История создания схемы Теллера — Улама


Данная статья описывает хронологию событий, связанных с разработкой схемы Теллера — Улама  (англ. Teller–Ulam design) — технической концепции, лежащей в основе термоядерного оружия, то есть водородной бомбы. На основе этой схемы построены практически все современные системы ядерного оружия, составляющие арсеналы ведущих ядерных держав.

Идея использования энергии от взрыва атомной бомбы для инициации реакции синтеза впервые была предложена итальянским физиком Энрико Ферми в Нью-Йорке в беседе с его коллегой Эдвардом Теллером осенью 1941 года, когда они возвращались после обеда в Колумбийский университет. Размышляя вслух, Ферми предположил, что взорвав атомную бомбу рядом с ёмкостью с дейтерием можно вызвать реакцию слияния ядер водорода в ядра гелия и получить так называемое водородное оружие, в котором атомная бомба выступает «зажигалкой». В теории такая бомба была бы намного более эффективной и намного более мощной, чем атомная. Дейтерий легко получается из морской воды, и кубометр подожжённого дейтерия произведёт взрыв мощностью порядка несколько мегатонн, в то время как атомная бомба максимум может выдать мощность в несколько сотен килотонн. Вдохновлённый этой идеей, Теллер принялся исследовать пути её оценки и практической реализации[1].

Теллер принял участие в июльской конференции 1942 года группы Оппенгеймера[2] по деталям создания атомной бомбы в Калифорнийском университете в Беркли. Ещё до конференции Теллер делал простые расчёты и пришёл к выводу, что поджечь дейтерий атомной бомбой не получится, но потом поменял своё мнение, когда сделал новые расчёты с помощью своего коллеги Эмиля Конопинского.

Во время конференции Теллер вызвал учёных на дискуссию о супер-бомбе, или коротко «Super». Так как уже было решено, что все вопросы по атомной бомбе выяснены, Сербер, Стен Френкель (Stan Frankel) и Нельсон занялись этой свежей интересной проблемой. По первым оценкам создание водородной бомбы казалось чисто инженерной задачей. Чуть позднее Ганс Бете (Hans Bethe) проверил расчёты Теллера и обнаружил, что Теллер не учёл важный эффект Комптона — процесс охлаждения за счёт рассеивания излучения, из-за которого тепло от взрыва атомной бомбы рассеется гораздо быстрее, чем успеет нагреться дейтерий до расчётной температуры 400 миллионов градусов, чтобы началась реакция синтеза, а потом атомная бомба просто разнесёт на мелкие кусочки термоядерное устройство. Пытаясь спасти идею, Конопински предложил смешать дейтерий с тритием, что позволило бы снизить требуемую температуру реакции синтеза, и при этом ещё и повысилась бы мощность взрыва. Однако тритий — чрезвычайно редкий изотоп водорода и очень дорог в производстве. Для вычисления подходящей пропорции смешивания дейтерия с тритием надо было бы провести колоссальные расчёты, а провести практические эксперименты не позволяла чудовищная дороговизна даже миллиграммов трития[3].