Борис Альтшулер - Он между нами жил... Воспомнинания о Сахарове (сборник под ред. Б.Л.Альтшуллера)
Настала пора рассказать об основной идее этой работы, а также о своих впечатлениях об А.Д. в эти напряженные годы, когда я работал под его руководством (1951–1955), и позднее, когда он, отстраненный от секретной деятельности, вернулся в ФИАН и мы снова стали сотрудниками одного отдела — Отдела теоретической физики им. И.Е.Тамма.
* * *
После моего приезда на объект [195] в течение двух дней, ушедших на оформление пропуска в теоретический отдел, я перезнакомился со всеми теоретиками, кроме А.Д. и И.Е.Тамма, который был в это время в Москве. Когда я появился в отделе, А.Д. вышел ко мне из своей комнаты, широко улыбаясь и энергично потирая руки, как будто предвкушая предстоящее удовольствие. Потом я узнал, что эта его привычка была просто признаком хорошего настроения.
Это был высокий круглолицый человек с темными длинными, чуть редкими ниспадающими набок волосами и небольшим животиком. Его фотография вместе с Курчатовым очень хорошо передает его облик той поры. Более того, глядя на нее, я так и слышу его мягкую грассирующую речь. Мы познакомились. Вдруг все куда-то исчезли. А.Д. подвел меня к доске, взял в левую руку мел и со словами "Объект устроен следующим образом" начертил большую окружность. Оригинал, подумал я, он хочет познакомить меня с устройством города и для экономии рисует его схему центрально-симметричной, хотя в действительности это не так, я уже походил по улицам. А.Д. начертил меньшую окружность, идеально концентричную первой, и сказал еще несколько фраз, в которых я с трудом находил логику. Лишь только минуты две спустя я, наконец, стал понимать, что речь идет совсем о другом объекте, речь шла о водородной бомбе.
Хотя устройство водородной бомбы известно теперь уже и школьникам [196], тем не менее уместно сказать, в чем именно состояла идея А.Д. Основная задача была в том, чтобы с помощью энергии, выделенной при взрыве атомной бомбы, нагреть и поджечь тяжелый водород — дейтерий, т. е. осуществить термоядерные реакции
d + d — > p + t + 4 МэВ
d + d — > n + Не3 + 3,3 МэВ,
идущие с выделением энергии и, таким образом, способные сами себя поддерживать. Казалось бы, для этого нужно заложить слой дейтерия в обычную атомную бомбу между делящимся веществом (полым шаром из U235 или Pu239) и окружающей его взрывчаткой, кумулятивный взрыв которой переводит делящееся вещество из подкритического состояния в надкритическое. Оказалось, однако, что при этом дейтерий не успевает достаточно нагреться и сдавиться и термоядерная реакция практически не идет.
В этой связи напомним, что скорость dd-реакции определяется поперечным сечением sdd(v) этой реакции, зависящим от относительной скорости сталкивающихся ядер, и концентрацией дейтерия nD. Действительно, каждый дейтон в единицу времени может столкнуться с sdd(v)vnD другими дейтонами. После усреднения по тепловому (максвелловскому) спектру скоростей эта частота столкновений или обратное "время жизни" дейтона < sdd(v)v > nD зависит лишь от температуры и концентрации дейтерия и определяет долю дейтерия, сгоревшего за время взрыва Dt:
число сгоревших дейтонов
=< sdd(v)v >
____________________
nDDt
полное число дейтонов
Для увеличения доли сгоревшего дейтерия А.Д. предложил окружить дейтерий оболочкой из обычного природного урана, который должен замедлить разлет и, главное, существенно повысить концентрацию дейтерия. В самом деле, при температуре, возникающей после атомного взрыва, атомы окружающего вещества практически полностью ионизованы. Давление такого газа равно p=nkT, где n — суммарная концентрация ядер и электронов. Из равенства давлений и температур на границе дейтерия и урана получаем, что концентрация ядер дейтерия
……. ZU+1…….. ZU+1………. 1
nD = _______ nU = _______ rU ~ ____ rU
……… ZD+1……… 2AUM …….4M
пропорциональна плотности rU урана с коэффициентом пропорциональности, слабо зависящим от материала оболочки (Z — атомный номер, A — массовое число, M — атомная единица массы). Поэтому урановая оболочка, плотность которой в 12 раз больше плотности взрывчатки, на порядок повышает концентрацию дейтерия. Такой способ увеличения скорости термоядерной реакции наши сотрудники назвали «сахаризацией».
Рост скорости dd-реакции приводит к заметному образованию трития, который тут же вступает с дейтерием в термоядерную реакцию
d + t — > n + He4 + 17,6 МэВ
с сечением, в 100 раз превышающим сечение dd-реакции, и в 5 раз большим энерговыделением. Более того, ядра урановой оболочки охотно делятся под действием быстpых нейтронов, появляющихся в термоядерной dt-реакции, и существенно увеличивают мощность взрыва. Именно это обстоятельство заставило выбpать уpан в качестве оболочки, а не любое дpугое тяжелое вещество (напpимеp свинец).
Мощность термоядерного процесса в дейтерии можно было бы значительно повысить, если с самого начала часть дейтерия заменить тритием. Но тритий очень дорог. Поэтому В.Л.Гинзбург предложил вместо трития использовать литий-шесть, который под действием нейтронов генерирует тритий в реакции
Li6 + n — > He4 + t + 4,8 МэВ
с очень большим сечением. Действительно, термоядерный заряд в виде дейтерида лития (Li6D) привел к радикальному увеличению мощности термоядерного процесса и выделению энергии из урановой оболочки за счет деления, в несколько раз превосходящему термоядерное энерговыделение.
Таковы физические идеи, заложенные в самый первый вариант нашего термоядерного оружия.
* * *В этот же период параллельно с основной деятельностью А.Д. интенсивно работал над идеей магнитного термоядерного реактора (МТР). Такой реактор мыслился им в виде соленоида, свернутого в тор, т. е. имеющего вид бублика, внутренность которого заполнена дейтерием. Дейтерий разогревается мощными разрядами тока, текущего по обмотке, который одновременно создает внутри бублика магнитное поле, препятствующее попаданию плазмы на стенки тора. Поражает близость масштабов (10 м) и других характеристик этих установок, рассчитанных тогда А.Д., к масштабам и характеристикам токамаков, созданных много лет спустя как у нас, так и за границей.
Создание сверхсильных магнитных полей сжатием магнитного потока внутри полого металлического цилиндра было третьей важной идеей А.Д., высказанной в те годы. Цилиндр обжимался кумулятивным взрывом. Пересечение движущимися стенками цилиндра магнитных силовых линий создавало в стенках ток, который в свою очередь создавал дополнительное магнитное поле внутри цилиндра. Все это приводило к тому, что магнитный поток Ф=pR2H внутри цилиндра оставался неизменным, а, следовательно, напряженность поля росла обратно квадрату радиуса цилиндра.
