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. 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"".
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".
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". (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. 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.