116	Укрощениеядра

Испытаниями 1961–1962 годов, в особенности испытаниями сверхмощных зарядов, СССР

продемонстрировал значительные успехи в ядерных технологиях. В результате испытаний разрыв между СССР и США в количестве полигонных экспериментов существенно сократился.

К середине 1963 года, то есть к окончанию эпохи атмосферных ядерных испытаний СССР

произвел 221 ядерный взрыв, США – 333 ядерных взрыва.

1.5. Бустинг в ядерных зарядах

Одним из решающих моментов в развитии ядерных зарядов, в особенности – первичных атомных зарядов для стадийного термоядерного оружия, стала возможность использования в ядерных зарядах бустинга. Этот физический принцип использовался в ядерных оружейных программах в США, СССР, Великобритании, а также в разработках Франции и КНР. Мы остановимся на работах в первых трех странах, поскольку для них имеется по этому вопросу достаточно много открытой информации.

Когда ядерный заряд срабатывает, центр ядра подвергается действию высоких давлений и температур, определяемых имплозией центральной части и процессами деления. Характерные уровни давлений составляют гигабары, а характерные уровни температуры – десятки миллионов градусов. Эти условия в центре обжимаемого ядра достаточны для инициирования термоядерных реакций. Термоядерные нейтроны, благодаря своей высокой энергии, эффективно взаимодействуют с ядрами ДМ.

Импульс термоядерных реакций вызывает развитие цепной реакции, более быстрое, чем обычно, и ядра ДМ делятся, пока центральная часть еще не дезинтегрировалась, что многократно увеличивает эффективность процесса деления.

1.5.1. Бустинг в США

Бустирование ядерных зарядов является ранней идеей, появившейся в Лос-Аламосе в 1944 году. В апреле 1944 года был составлен текст патента, в котором предлагалось устройство имплозивного типа, содержащего дейтерий и тритий, в котором эффективность цепной реакции существенно возрастала за счет генерации дополнительных нейтронов в термоядерных реакциях, вызванных процессом деления (этот документ связан с Клаусом Фуксом). Заявление о патенте последовало после выпуска нескольких черновиков, и было зарегистрировано в Лос-Аламосе в ноябре 1945 года: оно содержало первые соображения о возможном устройстве, использующем бустинг. В июне 1947 года было рекомендовано включение в программу испытаний эксперимента по подтверждению параметров термоядерной реакции при введении необходимого материала внутрь полости стандартного ядерного заряда.

Очевидно, что идея бустинга является ближайшей родственницей идеи слоеного ядерного заряда с термоядерным усилением. Так, например, в Великобритании оба типа таких зарядов назывались бустированными ядерными зарядами, только в одном случае зарядами с бустированием ядра, а

вдругом случае зарядами с бустированием темпера.

Втечение 1948 года проводились исследования для того, чтобы определить характеристики устройства, в котором могло быть достигнуто необходимое взаимодействие между делением и синтезом. Однако непосредственное военное применение такого устройства в то время не было очевидным.

Вавгусте 1948 года в специальных планах описывалось устройство бустера как имплозивного заряда с композитными левитирующими ДМ, внутрь которых вводилась ДТ-газовая смесь. Устройство Bооster представлялся привлекательной альтернативой чисто ядерному оружию и должен был способствовать достижению меньшей массы и размеров ядерных боеголовок. Кроме того, Bооster должен был помочь специалистам получить экспериментальные данные по термоядерным материалам, что было важно для развития исследований термоядерного оружия. Полномасштабное испытание такой системы было запланировано на 1951 год в серии, позднее названной Greenhouse.

Одной из проблем 1949 года была диффузия ДТ-газа, находящегося под высоким давлением, через ядро ДМ. Для минимизации потерь газа в Лос-Аламосской лаборатории, в конце концов, ре-

шили использовать специальный медный лайнер, который размещался внутри полости ядра, хотя это и приводило к уменьшению эффективности деления. Эта проблема хорошо понятна разработчикам бустированных зарядов в СССР.

Первый бустированный заряд был взорван в испытании Item 24 мая 1951 года. Его энерговыделение составило 45,5 кт, что превышало мощность обычного ядерного оружия этого класса, находившуюся в диапазоне 20–30 кт.

Воктябре 1951 года Лос-Аламосская лаборатория отмечала, что эффективность бустинга достаточно хорошо понята и во многих случаях требует только применения специальных устройств и анализа применительно к практическим задачам. В Лос-Аламосе планировали продолжить исследования по гидродинамике термоядерного бустинга. Испытание Item и последующие испытания оказались полезными в последующие годы, позволив создать много первичных зарядов для термоядерного оружия и широкий спектр специальных центральных частей ядерных боеголовок для специализированных применений.

1 мая 1952 года в испытании Dog было продемонстрирована возможность использования Д-газа для бустирования относительно небольшого для того времени (диаметр 30 дюймов) ядерного заряда. В этом испытании было показано также увеличение общего количества нейтронов, выходящих из бустируемого заряда. Энерговыделение взрыва составило 19 кт.

Ядерные лаборатории планировали эксперименты с бустируемыми зарядами для того, чтобы определить степень перемешивания термоядерного и ядерного материалов, а также для того, чтобы изучить возможность использования твердого термоядерного горючего, такого как дейтерид лития вместо Д-газа для бустинга.

Бустинг позволяет избежать преждевременного взрыва и создавать ядерные заряды с более предсказуемым и воспроизводимым энерговыделением, что было особенно важно для первичных источников термоядерного оружия.

Как отмечает американский исследователь Чак Хансен, среди относительно малопонятных явлений в ядерном оружии бустирование является основным. Физические процессы настолько сложны, что трудно надежно предсказать эффект бустирования. Даже спустя 40 лет физика бустирования не полностью понятна, и ядерные оружейные лаборатории возвращаются к продолжению программ исследования термоядерных процессов в центрах сжимающихся ядер из ДМ. Эксперименты показывают, что зажигание и горение ДТ очень чувствительны к уровням температуры, плотности и перемешиванию термоядерного материала.

Ядерные оружейные специалисты никогда не в состоянии точно вычислить и предсказать эффект бустирования из первых принципов. Вместо этого они опираются на смесь теории и эмпирических знаний. Из-за ограниченности экспериментальной информации и сложной природы бустинга не существует надежных компьютерных моделей процессов бустирования. Обычно используются модели в упрощенных предположениях, обеспечивающих согласие с результатами предыдущих испытаний близких зарядов.

Бустирование ядра оказалось намного более плодотворной идеей при развитии одностадийных зарядов, чем «слоеное» бустирование, и этот вывод справедлив для ядерных программ всех ядерных государств.

1.5.2.Бустинг в Великобритании

Вначале 1956 года два британских физика из Олдермастона, Кит Робертс и Брайан Тэйлор, обратились к некоторым работам, выполненным сотрудниками исследовательского отдела 1940-х годах. Они пришли к поразительному выводу – существовал высокий риск того, что британские ядерные устройства могли легко выйти из строя под действием интенсивной вспышки излучения от близкого ядерного взрыва, то есть от вражеской оборонительной ядерной ракеты, запущенной с этой целью. Из-за чувствительности к преждевременной детонации особенно уязвимы были ядерные устройства с плутониевыми зарядами. Более того, проникающее нейтронное и рентгеновское излучение от боеголовок могло разрушить или повредить делящиеся компоненты и снизить энерговыделение или даже помешать ядерной детонации. (Повреждения могли возникнуть и в электронных системах устройства, но это была уже отдельная проблема.)

118	Укрощениеядра

Было ясно, что это имело большое значение с точки зрения как наступательных, так и оборонительных возможностей. Если бы русские узнали об этом и создали устойчивые боеголовки для баллистических ракет, в то время как у англичан их не было, то британские ядерные бомбы фактически не смогли бы больше служить средством сдерживания.

Следует отметить, что эта проблема была хорошо известна в СССР. Еще в 1944 году А.И. Алиханов сформулировал идею о возможности нейтронного облучения ядерных боеголовок нападающей стороны с тем, чтобы создать в них повышенный нейтронный фон и вызвать преждевременное инициирование цепной реакции. Это было особенно существенно в то время, когда в

СССР был известен только один принципиальный тип ядерного оружия – заряды на сближение. Этому открытию сразу же была присвоена особая степень секретности, и два ученых не мог-

ли обсуждать эту проблему даже со своими ближайшими коллегами. Исключительно секретный проект, обозначенный как «R», должен был изучить существенные процессы и определить данные, необходимые для создания ядерного оружия, устойчивого к интенсивной вспышке радиации. В течение следующих трех лет растущие вычислительные возможности Олдермастона обслуживали этот проект.

Для создания устойчивых боеголовок требовалось знание некоторых вопросов, недостаточно развитое в Олдермастоне в то время. Одной из его частей было бустирование – использование термоядерного материала в ядерной бомбе для повышения эффективности процесса деления и увеличения мощности.

Это стало в будущем очень важным преимуществом при решении задачи уменьшения уязвимости. Представлялось, что небольшое легкое бустерное устройство, если его смогут сделать, будет идеальной первой ступенью для устойчивой двухступенчатой бомбы.

В 1958 году специалисты Великобритании успешно решили задачу создания устойчивого первичного заряда для стадийных термоядерных зарядов. 22 августа 1958 года они провели испытание Pennant, в котором заряд бустировался твердым термоядерным топливом. Энерговыделение заряда составило 24 кт. Вслед за этим 23 сентября 1958 года они провели успешное испытание Burgee (энерговыделение 25 кт), в котором заряд бустировался ДТ-газом.

Испытание Burgee показало, что ученые Олдермастона добились успеха в использовании в ядерных устройствах системы газового бустирования.

1.5.3. Бустинг в СССР и создание новых ядерных зарядов

Физические основы процесса бустирования ядерных зарядов достаточно подробно описаны выше. В СССР практическое осуществление бустинга связано с 1957 годом. Первоначально, также как и в Великобритании, было проведено успешное испытание ядерного заряда, в котором бустинг осуществлялся термоядерным горючим в виде дейтерида-тритида лития. После этого было проведено успешное испытание заряда с бустированием ДТ-газом. В этих испытаниях была показана как возможность, так и эффективность процесса бустирования, и их результаты послужили основой для широкого развития этой технологии в ядерной оружейной программе СССР.

В то же время не все было гладко. На пути развития ядерных зарядов встречались и трудности. Успешное испытание в конце 1957 года бустинга на основе ДТ-газа поставило важный вопрос об осуществимости в том же заряде бустинга на основе чистого дейтерия. Подобный эксперимент был проведен в начале 1958 года и показал отсутствие в этих условиях эффекта бустирования.

Одной из основных характеристик первичных источников энергии в двухстадийных зарядах является удельный выход энергии для радиационной имплозии вторичного модуля. Над решением этой фундаментальной задачи работали многие выдающиеся специалисты ВНИИЭФ и ВНИИТФ. Существенный прогресс в ее решении был достигнут в конце 60-х годов в ходе работ, которыми руководил В.Н. Михайлов. Дальнейший прогресс был связан с предложенным Р.И. Илькаевым способом увеличения этой основной характеристики до рекордной величины. Большое значение имели его исследования вопросов влияния асимметрии имплозии на особенности бустерного режима работы, на основе которых им был предложен способ исправления асимметрии, улучшения условий бустера и повышения энерговыделения первичных источников. Этот способ получил широкое распространение при разработке многих типов первичных источников, лежащих в основе ядерного арсенала России. Эти исследования потребовали создания новых физико-математических моделей