Как создавалась группа теоретиков в ФИАН
Формирование команды под руководством Тамма
В 1948 году в Физическом институте Академии наук СССР произошло знаковое событие. По специальному постановлению правительства была создана группа теоретиков во главе с Игорем Евгеньевичем Таммом. Перед учёными поставили задачу исследовать термоядерную детонацию дейтерий-тритиевой плазмы.
В группу вошли выдающиеся физики: Андрей Дмитриевич Сахаров, Виталий Лазаревич Гинзбург, Семён Захарович Беленький и Юрий Александрович Романов. Владимир Иванович Ритус присоединился к команде в мае 1951 года после окончания физического факультета МГУ.
Неожиданное «откомандирование» из аспирантуры стало крутым поворотом в судьбе молодого учёного. Впрочем, не всегда.
Физика термоядерных реакций
Энергия тяжёлого изотопа водорода
Создание водородной бомбы основано на использовании ядерной энергии дейтерия — тяжёлого изотопа водорода. При разогреве дейтерия взрывом атомной бомбы до температуры порядка 10 кэВ между ядрами дейтерия (дейтонами) происходят термоядерные реакции:
d + d → p + t + 4 МэВ (1)
d + d → n + He³ + 3,3 МэВ (2)
Энергия выделяется в виде кинетической энергии продуктов реакции. Интересно, что энергия при сгорании 1 кг дейтерия равна энергии от сгорания 1,3 кг плутония или U235.
| Реакция | Продукты | Энерговыделение |
|---|---|---|
| d + d | p + t | 4 МэВ |
| d + d | n + He³ | 3,3 МэВ |
| t + d | n + He⁴ | 17,6 МэВ |
| He³ + d | p + He⁴ | 18,34 МэВ |
Образующиеся ядра трития и гелия He³ вступают в реакции с заметно большим энерговыделением. Это объясняется очень сильной связью нуклонов в ядре He⁴.
Первая и вторая идеи Сахарова
Конструктивные решения термоядерного заряда
Для существенного увеличения скорости термоядерной реакции Андрей Дмитриевич Сахаров предложил окружить слой дейтерия оболочкой из обычного природного урана. Оболочка должна была замедлить разлёт и повысить концентрацию дейтерия.
Мощность процесса можно было бы значительно увеличить, заменив часть дейтерия тритием. Но тритий очень дорог и радиоактивен. Поэтому Виталий Лазаревич Гинзбург предложил использовать вместо него Li⁶, который под действием нейтронов генерирует тритий.
Термоядерный заряд с дейтеридом лития-6 (Li⁶D) привёл к радикальному увеличению мощности. Энерговыделение из урановой оболочки за счёт деления в несколько раз превосходило термоядерное.
На фото: А.Д. Сахаров и В.Л. Гинзбург на научном семинаре в ФИАНе
Таковы «первая» и «вторая» физические идеи, заложенные в первый вариант советского термоядерного оружия. Без сомнения.
Исследование дейтерида лития-6
Расчёты энерговыделения
Основным занятием Владимира Ивановича Ритуса и его коллеги Юрия Романова было детальное исследование «второй идеи» — использования Li⁶D. Они задались вопросом: как повысится энерговыделение, если некоторое количество дейтерия заменить тритием?
Сечение dt-реакции в 100 раз больше сечения dd-реакции. Это серьёзный аргумент. Или что произойдёт, если естественный литий, содержащий 7,3% Li⁶, не будет полностью очищен от седьмого изотопа?
Учёные занимались соответствующими расчётами энерговыделения. Практика показывает, что такие исследования требовали предельной точности.
Встреча с Курчатовым
Совещание в кабинете Харитона
Владимир Иванович вспоминает о своём участии в совещании примерно в конце 1951 года. В кабинете у Юлия Борисовича Харитона прошло совещание с участием Игоря Васильевича Курчатова, посвящённое проблеме Li⁶D.
Среди приглашённых начальников лабораторий и отделов КБ-11 Ритус и Романов оказались самыми молодыми. Именно здесь Владимир Иванович впервые увидел Курчатова, который приехал со своей свитой.
Тут же потихоньку стало распространяться его прозвище «Борода». Правда, борода не произвела должного впечатления — она была очень жиденькой. Однако в памяти остались красивое, интеллигентное лицо, высокий рост и отсутствие интонаций большого начальника.
Конечно, на это совещание их послал Андрей Дмитриевич, поскольку они вплотную занимались проблемой Li⁶D. Однако все результаты докладывал сам Сахаров. Зал был полон, все сидели полукругом, но пространство в центре оставалось свободным.
Курчатов один ходил по этому свободному пространству. Сначала докладывал Харитон, потом Сахаров. Произошла такая сцена: Курчатов остановился за стулом Ритуса и, облокотившись на спинку, стал о чём-то говорить. Его борода касалась шевелюры молодого учёного. Казалось, все смотрят, и он не знал, куда деваться. Знакомо?
Подготовка к испытанию РДС-6с
Задачи предстоящего испытания
В начале 1953 года в КБ-11 началась подготовка к испытанию РДС-6с. На представительном совещании физиков-теоретиков и экспериментаторов Сахаров рассказал об основных задачах.
Прежде всего нужно было установить величину энергии взрыва, надёжность и ход термоядерной реакции. Для этой цели предполагалось измерить:
- ✔ время от момента инициирования до начала реакции в изделии
- ✔ потоки γ-лучей и 14-МэВ-ных нейтронов
- ✔ давление и скорость ударной волны
- ✔ поток γ-квантов от радиоактивного облака
Владимиру Ивановичу было поручено связать полное энерговыделение с полным потоком 14-МэВ-ных нейтронов. Детекторы должны были регистрировать β⁺-радиоактивность фтора-18 с полупериодом распада 112 минут.
Успешный взрыв 12 августа 1953 года
Результаты исторического испытания
Измерения 12 августа 1953 года показали: при взрыве вышло наружу 6,3 × 10²⁴ нейтронов с энергией выше 11 МэВ. Это число оказалось в хорошем согласии с ожидавшимся полным числом быстрых нейтронов.
| Параметр | Значение | Примечание |
|---|---|---|
| Число нейтронов | 6,3 × 10²⁴ | E > 11 МэВ |
| Энерговыделение | 400 килотонн | Тротиловый эквивалент |
| Расчётная мощность | 300-400 кт | По прогнозам |
| Период полураспада F¹⁸ | 112 минут | Для детекторов |
Энерговыделение «слойки» оказалось столь большим — 400 килотонн. Это произошло за счёт большего, чем в расчёте, реального сечения dt-реакции. Также использовался тритий не только в первом, но и во втором лёгком слое.
Это был блестящий успех группы Тамма. Игорь Евгеньевич Тамм и Андрей Дмитриевич Сахаров стали Героями социалистического труда, получили очень большие Сталинские премии, дачи и машины. Точно.
Значение научных достижений
Наследие советских учёных
Подобные научно-исторические обзоры имеют особую ценность. Особенно в свете не утихающих за последние годы споров о советской и российской науке, её значимости и «секретах успеха».
Как можно заметить из работы Владимира Ивановича Ритуса, основным таким секретом всегда были сами учёные. Такие, как Игорь Евгеньевич Тамм, Игорь Васильевич Курчатов, Андрей Дмитриевич Сахаров и многие другие.
Воспоминания об этих уникальных работах и не менее уникальных людях весьма уместны сегодня. Особенно в 25-ю годовщину со дня смерти А.Д. Сахарова (21.05.1921 – 14.12.2009).
По материалам АНИ «ФИАН-информ»
_______________________________________
От редакции. На наш взгляд, подобные научно-исторические обзоры имеют особую ценность. Особенно в свете не утихающих за последние годы споров о советской/российской науке, ее значимости и «секретов успеха». Как можно заметить из работы Владимира Ивановича Ритуса, основным таким секретом всегда были сами ученые. Такие, как И.Е. Тамм, И.В. Курчатов, А.Д. Сахаров и многие другие. Воспоминания об этих уникальных работах и не менее уникальных людях весьма уместны сегодня, в 25-ю годовщину со дня смерти А.Д. Сахарова (21.05.1921 – 14.12.2009).
