3. Факты науки

Перечислим основные научные открытия предшествующие (к середине XXвека) работе А. Сахарова:

• В 1898 году французский учёный Пьер Кюри и его польская жена Мария Склодовская-Кюри обнаружили в настуране (минерале урана), некое вещество, выделяющее большое количество радиации. Это открытие дало основание предположить наличие огромного потенциала невиданной ранее энергии, заключённой в атомах радиоактивных элементов.

• В 1911 Эрнест Резерфорд сделал важные открытия в области изучения атомов.

• 1932 Эрнест Уолтон и Джон Кокрофт смогли впервые расщепить ядро атома.

• В мае 1941 года японский учёный-физик Токутаро Хагивара из университета в Киото высказал в своей лекции предположение о возможности возбуждения термоядерной реакции между ядрами водорода с помощью взрывной цепной реакции деления ядер урана-235.

• В сентябре 1941 года Энрико Ферми в Колумбийском университете изложил аналогичную идею Эдварду Теллеру. В обсуждениях Э. Ферми и Э. Теллера возникла мысль о возможности инициирования атомным взрывом термоядерных реакций в среде из дейтерия. Дискуссии с Э. Ферми послужили источником десятилетней одержимости Э. Теллера идеей создания термоядерной сверхбомбы.

4.Система знаний сша

Исследования по созданию термоядерного оружия были начаты в США по предложению Э. Тейлера. В конце 40-х гг. XX в. практически все выдающиеся физики и математики США и СССР занимались проектом «Super» (термоядерной «трубы»).

Рисунок 1. Схема термоядерной трубы («Super»)

Идея термоядерной «трубы» красива (рисунок 1). Начальный участок трубы зажигается под влиянием энергии ядер­ного взрыва атомной бомбы. Труба заполнена чистой охлажденной термоядерной смесью. От начального участка волна горения распространяется по термоядерной смеси вдоль трубы, которая должна гореть как бикфордов шнур (непрерывная детонация по всему объёму). В этом случае можно было бы создать термоядерный заряд любой мощности, которая определялась бы только длиной трубы. Как стало известно, на основании простых оценок, в условиях теплового равновесия ядер, электронов и излучения прямой нагрев жидкого дейтерия тепловым излучением атомного взрыва не приводит к термоядерному взрыву, в котором за счет термоядерных реакций выделяется больше энергии, чем поступает от теплового излучения атомного взрыва. Кроме того, предварительные технические характеристики бомбы – большие геометрические размеры и масса (с учётом криогенного устройства для хранения жидкого дейтерия) - делают нереальным её размещение на носителях оружия (за исключением кораблей и подводных лодок)

5. Изменение теоретической схемы а.Д. Сахаровым.

… я сделал крутой поворот в работе.

А именно, предложил альтернативный проект термоядерного заряда, совершенно отличный… по происходящим при взрыве физическим процессам и даже основному источнику энерговыделения…

А. Сахаров (1948)

А. Д. Сахаров быстро понял бесперспективность «классического Super». Стремление «уйти» от больших размеров в «Super» и привело А. Д. Сахарова к его «первой идее».

Лежащий в ее основе принцип ионизационного сжатия термоядерного горючего называют «сахаризацией». Предполагалось, что детонационная волна, первоначально создаваемая инициатором (ядерным взрывом), обжимает тяжелую воду и уран (до ~7 раз) и нагревает их до температуры ~10кэВ. В изотермических условиях происходит процесс выравнивания давлений в уране и тяжелой воде, что приводит к дополнительному существенному сжатию тяжелой воды (~7 раз) высвобождаемые термоядерные нейтроны служили в качестве источника деления урана. Данный эффект вносил основной вклад в энерговыделение системы и существенно ускорял термоядерную реакцию[4].

А. Д. Сахаров рассматривал характеристики горения слойки и оценил среднюю калорийность в ~ 12,5-22,5 МэВ на 1 ядро дейтерия. Такой разброс определяется в зависимости от отсутствия или наличия вклада DT-реакции, так называемая вторичная реакцияD+ Н³, которая должна, по-видимому, весьма существенно повысить эффективность «слойки». Такая калорийность и условия сжатия оп­ределяли среднюю температуру среды в 10кэВ, так что оценка была внутренне достаточносамосогласованной.

Позже A.Д. Сахаров сделал радикальное предложение, которое стало эффективно использоваться далее при решении термоядерной проблемы. В отчете от 3 марта 1949 г. указывалось «на преимущества, связанные с использованием в «слойке» в качестве дейтерийсодержащего вещества Li⁶D». Он отмечал, что в результате захвата нейтронов изотопомLi⁶ образуется тритий, который дает в реакции с дейте­рием высокоэнергетические нейтроны, делящие уран. По оценкам, использованиеLi⁶Dмогло существенно повысить «калорийность» «слойки» по сравнению с исходным вариантом, основанном на использовании тяжелой воды.

Идея использования в качестве основного ядерного горючего твердое вещество явилась одним из важнейших факторов, который позволил создать реальное термоядерное оружие. Применение жидкого дейтерия (модель США) требовало длительной подготовки, использования многотонной криогенной техники и сложной системы эксплуатации.