Секреты термоядерного синтеза 01

Поскольку я практически завершил "Априорную теорию всего", можно приступить к неторопливому рассказу о моём понимании термоядерного синтеза в целом. В первую очередь — термоядерного синтеза в звёздах и бомбах.


Немногочисленные специалисты в этой области уже оставили нас, и я считаю своим долгом прочувствовать атмосферу той эпохи научного противостояния, когда разработчики в одной стране делились секретами с учёными других стран во избежание ядерного монополизма.


Стоит помнить, что великие умы, создавшие фундаментальные открытия, иногда оказываются перед выбором, который выходит за рамки науки. Например, сцена в фильме Оппенгеймер вызывает много вопросов и интерпретаций.


В фильме Кристофера Нолана Эйнштейн и Оппенгеймер встречаются возле Принстонского института перспективных исследований, но не обмениваются словами. Это символический момент, который можно трактовать как отражение их сложных отношений и разного восприятия последствий создания атомной бомбы. Эйнштейн, который когда-то подписал письмо Рузвельту, предупреждая о возможном создании ядерного оружия, позже сожалел о своей роли в этом процессе. Оппенгеймер же, будучи руководителем проекта Манхэттен, столкнулся с моральными последствиями своего открытия. Его размышления после испытания "Тринити" стали культовыми: «Я стал смертью, разрушителем миров» — цитата из Бхагавад-Гиты, которая подчёркивает его внутренний конфликт.


Уже только после появления Википедии я узнал, что до меня термоядерным синтезом занимался выпускник нашей кафедры Юрий Алексеевич Трутнев — один из ключевых разработчиков термоядерного оружия в СССР. После окончания физического факультета Ленинградского государственного университета в 1951 году он был направлен на работу в Арзамас-16, в Конструкторское бюро № 11 (КБ-11). Я поступил на физический факультет только в 1964 году.


Важно понять отличие: Игорь Васильевич Курчатов и Институт атомной энергии имени И. В. Курчатова выполняли исследовательскую работу, а в КБ-11 работали люди в погонах, которые создавали сами бомбы.


Юрий Алексеевич Трутнев работал вместе с Андреем Сахаровым и Яковом Зельдовичем над принципами радиационной имплозии, которая стала основой для создания первых термоядерных зарядов. В 1954 году он участвовал в разработке РДС-37, первого советского термоядерного заряда. Позже, совместно с Ю.Н. Бабаевым, он усовершенствовал этот принцип, что привело к созданию более эффективных термоядерных устройств.


Трутнев также сыграл важную роль в разработке самого мощного термоядерного заряда в мире — "Проект 602", который был испытан в 1961 году. Его работы оказали значительное влияние на развитие ядерных технологий и стратегию вооружений, а принципы рентгеновской имплозии позже использовались не только в оружейных разработках, но и в фундаментальных исследованиях термоядерного синтеза.


Этот первый секрет термоядерного синтеза показан на рисунках, которые отображают последовательность запуска водородной бомбы Теллера-Улама, модифицированных из книги Говарда Морланда «Секрет, который взорвался» (Random House, 1981).


Процесс запуска:
- A: Боеголовка перед выстрелом: первичный заряд вверху, вторичный внизу.
- B: Взрыв создаёт имплозивную ударную волну, сжимая плутониевое ядро до сверхкритичности, запуская реакцию деления.
- C: В результате деления в первичном заряде испускаются рентгеновские лучи, которые проходят вдоль внутренней части корпуса, облучая наполнитель канала из пенополистирола.
- D: Пенополистирол превращается в плазму, сжимая вторичный заряд. Плутониевый вторичный заряд начинает делиться, выделяя тепло.
- F: Сжатое и нагретое дейтериевое топливо литий-6 вступает в реакцию синтеза. Нейтроны, испущенные в процессе, взаимодействуют с литием-6, образуя тритий, который усиливает термоядерную реакцию. Начинает формироваться огненный шар...


Исторический контекст


Идея использования энергии от взрыва атомной бомбы для инициации реакции синтеза впервые была предложена Энрико Ферми в беседе с Эдвардом Теллером в 1941 году.
Размышляя вслух, Ферми предположил, что атомная бомба может выступать «зажигалкой», инициируя термоядерную реакцию. Теллер, вдохновленный этой идеей, начал исследования, которые привели к созданию водородной бомбы Теллера-Улама.


Этот подход привел к разработке двухступенчатой схемы сжатия:

- Имплозивная ударная волна, сжимающая плутониевое ядро до сверхкритичности.


- Рентгеновские лучи, распространяющиеся со скоростью света и вызывающие имплозию термоядерного заряда.


Эти принципы стали основой современной концепции термоядерного синтеза, но что происходит в звездах?


Если синтез в бомбе основан на имплозии, то что происходит в недрах Солнца? Об этом — в следующей главе…