, проблема давления была решена расположением дейтерия не в цилиндре, а послойно в самом плутониевом заряде (отсюда происходило и кодовое название «слойка» при обсуждении модели между физиками). Атомный взрыв обеспечивал температуру и давление для начала термоядерной реакции. Вместо слишком дорогого и искусственно получаемого трития Гинзбург предложил использование легкого изотопа лития, природного элемента. Литий, самый легкий из твердых элементов земной коры, вполне доступен. Даже при необходимости отделения лития-6 от других изотопов производство лития-6 было в тысячи раз дешевле производства трития. Выделение лития-6, составляющего 7,4 % в природном литии, намного проще, чем выделение дейтерия из природного водорода. Литий, кроме того, можно было использовать не в смеси, а в соединении с дейтерием — как дейтерид лития. Ядро лития-6, поглощая при атомном взрыве один нейтрон, распадается на ядро трития и ядро гелия-4. При этом выделяется больше энергии, чем при слиянии двух ядер дейтерия, но меньше, чем при слиянии ядер дейтерия и трития. Реакция идет по формуле:
6Li + n = 3N+4He + 4,6 МэВ
Образующийся при реакции тритий в свою очередь вступает в реакцию с дейтерием.
Недостаток этой модели состоял в том, что масса материала для термоядерного взрыва должна была быть пропорциональной массе входившего в заряд плутония. Легкий и тяжелый элементы располагались послойно. Размеры заряда нельзя поэтому было увеличивать только за счет дейтерия. Преимущество состояло в том, что размеры такой бомбы были небольшими и можно было проводить испытание именно бомбы, а не промежуточных, более крупных систем. Этот проект был одобрен Спецкомитетом по атомной энергии уже в 1949 году. Одновременно было принято и решение о создании для группы Тамма специального отдела на том объекте в Горьковской области, которым руководил Юлий Харитон.
В то время, когда Тамм и Сахаров впервые прилетели на объект летом 1949 года, здесь шли последние приготовления к испытанию первой советской атомной плутониевой бомбы. После успешного испытания этой бомбы 29 августа 1949 года всем основным сотрудникам предоставили первый за несколько лет отпуск. После возвращения главных членов Спецкомитета и Технического Совета из отпуска на особом черноморском курорте, который тоже был в системе атомного управления (физики и в море плавали в сопровождении телохранителей), состоялись важные решения о судьбе водородной бомбы. Объект КБ-11 предполагалось сильно расширить. Он получил новое название: Арзамас-16.
Именно здесь теперь предполагалось создавать и производить военные варианты атомных бомб. Здесь также планировалась и разработка двух вариантов водородной бомбы: сахаровского и модифицированного теллеровского. Зельдович уже работал на объекте больше двух лет. С 1950 года сюда должна была переехать на постоянную работу и вся группа Тамма. Предстояло обширное новое строительство и превращение Арзамаса-16 в закрытый атомград. Для нового научного пополнения объекта стали проектировать удобные коттеджи. Молодым ученым предстояло работать здесь много лет. С атомных объектов никто не мог увольняться просто «по собственному желанию».
Арзамас-16
После двух командировок в Арзамас-16 в 1949 году группе Тамма предстояло полностью перебазироваться туда в 1950 году для проведения уже не только теоретических исследований, но и для осуществления конструктивных решений. Возникла потребность и в новых сложных производствах: постройке особого реактора для производства трития, а также завода по выделению легкого изотопа лития из природного лития. Технология производства дейтерия уже была разработана в ИФП под руководством Анатолия Александрова. Но для больших количеств дейтерия было необходимо строительство особого предприятия. Возникало множество других проблем, так как материалы, из которых создавалась конструкция водородной бомбы, отличались от тех, из которых монтировались атомные.
Решение об отправке группы Тамма в Арзамас-16 оформлялось как Постановление Совета Министров и подписывалось Сталиным. Но, несмотря на столь авторитетную подпись, наиболее важный сотрудник группы, Виталий Гинзбург, заместитель Тамма по теоретическому отделу и один из соавторов всего проекта «слойки», не получил от органов госбезопасности разрешения на выезд в столь секретный объект. Гинзбург был старше и опытнее Сахарова. В отличие от беспартийного Сахарова, Гинзбург был членом ВКП(б). Однако жена Гинзбурга, Нина, в это время находилась в политической ссылке. В 1945 году, когда она была студенткой Московского университета, ее арестовали вместе с группой студентов по обвинению в «контрреволюционной деятельности». После 9 месяцев тюрьмы ее отправили в ссылку. Она смогла вернуться в Москву только в 1953 году, после смерти Сталина. Поэтому Гинзбург был признан неблагонадежным. Это избавило его от славы быть вместе с Сахаровым «отцом» первой советской водородной бомбы, но в общем пошло ему на пользу. Он продолжал работать в ФИАНе очень успешно. В 1956 году он был избран действительным членом АН СССР. Тамм и Сахаров, приезжая в Москву, продолжали советоваться с Гинзбургом и иногда поручали ему некоторые расчеты. Недавно были опубликованы две книги Гинзбурга, одна из которых — его научная автобиография[133]. В 2003 году Виталию Гинзбургу была присуждена Нобелевская премия по физике.
Сахаров и другие сотрудники Тамма прилетели в Арзамас-16 в марте 1950 года. Тамм прилетел в апреле с рюкзаком и лыжами, надеясь, очевидно, на прогулки по окрестным лесам. Однако во время первой такой прогулки, как вспоминает Сахаров, они еще не успели дойти до ближайшего леса, как «за нашей спиной раздалось грозное: „Стой, ни с места!“ Мы обернулись и увидели группу солдат, с очень недвусмысленно наведенными на нас автоматами, нас отвели к зданию, около которого ждал грузовик, приказали сесть в кузов на дно, вытянув ноги. Напротив, на скамеечке, сели четверо автоматчиков. Один из них сказал: „При попытке бегства и если подберете ноги — стреляем без предупреждения“»[134].
Столь строгая режимность Арзамаса-16 объяснялась тем, что большую часть всех строителей города составляли заключенные нескольких лагерей. Этот, уже ставший городом объект, как пишет Сахаров в своих воспоминаниях, опубликованных в 1990 году, «представлял собой некий симбиоз из сверхсовременного научно-исследовательского института, опытных заводов и большого лагеря… Руками заключенных строились заводы, испытательные площадки, дороги, жилые дома для сотрудников. Сами же они жили в бараках и ходили на работу в сопровождении овчарок… Ежедневно по утрам мимо наших окон с занавесочками проходили длинные серые колонны людей в ватниках, рядом шли овчарки»[135].
Как Сахаров узнал вскоре после начала своей работы, заключенные, оказавшиеся в Арзамасе-16, даже те, кто был приговорен к небольшим срокам, практически не имели шансов на освобождение. «…У начальства была одна проблема — куда девать освободившихся, которые знают месторасположение объекта, что считалось великой тайной… Начальство разрешало проблему простым и безжалостным, совершенно беззаконным способом — освободившихся ссылали на вечное поселение в Магадан, где они никому ничего не могли рассказать. Таких акций выселения было две или три, одна из них летом 1950 года»[136]. (Такие же ссылки в Магаданскую область практиковались и в Челябинске-40.) О выселении в Магаданскую область заключенных Сахаров узнал через три месяца после своего прибытия на объект совершенно случайно. В это выселение попала расконвоированная заключенная — художница Ширяева, которую Сахаров часто встречал вместе с Зельдовичем. Ширяева, попавшая в лагерь по антисоветской статье, занималась росписью потолков и стен в домах у начальства и в клубе, и общительный Яков Зельдович быстро с ней подружился.
«Однажды, уже летом, Зельдович разбудил меня среди ночи… Я. Б. был сильно взволнован. Он попросил у меня взаймы денег. К счастью, я только что получил зарплату и отдал ему все… Через несколько дней я узнал, что у Ширяевой кончился срок заключения и ее вместе с другими в том же положении вывезли с объекта „на вечное поселение“ в Магадан… Через несколько месяцев Ширяева родила. Я. Б. рассказывал, что в доме, где она рожала, пол на несколько сантиметров был покрыт льдом».
Родившаяся в Магадане девочка, Шура, дочка Зельдовича, выжила. Через 20 лет, в 1970 году, Сахаров встретил ее вместе с отцом в Киеве. Два главных теоретика, от творческого энтузиазма которых зависела в СССР судьба термоядерного оружия и связанная с этим внешняя политика страны, не могли летом 1950 года решить, казалось бы, намного более простую задачу: спасти беременную женщину и друга от полного беззакония и возможной гибели.
Хотя Зельдович, как и Теллер (и даже раньше его), понял невозможность первого варианта «двухступенчатой» водородной бомбы, теоретическая работа над вариантами этой модели продолжалась. Задача состояла в том, чтобы найти такой механизм сжатия дейтерия и трития или дейтерия и лития, который обеспечивал бы не сотни тысяч, а миллионы атмосфер. Возникла идея, что такое давление можно обеспечить сходящимися в одной точке мощными лазерными лучами. В США Теллеру подсказал нужную идею Станислав Улам, талантливый физик, эмигрировавший в США из Польши. Поэтому первая американская водородная бомба получила название «модель Улама — Теллера». Сверхдавление для трития и дейтерия в этой модели достигалось не взрывными волнами химических взрывчатых веществ, а своеобразной имплозией отраженной радиации атомного взрыва. Модель требовала большого количества трития, и для его производства были построены новые реакторы.
Подготовка к испытанию пока еще не бомбы, а специального устройства происходила в большой спешке. В Лос-Аламосе отменили ради этого выходной день в субботу (в СССР суббота тогда еще была обычным рабочим днем). Испытание было произведено 1 ноября 1952 года на небольшом атолле в южной части Тихого океана. Испытание прошло успешно. Атолл был полностью разрушен, и покрытый водой кратер от взрыва превысил милю в диаметре. Измерения показали, что сила взрыва равнялась 10 мегатоннам ТНТ. Это превышало мощность атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму, в тысячу раз. Результаты этого взрыва, объявленные американским правительством, вызвали в остальном мире шок и критику. Было очевидно, что столь фантастически мощная бомба не может быть использована против военных объектов. Она не могла быть оружием войны. Это было оружие геноцида и политического шантажа.
Более скромная по мощности водородная бомба Сахарова готовилась к испытанию без особой спешки. Сталин, получив доклад об испытании американской водородной бомбы в середине ноября, воспринял это как подтверждение своей уверенности в том, что США серьезно готовятся к войне с СССР. В ноябре 1952 года победу на выборах на пост президента США одержал Дуайт Эйзенхауэр. Крайняя спешка Теллера и других создателей американской водородной бомбы провести испытания даже несовершенного устройства весом более 60 тонн за несколько дней до выборов была связана именно с тем, что уже очевидный уход Трумэна из Белого дома создавал неуверенность. Эйзенхауэр мог отменить испытание. Как компетентный генерал он мог усомниться в целесообразности столь сверхмощного оружия.
В начале 1953 года Сталину доложили, что в СССР работы по созданию водородной бомбы, в двадцать раз более мощной, чем атомная, завершаются[137]. Однако до испытания этой бомбы Сталин не дожил. Оно было произведено 12 августа 1953 года. По американской классификации, это советское испытание обозначалось как «Джо-4», в честь «дяди Джо», как в США во время войны называли Сталина.
Эпилог
После успешного испытания первой советской водородной бомбы все главные участники проекта получили длительный отпуск для отдыха. После возвращения с юга на основе секретного решения Президиума Верховного Совета СССР почти все ключевые участники проекта получили щедрые награды. И. Е. Тамм, А. Д. Сахаров, А. А. Александров, Я. Б. Зельдович, Л. Д. Ландау и начальник Арзамаса-16 генерал П. М. Зернов были удостоены звания Героя Социалистического Труда. Молодых ученых экспрессом избирали в Академию наук. Курчатов и Харитон получили звания Героя уже в третий раз. Одновременно с этим званием ученым выдавалась и особая повышенная Сталинская премия, по 500 тысяч рублей каждому. Не забыли и о Виталии Гинзбурге, его наградили орденом Ленина.
После создания и испытания первой советской атомной бомбы в 1949 году звание Героя Социалистического Труда получили и многие работники органов госбезопасности, и начальники лагерей заключенных, прикрепленных к атомным стройкам. В 1953 году, в связи с арестом Берии, им повезло меньше. Генерал-лейтенант Павел Мешик, заместитель Берии, отвечавший за обеспечение режима охраны и секретности всех объектов атомной науки и промышленности и один из организаторов депортации на вечное поселение в Магадан освобождавшихся из лагерей в связи с окончанием срока заключения, был арестован и расстрелян вместе с Берией. Депортированные спецпоселенцы начали возвращаться в центральные области уже после 1955 года. Только из Магаданской области вернулись более 10 тысяч человек. Но им все же не разрешали селиться в больших городах и близко к границам.
После испытания сахаровской «слойки» усилия Сахарова, Зельдовича и многих других были объединены для создания более мощной двухступенчатой водородной бомбы, сходной с той, которую испытывали американцы. Эта задача была очень быстро решена. Испытание этой бомбы было проведено только через два года, 22 ноября 1955 года. Но это не значит, что ее нельзя было взорвать раньше. Просто было решено готовить сразу бомбу, а не «устройство». Ее испытывали, сбрасывая с самолета, а не на земле. Для этого нужна была очень большая модификация атомного полигона в Семипалатинской области и выселение десятков тысяч жителей из прилегающих к полигону районов. Для испытания последующих водородных бомб еще большей мощности был оборудован новый арктический полигон на Новой Земле.