13 марта 1948 года в Англии Фукс встретился с советским разведчиком и передал ему сведения, относящиеся к супербомбе. Это была не первая такая передача. Первая произошла осенью 1945 года, когда Фукс еще работал в американском Лос-Аламосе. В июне 1946 года он вернулся в Англию и только весной 1948-го сообщил более подробные сведения об американских работах, возможно добавив к этому собственные мысли. появившиеся после отъезда из Лос-Аламоса.
20 апреля 1948 года русский перевод фуксовских материалов попал на стол Берии, и тот поручил их анализ Курчатову. Заключения, представленные 5 мая, стали основой решений правительства 10 июня. Новые разведданные. казалось, говорили о существенном американском продвижении и помалкивали о том, что продвижение это произошло до лета 1946-го, когда Фукс покинул США. Разведка, передавая научно-техническую информацию, укрывала источники - когда и от кого информация пришла.
Фукс считал перспективы супербомбы более реальными, чем они фактически были в ! 948 году в США. Он уже не был свидетелем того, что американские работы фактически застопорились. Американская атомная монополия не побуждала американское правительство заботиться о сомнительном проекте супербомбы.
А советское руководство, встревоженное сообщением об американском продвижении, отнеслось к нему всерьез и обязало Курчатова проверить - с участием ФИАНа - данные о возможности водородной бомбы. При этом тем не менее непроверенной возможности присвоили название РДС-6. Тогда больше года оставалось до экспериментальной проверки атомной бомбы, имевшей название РДС-1. Сохранились две народные расшифровки обозначения РДС - реактивный двигатель Сталина и Россия делает сама - по-разному неточные: в атомной бомбе не было ничего реактивного, и Россия делала ее при существенной, хотя и неявной, помощи США.
ФИАНовской группе надлежало работать "по заданиям тт. Харитона и Зельдовича". Юлий Харитон был научным руководителем КБ-11 - конструкторского бюро по разработке ядерного оружия, расположенного далеко от Москвы. Яков Зельдович был главным теоретиком советской атомной бомбы и к тому времени уже работал в КБ-11. К нему еще в 1945 году попала первая порция американских "секретов" о водородной супербомбе, и с 1946 года его группа в московском Институте химической физики начала изучать спецэнергию легких ядер. Однако главной для Зельдовича, как и для всего Советского атомного проекта, оставалась работа над атомной бомбой.
И вот в июне 1948 года в помощь группе Зельдовича создавалась теоретическая группа Тамма в вавиловском ФИАНе. Но, может быть, эта группа возникла вовсе не из-за усилий Вавилова, а только благодаря развединформации от Фукса? Просто потому что не было других теоретиков, способных помочь Зельдовичу?
Это не так. Еще в сентябре 1945 года Яков Френкель, главный теоретик в Ленинградском физтехе, написал письмо Курчатову:
Представляется интересным использовать высокие - миллиардные - температуры, развивающиеся при взрыве атомной бомбы, для проведения синтетических реакций (например, образование гелия из водорода), которые являются источником энергии звезд и которые могли бы еще более повысить энергию, освобождаемую при взрыве основного вещества (уран, висмут, свинец).
Хотя Френкель не знал, что тяжелые ядра висмута и свинца не могут делиться, как уран, он фактически предложил принцип термоядерной бомбы в самой схематической форме: с помощью атомного взрыва создать звездные условия, в которых пойдет и звездная реакция слияния легких ядер. Во всяком случае Френкель, выдающийся физик, автор важной работы 1939 года по делению ядер, своей термоядерной инициативой делал себя, казалось бы, реальным кандидатом в термоядерный проект; Однако о нем не вспомнили, когда правительство решило организовать дополнительную теоретическую группу.
А ведь это книги Френкеля по квантовой механике и теории относительности увлеченно читал студент Сахаров. Помимо своих книг, Френкель был известен широтой физического захвата, легкостью на подъем мысли по весьма разным поводам - от физики ядра до искрения трамвайных дуг. Такие качества важнее для оружейно-ядерного дела, чем концентрированное внимание Тамма к первоосновам материи. Так думал, похоже, главный теоретик Американского атомного проекта Ганс Бете, который в статье 1946 года о перспективах создания атомной бомбы в других странах указал срок - 5 лет и назвал имена Капицы, Ландау и Френкеля (а не Тамма) как потенциальных отцов" советской атомной бомбы.
Френкель и Тамм были ровесники, сходного научного статуса и близко дружили с начала 20-х годов. Почему же в помощь Зельдовичу взяли Тамма, а не Френкеля? Руководство вряд ли знало, что один из аспирантов Тамма с трудом оторвался от изобретательства в патронной технике ради чистой физики и что он так идеально подходит для нового задания, в котором техническое изобретательство должно было сочетаться с чистой наукой.
Главной причиной, похоже, была именно настойчивость президента Академии наук и директора ФИАНа Вавилова. Курчатов должен был реагировать на разведданные, полученные от Берии. И при этом мог пойти навстречу президенту академии. Тем более что проблема водородной бомбы после двухлетних усилий группы Зельдовича выглядела малообещающе, а задача создания атомной бомбы требовала главного внимания. Да и роль, отводившаяся группе Тамма, была сугубо вспомогательной - работать по заданиям Зельдовича.
"…чрезвычайно остроумна и физически наглядна". Первая и вторая идеи
Сахаров, как уже говорилось, дважды отказался от искушения покинуть ФИАН ради атомного проекта. В 1948 году проект сам пришел в ФИАН, и для Сахарова это выглядело так:
Игорь Евгеньевич Тамм с таинственным видом попросил остаться после семинара меня и другого своего ученика, Семена Захаровича Беленького. <> 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 <> - проверка и уточнение тех расчетов, которые ведутся в Институте химической физике в группе Зельдовича. <>
Через несколько дней, опрпвившись от шока, Семен Захарович меланхолически сказал:
- Итак, наша задача - лизать зад Зельдовича.
По этой реакции самостоятельного и не чрезмерно честолюбивого исследователя, доктора наук Беленького, можно сулить о несамостоятельности фиановской задачи. Вскоре в группу включили еще троих учеников Тамма - доктора наук Виталия Гинзбурга и аспирантов Юрия Романова и Ефима Фрадкина.
Одна из причин, по которой в группу Тамма включили Сахарова, зафиксирована в тексте упомянутого правительственного постановления: "предоставить в первоочередном порядке" жилье семерым участникам работ, в том числе, последним в списке "Сахарову А.Д. (комнату)".
Что это означало для него? Безмерное счастье площадью в 14 квадратных метров.
Обеденного стола у нас не было (некуда было поставить), мы обедали на табуретках или на подоконнике. В длинном коридоре жило около 10 семей и была одна небольшая кухня, уборная на лестничной площадке (одна на две квартиры), никакой ванной, конечно. Но мы были безмерно счастливы. Наконец у нас свое жилье, а не беспокойная гостиница или капризные хозяева, которые в любой момент могли нас выгнать. Так начался один из лучших, счастливых периодов нашей семейной жизни с Клавой.
Лето 1948 года запомнилось Сахарову семейным благополучием в деревенском доме на берегу канала Москва- Волга, "блеском воды, солнцем, свежей зеленью, скользящими по водохранилищу яхтами" и напряженной работой в комнате теоротдела ФИАНа.
Тот мир, в который мы погрузились, был странно-фантастическим, разительно контрастировавшим с повседневной городской и семейной жизнью за пределами нашей рабочей комнаты, с обычной научной работой.
Наиболее видимый контраст был связан с секретностью.
Нам была выделена комната, куда, кроме нас, никто не имел права входить. Ключ от нее хранился в секретном отделе. Все записи мы должны были вести в специальных тетрадях с пронумерованными страницами, после работы складывать в чемодан и запечатывать личной печатью, потом все это сдавать в секретный отдел под расписку. Вероятно, вся эта торжественность сначала немного нам льстила, потом стала рутиной.
И все же необычно секретная эта работа была очень интересной. Ведь теоретики, вооруженные бумагой, карандашом и своими невидимыми математическими инструментами, попадали, можно сказать, в звездные недра и должны были научиться предсказывать, как поведет себя вещество при температурах в десятки миллионов градусов, недостижимых в лаборатории. Поэтому практической проверкой их расчетов мог стать только сам термоядерный взрыв - или невзрыв.
В подобных звездных условиях на первый план выходили самые глубинные законы природы, а частности и особенности, усложняющие физику повседневной реальности, отступали на второй план, а то и вовсе за сцену. Это упрощало жизнь теоретиков и в то же время ставило захватывающе новые задачи. "Превосходная физика", сказал о ядерном взрыве Энрико Ферми, превосходный физик по другую сторону железного занавеса. Сахаров о том же выразился еще сильнее: "рай для теоретика".
Что же конкретно они делали в этом раю?
От Зельдовича фиановские теоретики получили конструкцию будущей водородной бомбы, точнее - схему конструкции. Это была труба, заполненная термоядерным горючим - дейтерием. В одном конце трубы помещался запал - атомная бомба. Предполагалось, что атомный взрыв подожжет термоядерную реакцию и та распространится дальше по трубе - "сама пойдет, подернет, подернет, да ухнет". Чем длиннее труба, тем сильнее ухнет.
С этой схемой в группе Зельдовича возились уже два года - без успеха. Можно было и дальше пробовать разные варианты, меняя размеры трубы, состав вещества в ней и рассчитывая процессы заново.
В такие расчеты сначала и погрузился Сахаров. Но уже через пару месяцев он почувствовал себя изобретателем и придумал совершенно другую конструкцию. Она была наглядно другой. Уже не труба, а шар. Сферические слои образовывали нечто вроде ореха, в котором ядрышко - атомная бомба, окруженная хитрой скорлупкой, несколькими разными слоями вещества. Поэтому сахаровскую конструкцию назвали Слойкой. Как будто специально для секретности. Ведь в русском языке слойка - это булочка из слоеного теста. Само название ничуть не помогает понять рецепт этой термоядерной булочки.
Сахаров придумал свой рецепт, опираясь на основные законы физики.
Чтобы помочь легким ядрам слиться, надо, как уже говорилось, их сблизить, сдавить. И без долгого изучения физики можно понять, что давление в некоем сосуде тем больше, чем больше там окажется частиц вещества, в этом легко убедиться, надувая резиновый воздушный шар. В данном случае "больше частиц вещества" означает "больше молекул воздуха". При этом не имеет значения устройство самой молекулы, что, скажем, молекула кислорода состоит из двух одинаковых атомов, в каждом из которых имеется ядро и восемь электронов. Все эти микрочастицы надежно упакованы внутри молекулы, и стенка воздушного шарика об их существовании не подозревает. Давление зависит только от числа свободно путешествующих молекул.
Запал, с которого начинается взрыв термоядерной Слойки, - атомная бомба. Перед глазами сразу возникает картина страшного грибовидного облака (хотя к 1948 году такие грибы еще не росли на территории СССР). Облако это образуется спустя секунды после взрыва, а Сахаров размышлял над тем, что происходит через микросекунды после начала взрыва, - после того как атомная зажигалка щелкнет. Микросекунда - это миллионная доля секунды, или, можно сказать, миллионная доля мига, если мигом называть время, за которое глаз успевает мигнуть. Сахаров придумал устройство, вся работа которого занимает считанные микросекунды.
В Трубе Зельдовича - сигаре, заполненной дейтерием, - атомная зажигалка приставлялась с краю. В сферической сахаровской Слойке зажигалка помешена в ее центре. Атомный заряд окружен слоем легкоядерного вещества, способного к слиянию (как дейтерий). А следующий слой Сахаров предложил сделать из вещества с тяжелыми ядрами и, соответственно, с большим числом электронов в каждом атоме. Например, из свинца, каждый атом которого содержит 82 электрона.
Взрыв атомной сердцевины выплескивает огромную энергию в виде вспышки радиации - нейтронов, фотонов и других частиц. Этот всплеск излучения на своем пути наружу за микросекунды превращает свинцовый слой не просто в пар, а в плазму - состояние вещества, в котором все внутриатомные связи разрываются. Мощное излучение отрывает электроны атома от ядра, и вместо одной частицы - атома свинца - получается 83: его ядро и 82 электрона. Но если число частиц выросло мгновенно в 83 раза, то и давление вырастает во столько же раз.
Огромное давление в слоях свинца сжимает прилегающий водородный слой, нагретый тем же излучением до звездных температур, и в водороде зажигается звездная - термоядерная - реакция слияния ядер. Это и есть взрыв водородной бомбы.
Способ сдавливания, придуманный Сахаровым, его термоядерные коллеги назвали "сахаризацией". Подсахаренная Слойка уже в первых теоретических эскизах выглядела очень аппетитно. Но рецепт Слойки стал еще более обещающим после того, как - всего спустя несколько недель - удачную начинку к ней придумал Виталий Гинзбург. Он придумал новое вещество для "водородного" слоя.
Необходимость водорода для водородной бомбы очевидна только на словесном уровне. А на уровне физики этот элемент в водородной бомбе вообще не используется. Водород - самый легкий элемент, но не самый склонный к слиянию. Условия, в которых слияние может идти, сильно различаются для разных ядер, и достижимее всего слияние не самого водорода, а его изотопов - дейтерия и трития, D и T.
Дейтерий, хоть и в малом количестве, подмешан ко всякому природному водороду и выделять его в чистом виде научились еще в довоенные годы. Потому-то в постановлении правительства в июне 1948 года говорилось о "горении дейтерия". Трития в природе практически нет вовсе, и получать его очень трудно, точнее, дорого. К тому же тритий - радиоактивен и, уже добытый, распадается со временем. Свойства дейтерия, и тем более трития, были недостаточно изучены, чтобы проводить точные расчеты. Однако точно было известно, что дейтерий и тритий - газы. Как же из газа сделать слой, окружающий центральный атомный шар в Слойке? Трудно.
Гинзбург предложил использовать для "водородного" слоя гораздо более удобное вещество - твердое и нерадиоактивное - химическое соединение дейтерия с литием - дейтерид лития, в химических символах LiD. К этим символам вскоре прибавили совсем нехимический суффикс и за новым термоядерным веществом закрепилось ласковое женское имя LiDочка.
Литий - тоже легкий элемент, но LiDочка - это уже не газ, а твердое вещество, с которым проще иметь дело. Однако Гинзбург преложил LiDочку по другой причине и сам не сразу понял, насколько новая термоядерная взрывчатка хороша. Для него вначале главным было то, что литий, облученный нейтронами от первичного атомного взрыва, добавляет некоторое количество энергии и тем самым дополнительно разогревает термоядерный слой, делая его более способным к слиянию ядер. То есть он говорил о реакции
Li+n→T+He +4,8 МэВ
Литий+нейтрон→Тритий+Гелий+Энергия
и главное внимание обращал на слагаемое "энергия". Спустя несколько месяцев он догадается, что гораздо важнее слагаемое "тритий".
Свое предложение Гинзбург сформулировал в своем спецотчете, датированном 20 ноября 1948 года, и в этом же отчете впервые упомянул сахаровскую Слойку. Сам Сахаров изложил свою идею Слойки и соответствующие вычисления только в отчете от 20 января 1949 года.
Для вычислений, помимо математики, нужна была экспериментальная физика, - надо было измерить взаимодействие надлежащих ядер. Тогда знали уже неплохо, как взаимодействуют ядра дейтерия друг с другом, то есть чему равно D+D. А тритий был слишком нов. Экспериментаторы получили от теоретиков задание, но сами измерения требовали времени. Как написал Сахаров в своем отчете, "реакции D+T и T+T экспериментально не изучены, и все суждения об их сечениях гадательны". В ожидании результатов измерений Сахаров предположил, что D+T взаимодействуют примерно так же, как D+D.
Из этого же исходил Гинзбург в отчете "Использование LiD в Слойке" 3 марта 1949 года. Теперь, однако, он обратил внимание на то, что LiDочка при облучении во время запального атомного взрыва производит тритий, который тут же может пойти в дело как термоядерное горючее. То есть можно не накапливать заранее дорогой, неудобный в обращении и радиоактивный тритий, а положить в бомбу гораздо более удобный полуфабрикат, из которого начальный атомный взрыв сам приготовит все, что нужно для взрыва термоядерного.
Если бы только фиановские теоретики знали, что на самом деле D взаимодействует с T в сотню раз охотнее, чем с D, что это взаимодействие уже давно измерено их американскими коллегами и что благодаря Клаусу Фуксу результаты этих измерений уже около года находятся в сейфе у Берии…
Только убедившись, что фиановцы сделали теоретический прорыв, руководство решило сообщить им эти разведданные, и 27 апреля сообщили Тамму данные американских экспериментов о взаимодействии D+T безо всякой ссылки на источник.
В таких предосторожностях, однако, уже не было надобности, - эти данные были рассекречены в США и опубликованы в главном тогда физическом журнале Physical Review за две недели до того, 15 апреля 1949 года! Познакомившись с этой публикацией, Гинзбург понял, что предложенная им термоядерная взрывчатка в сто раз лучше, чем он думал.
8 мая Ю.Б. Харитон в своем заключении поддержал работы по Слойке, отметив, что "основная идея предложения чрезвычайно остроумна и физически наглядна".