Советтік сутегі бомбасының алғашқы сынағы

Кіріспе

Советтер Одағының сутекті бомбасын алғаш рет 1955 жылы сынақтан өткізді.

RDS-37 – Совет Одағының алғашқы екі сатылы сутекті бомбасы, ол 1955 жылғы 22 қарашада алғаш рет сынақтан өтті. Бұл қарудың номиналды қуаты шамамен 3 мегатоннаға тең болды. Нақты сынақ кезінде қуаты 1,6 мегатоннаға дейін төмендетілді.

RDS-37 жүйесіне әкелетін жолдар

RDS 37 – АҚШ-тың күш-жігеріне жауап ретінде жасалды. Бұрын Кеңес Одағы АҚШ-тағы тыңшыларын ядролық бомба жасау әдістері мен идеяларын дамытуға жұмылдырған. Сутекті бомбаны жасау үшін бұл әдіс аз қолданылды, бірақ олар Клаус Фукс сияқты тыңшылардан көмек алды. 1945 жылы Кеңес Одағы «супербомба» жобасын жасауға шешім қабылдады. Сол жылы Энрико Ферми Лос-Аламоста термоядролық синтез процесі туралы лекция оқыды. Лекциясының соңында ол: «Қазірге дейін супербомбаны іске қосудың барлық схемалары өте тұманды» деді. 1946 жылдың көктемінде Эдвард Теллер сутекті бомба туралы барлық ақпаратты бағалау үшін конференция ұйымдастырды. Клаус Фукс та осы конференцияға қатысты. Сол жылы Теллер сутекті бомбаның жаңа дизайнын ұсынды, оны «Сағат дабылы» деп атады. Ол таза дейтерийдің орнына литий-6 дейтеридін қолдануды ұсынды. Клаус Фукс ядролық және сутекті бомба туралы ақпаратты Кеңес Одағына берді. Бұл ақпарат Игорь Таммның тобын жұмысқа тартуға әкелді, олардың жұмысы сутекті бомба жасауға көмектесті. 1948 жылы Фукс берген ақпарат тек сутекті бомбаға ғана емес, сонымен қатар ядролық өнеркәсіптің барлық саласына қатысты. Ол екі сатылы тұтандырғыш блокты қолдана отырып, бомба құрылысын егжей-тегжейлі түсіндірді. Жобалар тез арада Иосиф Сталиннің ресейлік бомба бағдарламасына жауапты Лаврентий Берияға, содан кейін Игорь Курчатовқа, Борис Ванниковқа және Юлий Харитонға жіберілді, олар осы жобаларды тексеруі және бағалауы тиіс болды. 1948 жылдың 5 мамырында Ванников пен Курчатов жауап хат жазып, былай деді: «No. 713a материалында уран-235 праймерінен дейтерийге жарылыстың ауысуындағы тритийдің рөлі, уран праймерінің қуатын мұқият таңдау қажеттілігі және жарылыстың дейтерийге ауысуындағы бөлшектер мен фотондардың рөлі туралы жаңа идеялар бар. Бұл материалдар Зельдовичтің супербомба бойынша жұмысына пайдалы болады, ол Бірінші Бас Басқарма бекіткен операциялық жоспар бойынша жүргізілуде. Осы саладағы зерттеулерге көбірек күш салу керек, сонымен қатар практикалық жобалау жұмыстарын бастау керек». Ванников дейтерийді және оның әсерін зерттеуге кірісті. Харитон да 1948 жылдың 5 мамырында өзінің жауабын жіберді, ол Кеңес Одағын жобалау тобын құруға шақырды. Сол кезде сутекті бомбаны жасау туралы білген адамдар өте аз болды. АҚШ ғалымдары да өздерінің жобаларын толыққанды түсінбеді. Кеңес Одағы сутекті бомбаны жасау бойынша жұмыс істейтін топ құрды. 1948 жылдың тамызында Андрей Сахаров «слойка» немесе қабатты торт әдісін ұсынды, ол уран мен термоядролық отынның кезектесіп орналасқан қабаттарынан тұрады. 1949 жылдың басында бұл қабатты торт дизайны термоядролық отын ретінде литий-6 дейтеридімен толықтырылды. 1950 жылдың басында Клаус Фукс Ұлыбританияда тұтқындалды және Кеңес Одағы үшін тыңшылық қызметін жалғастыра алмады. Кеңес ғалымдары дейтерийдің тығыздығын арттыру идеясын ойлап тапты. Сахаров және оның командасы қабатты торттың ішінде кішігірім ядролық бомбаны жарыту мүмкіндігін көрді. Бұл идея сәтті болды және алғашқы сынақ RDS 6s-те жүзеге асырылды. RDS 6s RDS 37-ге жол ашты. 1952 жылға қарай Кеңес Одағы екі сатылы бомбаны толыққанды қарастыра бастады. Алайда 1954 жылы бұл жоспар жүзеге асты. 1954 жылға дейін термоядролық құрылғының радиациямен емес, соққы толқынымен іске қосылатыны есептелді. 1952 жылдың 1 қарашасында АҚШ өзінің бірінші «сутекті бомбасын» сынақтан өткізді, оның коды «Айви Майк» болды. Дизайн Теллер-Улам схемасының негізінде жасалған. «Айви Майк» қолдануға жарамды қару емес еді, оның салмағы 82 тоннаға жетеді. 1953 жылдың 12 тамызында Кеңес Одағы өздерінің «сутекті бомбасын» «Жо 4» кодымен сынақтан өткізді, ол қабатты торт дизайрының негізінде жасалған. Осы кезде ешкім «нағыз» сутекті бомба жасаған жоқ. Барлық басқа сынақтардың қуаты килотоннамен өлшенді. 1954 жылдың көктемінде АҚШ «Қассапыран» операциясы аясында алты ядролық құрылғыны сынады, әр тәжірибе мегатонналық диапазонда болды. Біріншісі – «Castle Bravo», ол АҚШ-тың тарихындағы ең үлкен жарылыс болып есептеледі. 1954 жылдың көктемінде совет ғалымдары ядролық бомбадан радиацияны шығарып, оны бомбаның термоядролық бөлігін іске қосу үшін пайдалану мүмкіндігін түсіне бастады. Бұл идея «Айви Майк» жарылысында қолданылған Теллер-Улам дизайнына ұқсас. Олар кейіннен бір сатылы қабатты торт және түтікше дизайндарын тастап, екі сатылы бомба жобасына толығымен назар аударды. 1954 жылы жарияланған Теориялық сектордың No. 1 қызметі туралы есепте былай делінген: «Атомдық сығылу теориясы No. 2 сектор мүшелерімен бірлесіп зерттелді. Атомдық сығылумен байланысты негізгі мәселелер даму кезеңінде. Атомдық бомбадан негізгі корпусты сығу үшін радиацияның шығуы. Есептеулер радиацияның өте күшті шығатынын көрсетеді. Радиациялық энергияны механикалық энергияға түрлендіру арқылы негізгі корпусты сығу. Бұл принциптер No. 2 және No. 1 секторлардың күш-жігері арқылы дамытылды». 1955 жылдың 22 қарашасында советтер мегатонналық диапазондағы екі сатылы сутекті бомбаны сынақтан өткізді, оның коды RDS 37 болды. Бұл сынақ екі сатылы радиациялық имплозияны іске қосты. Бұл сонымен қатар әлемдегі алғашқы әуеден тасталған термоядролық бомба сынағы болды.

The RDS 37 was a reaction to the efforts of the United States. Previously, the Soviet Union allegedly used many of their spies in the U. S. to help them generate methods and ideas for the nuclear bomb. The creation of the hydrogen bomb required less usage of this method, although they still received help from some spies, most importantly, Klaus Fuchs. In 1945, the Soviet Union reached a decision to work on a design for a "super bomb". Also in 1945, Enrico Fermi gave lectures at Los Alamos discussing the fusion process. At the end of his lecture he stated "so far all schemes for the initiation of the super [are] rather vague". In the spring of 1946, Edward Teller set up a conference to assess all the information known about the hydrogen bomb. Klaus Fuchs attended this same conference. In the same year, Teller postulated a new design for the hydrogen bomb, which he called the "Alarm Clock", which he suggested would use lithium 6 deuteride instead of pure deuterium. Klaus Fuchs had passed on information about both the nuclear bomb and the hydrogen bomb to the Soviet Union. This information resulted in the recruitment of Igor Tamm’s group, whose work helped create the hydrogen bomb. The content that Fuchs provided in 1948 was not only related to the hydrogen bomb, but also the nuclear industry as a whole. It provided detailed insight into the bomb design using a two stage igniting block. The designs were quickly sent to Lavrentiy Beria, who had been placed in charge of the Russian bomb program by Joseph Stalin and forwarded to Igor Kurchatov, Boris Vannikov and Yulii Khariton, to validate and assess these designs. On May 5, 1948, Vannikov and Kurchatov wrote a reply, stating:
As regards the material No. 713a, the basic ideas about the role of tritium in the transfer of explosion from a uranium 235 primer to deuterium, about the necessity of careful selection of uranium primer power, and about the role of particles and photons in the transfer of the explosion to deuterium are new. These materials are valuable in that they will be helpful to Cde. Zel’dovich in his work on the superbomb, performed under the operations plans approved by the First Main Directorate. More effort should be put into research in that area, and a start should be made on the work on the practical design. Vannikov set out to study deuterium and its effects. Khariton also sent his reply on 5 May 1948, which urged the Soviet Union to set up a design group. At that time, very few people knew anything about hydrogen bomb design. The scientists in the United States also did not fully understand their own designs. The Soviet Union set up a group to work on the hydrogen bomb. In August 1948, Andrei Sakharov postulated the sloyka, or layer cake method, which consisted of alternating layers of uranium and thermonuclear fuel. In early 1949, this layer cake design was tweaked, with lithium 6 deuteride as the thermonuclear fuel. In early 1950, Klaus Fuchs was arrested in the United Kingdom, and was unable to continue his espionage activity for the Soviet Union. The Soviet scientists had the idea to increase the deuterium density. Sakharov and his team saw the possibility of detonating a smaller nuclear bomb within the layer cake. This idea was successful, and the first implementation was used on the RDS 6s. The RDS 6s paved the way for the RDS 37. By 1952, the Soviet Union began to fully consider the two stage bomb. However, in 1954, the plan was finally realized. Prior to 1954, the thermonuclear device was not thought to be initiated by radiation, but by a shock wave. On 1 November 1952, the United States tested their first "hydrogen bomb", codenamed Ivy Mike. The design was based on the Teller–Ulam layout. Ivy Mike was not a usable weapon. It was massive in size, weighing 82 tons. On 12 August 1953, the Soviets had tested their own "hydrogen bomb" in a test code named "Joe 4", which was based on the layer cake design. By this time no one had created a "true" hydrogen bomb. All other tests had a kiloton yield. In the spring of 1954, the US tested a series of six nuclear devices, known as Operation Castle, with each experiment being in the megaton range. The first of these was Castle Bravo, which eventually turned out as the largest detonation by the United States ever. By spring of 1954, the Soviet scientists began to understand the possibility of releasing radiation from the nuclear bomb trigger and using it to initiate the fusion part of the bomb. This idea parallels the Teller–Ulam design used in the Mike detonation. They subsequently abandoned the single stage layer cake and tube designs, and focused entirely on the two stage bomb project. A report on the activity of the theoretical sector No. 1 published in 1954 states:
Atomic compression is being investigated theoretically in collaboration with members of sector No. 2. The main problems associated with atomic compression are in the developmental stage. Emission of radiation from the atomic bomb used to compress the main body. Calculations show that for radiation is emitted very strongly. Conversion of radiant energy into mechanical energy to compress the main body. These principles have been developed through the efforts of Sectors No. 2. and No. 1. On 22 November 1955, the Russians tested their first true two stage hydrogen bomb in the megaton range, the RDS 37. This test implemented the two stage radiation implosion. This was also the world's first air dropped fusion bomb test.

RDS-37 негіздері

1954 жылдың наурыз айында «Браво» сынағынан кейін совет ғалымдары тиімді, үлкен қуатты термоядролық бомба жасаудың жолдарын іздестіре бастады. Осы бомбалар бойынша бұрынғы тәжірибелерді зерттеуден кейін жаңа екі сатылы бомба құрастырылды. RDS-37 термоядролық зарядтары жоғары энергия тығыздығы физикасының негізгі ғылыми қағидаларына негізделген. Радиациялық имплозия принципі үш ұғымды қамтиды. Илькаевтың сөзінше, олар: «Ядролық зарядтың жарылысының энергиясының басым бөлігі (бірінші модуль) рентген сәулеленуі түрінде пайда болады; рентген сәулеленуінің энергиясы синтез модуліне беріледі; «жеткізілген» рентген сәулеленуінің энергиясын пайдалана отырып, синтез модулінің имплозиясы». Ядролық материалды жақсы қысу мүмкіндігі туралы пікірлер 1950 жылдардың басынан бері талқыланып келді. Содан көп ұзамай Яков Борисович Зельдович пен Андрей Сахаров осы теория бойынша жұмыс істей бастады. «1954 жылдың қаңтар айында Я.Б. Зельдович пен А.Д. Сахаров екі сатылы ядролық заряд принципіне негізделген құрылғыны егжей-тегжейлі қарастырды». Көптеген адамдар бастапқыда олардың сәттілікке жете алатынына күмән келтірді. Екі сатылы ядролық зарядқа қатысты сұрақтар екі категорияға бөлінді. Бірінші сұрақтар ядролық имплозияға қатысты. Бірінші модуль, яғни бөліну триггері, «ядролық материалды қысу арқылы немесе химиялық жарылғыш заттардың шар тәрізді жарылысы арқылы материалдардың бөлінуі мен бірігуі арқылы іске қосылды, онда жарылыстың шар тәрізді симметриясы жарылғыш заттың бастапқы шар тәрізді симметриялы детонациясымен анықталды». «Біріншілік көзден (немесе көздерден) және сығымдалатын екіншілік модульден тұратын гетерогенді құрылымның» «сфералық симметриялық ядролық имплозияны» сақтап қалуының жолы болмаған сияқты. 6 тамызда Сахаров пен Романовтың «Атомдық компрессия» деген тақырыптағы баяндамасы. «Атомдық компрессияны №2 сектор мүшелерімен бірлесіп теориялық тұрғыдан зерттеу жүргізілуде. Атомдық компрессиямен байланысты негізгі мәселелер әзірлену сатысында. (1) Негізгі корпусты қысуға арналған атом бомбасынан сәулеленудің шығуы. Есептеулер көрсеткендей, [құпияландырылған] үшін сәулелену өте күшті шығарылады. (2) Сәулелену энергиясын негізгі корпусты қысу үшін механикалық энергияға түрлендіру. Бұл гипотеза ретінде қарастырылады [құпияландырылған]. Бұл қағидалар №2 және №1 секторлардың (Я.Б. Зельдович, Ю.А. Трутнев және А.Д. Сахаров) бірлескен күш-жігерінің арқасында әзірленді». Екі сатылы ядролық зарядтың бұл мәселесі тағы екі мәселені тудырады. Біріншіден, «алғашқы көздің жарылғыш энергиясының тасымалдаушысы қандай?» Екіншіден, «бұл энергия екінші модульге қалай жеткізіледі?» Сұрақтардың екінші тобы ядролық жарылыс триггерінің ядролық имплозиясынан зардап шеккен екінші модульге қатысты. Бастапқыда ғалымдар екі сатылы зарядта бөліну триггерінің ядролық басталуының энергиясы екінші модульдің гетерогенді құрылымы арқылы таралатын соққы толқыны кезінде басталу өнімдерінің ағыны арқылы тасымалданады деп ойлады. Зельдович пен Сахаров «екінші модульдің негізгі физикалық элементі үшін RDS-6s зарядының ішкі элементінің аналогын, яғни жүйенің «қабатты» сфералық конфигурациясын таңдауға шешім қабылдады».

After the Bravo Test in March 1954, Soviet scientists started to search for ways to make an effective large yield thermonuclear bomb. After a lot of intensive research of past experience with these bombs, a new two stage bomb was devised. The RDS 37's thermonuclear charges are founded in fundamental scientific concepts of high energy density physics. The principle of radiation implosion assumes three concepts. According to Ilkaev, they are: "the predominant proportion of the energy of the explosion of the nuclear charge (the primary module) is generated in the form of X ray radiation; the energy of the X ray radiation is transported to the fusion module; the implosion of the fusion module using the energy of the 'delivered' X ray radiation". Hopes for a better compression of nuclear material that could be initiated had been in discussion since the early 1950s. Not long after, Yakov Borisovich Zel'dovich and Andrei Sakharov started to work on this theory. "In January 1954, Ya. B. Zeldovich and A. D. Sakharov considered in detail a device layout which incorporated the principle of a two stage nuclear charge". Many people questioned whether they could be successful from the very beginning. Questions concerning the two stage nuclear charge fell into two categories. The first set of questions concerned nuclear implosion. The first module, or fission trigger, initiated "by compression of nuclear material or fission and fusion of materials by spherical explosion of chemical explosives, in which the spherical symmetry of the implosion was dictated by the initial spherically symmetric detonation of the explosive". There seemed to be no way in which "a heterogeneous structure composed of a primary source (or sources) and a compressible secondary module" could "maintain the spherically symmetric 'nuclear implosion". The following is a report by Sakharov and Romanov on 6 August, with the title "Atomic Compression". "Atomic Compression is being investigated theoretically in collaboration with members of sector No. 2. The main problems associated with atomic compression are in the development stage. (1) Emission of radiation from the atomic bomb used to compress main body. Calculations show that for [deleted] radiation is emitted very strongly

(2) Conversion of radiant energy into mechanical energy to compress the main body. It is postulated [deleted]. These principles have been developed through the team efforts of Sectors No. 2 and No. 1 (Ya. B. Zel’dovich, Yu. A. Trutnev, and A. D. Sakharov) ". This problem with a two stage nuclear charge brings about two other problems. One, "what is now the carrier of the explosive energy of the original source?". Two, "how is this energy transported to the secondary module?". The second set of questions concerns the secondary module impacted by the nuclear implosion of the fission trigger. At first, scientist thought that the energy of a nuclear initiation of the fission trigger in a two stage charge would be transported by the flow of the products of the initiation as the shock wave spread through the heterogeneous structure of the secondary module. Zeldovich and Sakharov "decided to choose an analog of the inner element of the RDS 6s charge for the basic physical element of the secondary module, i. e. the 'layered' spherical configuration of the system".

Құрылыстың негізгі факторлары

Кеңес Одағы сыртқы ақпарат көмегінсіз АҚШ-қа ұқсас жетістіктерге қол жеткізе алды. "Активті материал, Нагасакидегі бомбадағыдай, бастапқыда қатты шар болмай, ортасында 'левитацияланған' шар бар қабықша түрінде жасалатын болды. Қымбат плутонийдің бір бөлігі арзан 235 уранмен алмастырылды. Левитация энергияны арттырып, жарылғыш заттың көлемін және салмағын азайтуға мүмкіндік берді. Совет зертханалары тыңшылықсыз осыған ұқсас жетістіктерге қол жеткізді". Теллер ұсынған алғашқы "сағат тілі" әдісін Станислав Улам бағалады, ол күткеннен қиын және қымбат болады деп шешті. Осы кезде АҚШ "сағат тіліне", ал КСРО "Слойка" әдісіне назар аударды. "Сағат тілі" мәселесі 1951 жылға дейін жалғасты, содан кейін Улам термоядролық екінші буынды алғашқы бөліну бомбасының гидродинамикалық соққысымен қысу идеясын келтірді. Теллер осы әдіспен келісті және тіпті оны гидродинамикалық соққыдан гөрі негізгі сәулеленуден туындаған қысымды пайдалану арқылы өзгертті. Теллер бұл әдіске келіскеннен кейін, қандай термоядролық отын қолданылатыны сұрағы қалды. Үш негізгі таңдау – литий деутериді, деутерилген аммиак және сұйық деутерий. "Әрқайсысының артықшылықтары мен кемшіліктері болды, литий деутериді инженерлік тұрғыдан ең оңай материал болар еді, өйткені ол бөлме температурасында қатты күйде болады, бірақ литийден бомба ішінде тритийді алу үшін литийдің бірнеше изотоптарының тек біреуін ғана қамтитын термоядролық реакциялардың күрделі тізбегі қажет болды". Деутерилген аммиакты орташа салқындатумен немесе жеңіл қысыммен сұйық күйде ұстауға болады, бірақ оның физикалық қасиеттері сол кезде жақсы белгілі болмады. Сұйық деутерийдің мәселесі – оны үлкен көлемде тасымалдау және сақтау технологиясы әлі дамытылмаған еді. АҚШ термоядролық отын ретінде сұйық деутерийді таңдады. "Ivy Mike" бомбасының негізі осы болды. АҚШ-тың "Ivy Mike" бомбасын сынауы кеңестік тараптан жауап әрекетіне алып келді, және кеңестік ғалымдар тез арада жетістікке қол жеткізуге тырысты. КСРО сол уақытта "RDS-6" бомбасын сынағанына қарамастан, "RDS-6" жоғары қуатты жарылғыш заттармен, ал "Ivy Mike" сәулелену әдісімен іске қосылды. Содан кейін кеңестік ғалымдар қабатты торт әдісінен бас тартып, екі сатылы бомба әдісіне көшті. Сутекті бомбаның негізінен 2 бөлігі бар: ядролық бомба, ол бірінші бөлік, және екінші энергия бөлігі. Сутекті бомбаның бірінші сатысы қабатты торт дизайнына ұқсас, бірақ басты айырмашылық – бастауды әдеттегі жарылғыш заттың орнына ядролық құрылғы жүзеге асырады. Бұл дизайнды 1941 жылы Энрико Ферми мен Эдвард Теллер ұсынған. Теллер деутерийді қандай да бір бөліну қаруымен тұтандыру қажет екенін айтты. Сутекті бомба – бұл үлкен қиындық, ол ядролық бомбадан гөрі әлдеқайда күшті және жойғыш болады. Фьюзиялық ядроның өзі аса қуатты емес, шамамен 17,6 МэВ реакцияға шығады, бірақ сутегін отынның мөлшерін қалағанша үлкенге дейін арттыруға болады.

The Soviet Union was able to form some similar achievements to the United States without the help of outside information. "The active material, instead of being a solid sphere to begin with, as in the Nagasaki bomb, would be fabricated as a shell, with a 'levitated' sphere in its center. Part of the expensive plutonium was replaced with less expensive uranium 235. Levitation increased the energy yield and made it possible to reduce the size and weight of the explosive. Similar achievements were achieved without espionage by the Soviet Laboratories." The initial alarm clock method derived by Teller was assessed by Stanislaw Ulam, who decided that it would be more difficult and costlier than expected. During this time the United States were focused on the Alarm Clock, while the Soviet Union were focusing on the Sloyka method. The alarm clock dilemma lasted until 1951, when Ulam came up with the idea of compressing a thermonuclear secondary with the hydrodynamic shock produced by a primary fission bomb. Teller agreed with this method and even altered it by using the pressure from the radiation from the primary, rather than hydrodynamic shock. After Teller had finally accepted this method, the question remained. Which thermonuclear fuel would be involved. The three main choices were lithium deuteride, deuterated ammonia and liquid deuterium. "Each had its advantages and disadvantages, lithium deuteride would be the simplest material to engineer because it was solid at room temperature, but breeding tritium within the bomb from lithium required a complex chain of thermonuclear reactions that involved only one of lithium’s several isotopes." Deuterated ammonia could be kept in the liquid phase with moderate cooling or under mild pressure, but its physical properties were not well known at that point. The problem with liquid deuterium was the technology to transfer and store it in bulk quantities was not yet developed. The United States decided to choose liquid deuterium as their thermonuclear fuel. This was the premise behind the Ivy Mike bomb. The detonation of Ivy Mike by the United States prompted Soviet retaliation, and the Soviets quickly attempted to catch up. Although the Soviet Union had detonated their RDS 6 around that same time, the RDS 6 was initiated by high powered explosives, while Ivy Mike was initiated by radiation method. The Soviets then abandoned their layered cake method and focused on a two stage bomb method. The hydrogen bomb primarily has 2 units: a nuclear bomb, which was the primary unit, and a secondary energy unit. The first stage of the hydrogen bomb resembled the layer cake design, except the main difference is that the initiation is carried out by a nuclear device, rather than a conventional explosive. This design was initially postulated by Enrico Fermi and Edward Teller in 1941. Teller insisted that they should ignite deuterium by some fission weapon. The hydrogen bomb was a challenge, and would be more powerful and destructive than the nuclear bomb. The fusion cell itself was not very powerful, coming out to about 17.6 MeV per reaction, but the quantity of hydrogen fuel can be scaled up to make the weapon as large as desired.

Жобалау процесі

Андрей Сахаров RDS 37 жобасының жетекші теориялық салымқосушысы болды, себебі ол термоядролық отынды пайдаланудан туындайтын теориялық артықшылықты бірінші болып анықтады. Сахаров Теллер-Улам конструкциясынан толығымен тәуелсіз, өзіндік сығымдау әдісін жасады. Сахаровтың атомдық сығымдау дизайны бірнеше тығыз жиналған қабаттарды пайдаланды – дейтерий-дейтерий немесе дейтерий-тритий, олар ішкі қарай басталып, атомдық сығымдалуға қол жеткізеді. Теория бойынша, атомдық инициатор термоядролық отын мен уран қабаттарымен қоршалған шар тәрізді корпус ортасында орналасуы керек еді. Жүйенің барлығы көп қабатты шардың сыртына орналастырылған жарылғыш арқылы сығымдалып, имплозияны және атомдық инициатордың басталуын қамтамасыз ететін еді. Бұл дизайнның тиімділігі Сахаровқа 11-ші конструкторлық бюродағы әріптестері арасында бедел әкелді. Сахаровтың әріптестері бұл дизайнды «Слоика» деп атады, себебі ол қалың креммен бірге ұсталған дәстүрлі орыс көп қабатты тортын еске түсірді. Оның идеясының басты мәселесі дейтерий-дейтерий және дейтерий-тритий реакцияларының қималары белгісіз болды және тек теориялық тұрғыдан қарастырылды. 11-ші конструкторлық бюро (КБ 11) КСРО шенеуніктеріне RDS 6 бомбасының дизайны туралы идеяны негізінен теориялық есептеулерге сүйене отырып ұсынды. Андрей Сахаров 1949 жылдың қаңтарында дейтерий-тритий және дейтерий-дейтерий реакцияларының қималары тәжірибелік түрде зерттелмегенін және барлық бағалаулар болжамдық сипатта екенін атап көрсетті. 1949 жылдың наурыз айында Харитон Бериядан Тамм мен Компанецке D-T қималары бойынша барлау деректеріне қол жеткізуді сұрады. Ақпаратқа қол жеткізуді шектеу үшін бұл сұрау қабылданбады, бірақ 27 сәуірде Тамм мен Компанецке D-T қималарының өлшемдері жіберілді, дерек көзі көрсетілмеді. Айырықша жағдай, осыған ұқсас деректер 1949 жылдың 15 сәуіріндегі Physical Review журналында жарияланды. Осы ақпаратты пайдалана отырып, Сахаров және 11-ші конструкторлық бюро RDS 6 сынақтарында атомдық сығымдалуды сәтті іске асырды. 1954 жылдың 24 желтоқсанында кеңестік шенеуніктер RDS 37 деп аталған жаңа жоба бойынша атомдық сығымдау идеясын жүзеге асыру туралы шешім қабылдады. 1955 жылдың басында сынақ алаңын дайындау және басқа да маңызды сынақ операциялары дайындық кезеңіне кірді. RDS 37 үшін жаңа дизайндық мәселе пайда болды – шар тәрізді имплозиядан зарядтың таралуын симметриялы ұстау. Бұл Рентген сәулелерінің бағытталған шашырауын барынша арттыру үшін негізгі және екінші модульдерді бір бөлімге орналастырған канондық жүйені жасауға әкелді. Алғашқы атомдық инициациядан туындаған энергияның көп бөлігі Рентген сәулелері түрінде берілді, олар термоядролық зарядты іске қосу үшін қажетті энергияны қамтамасыз ететіндей етіп бағытталды. Бомбаның техникалық сипаттамалары 1955 жылдың 3 ақпанына дейін аяқталды, бірақ RDS 37 Семейдегі сынақ алаңына жеткізілгенге дейін үнемі қайта қаралып, жақсартылды. Осы кезеңде КБ 11 литий-дейтерийді термоядролық отын ретінде дейтерий-тритий отынының орнына пайдалануға болатынын анықтады, бұл Теллер-Улам сынақтары жарияланғаннан кейін шешілді. 11-ші конструкторлық бюро атомдық сығымдау идеясын жүзеге асыру кезінде бірнеше қиындықтарды жеңуге тиіс болды. Басты мәселелер алғашқы атом бомбасының жарылысынан шығатын сәулеленудің көп мөлшерімен байланысты болды. Есептелген қуаты соншалық, энергия шығарылымдарын орналастыруға және ұстауға арналған конструкцияны жасау мүмкін бе, жоқ па деген алаңдаушылық туды. Келесі үлкен кедергі – механикалық энергияға айналдыруға болатын сәулелену энергиясының көп мөлшері, ол негізгі корпусты сығымдау үшін қолданылатын. Яков Борисович Зельдович пен Андрей Сахаровтың баяндамасында RDS 37-дегі атомдық сығымдаудың жаңа принципі «шығармашылық командалық жұмыстың жарқын мысалы» екені айтылды. Баяндамада 11-ші конструкторлық бюроның бас дизайнері Юлий Борисович Харитонның басшылығымен жүргізілген дизайндық, тәжірибелік және технологиялық жұмыстардың үлкен көлемі мақтан тұтылды. RDS 37 әуеден жеткізілетін бомба ретінде құрастырылды және сынақ кезінде ұшақтан тасталды. Бастапқы сынақ кезеңінде қауіпсіздік мақсатында бомбаның қуаты төмендетілді. Литий деутериді синтездік жасушасы кейбір синтездік отынды пассивті материалмен алмастыру үшін өзгертілді.

Andrei Sakharov served as the leading theoretical contributor to the RDS 37 project, as he was the first to quantify the theoretical gains that could be had from a thermonuclear fuel. Sakharov developed his own compression method completely independent of the Teller Ulam design. Sakharov's design for atomic compression utilized several tightly packed layers of either deuterium deuterium or deuterium tritium that would initiate inwardly, achieving an atomic compression. In theory, an atomic initiator would be positioned in the center of a spherical housing that was surrounded by layers of thermonuclear fuel and uranium. The entire system was to be compressed by an explosive placed all around the outside of the multi layer sphere and initiate an implosion and ultimate initiation of the atomic initiator. The efficiency of this design earned Sakharov some prestige among his co workers at Design Bureau 11. This design was referred to as the "Sloika" by Sakharov's co workers as it resembled a traditional Russian, multi layered cake that was tightly held together by a thick cream. The main problem with his idea was that the reaction cross sections of deuterium deuterium and deuterium tritium reactions were not known, and only theorized about. Design Bureau 11 (KB 11) presented the idea for the RDS 6 bomb design to USSR officials using primarily theoretical calculations. Andrei Sakharov published a paper in January 1949 where he noted that the deuterium – tritium and deuterium – deuterium reaction cross sections had not been studied experimentally and all assessments were conjectural. In March 1949 Khariton requested to Beria that Tamm and Kompaneets be given access to the intelligence data with the D–T cross sections. This was refused to minimize the access to intelligence materials but instead on 27 April D–T cross section measurements were sent to Tamm and Kompaneets without mentioning the origin. Ironically similar data was published in the Physical Review issue of 15 April 1949. With this information, Sakharov and Design Bureau 11 successfully implemented atomic compression in the RDS 6 tests. On 24 December 1954, the decision for implementation of the idea of atomic compression was green lit by Soviet officials in a new project code named RDS 37. Test site preparations and other important test operations entered the preparation phase at the start of 1955. For RDS 37, a new design problem made itself known, keeping the distribution of charge from the spherical implosion symmetric. This led to the development of a canonical system in which both the primary and secondary modules were placed into the same compartment to maximize the directional scattering of X rays. The vast amounts of energy from the initial atomic initiation were transferred in the form of X rays, which were directed in such a way that they would provide all the required energy to initiate the thermonuclear charge. The technical specifications for the bomb design were completed by 3 February 1955 but were continuously reevaluated and improved up until RDS 37 was delivered to the test site in Semipalatinsk. It was during this time that KB 11 found that they could use lithium–deuterium as a thermonuclear fuel to replace the deuterium–tritium fuel that was decided upon after publication of the Teller–Ulam tests. Several factors had to be overcome by Design Bureau 11 in implementing the idea of atomic compression. The main problems dealt with the massive amounts of radiation that would be emitted from the initial atomic bomb implosion. The calculated yields were large enough that there was much concern whether or not a structure could be engineered to house and hold the energy emission. The next big obstacle to overcome dealt with converting the vast amounts of radiant energy into mechanical energy that would be used to compress the main body. In a report written by Yakov Borisovich Zel'dovich and Andrei Sakharov, it was stated that the new principle of atomic compression as seen in the RDS 37 was a "shining example of creative teamwork". The report went on further to boast enormous amounts of design oriented, experimental, and technological efforts carried out under the supervision of Design Bureau 11's chief designer, Yulii Borisovich Khariton. The RDS 37 was assembled as an air deliverable bomb and during testing, was dropped from an aircraft. In its initial testing phase, the bomb's energy yield was reduced out of a safety concern. The lithium deuteride fusion cell was modified to replace some fusion fuel with a passive material.

Сынақтан кейінгі әсері

RDS 37 1955 жылы 22 қарашада Семей сынақ полигонында жарылды. Өнімділігі төмендеуіне қарамастан, оның соққы толқынының көп бөлігі күтпегендей жерге қарай бағытталды, себебі қару инверсия қабатының астында жарылып, окопқа сарбаздар тобының ішінде құлап, біреуі қаза тапты. Сонымен қатар, Курчатов қаласындағы бір ғимарат құлап, жас қыз мерт болды. Курчатовтағы қырық екі адамнан тұратын топ жарылыстан терезелердің сынуынан (бұл ақылға қонымды болжам, сондықтан растау қажет) ұшып келген шыны сынықтарынан жарақат алғанын тіркеді. Андрей Сахаровтың теориялық зертханасындағы ғалым бұл сынақты естеліктер жинағында еске алды. Ол RDS 37 сынағын гипоцентрден алыс орналасқан бақылау пунктинен бақылады. Санау нөлге жеткенде, оның алғашқы әсері "басы бірнеше секундқа ашық пешке қойылғандай, төзімсіз ыстық" болды. Жарылыстан туған шаң мен қирандылардың соққы толқыны көрініп, естіліп, термоядролық жарылыстан кейін шамамен тоқсан секундтан соң бақылау пунктіне жетті. Барлық бақылаушылар, ұшып келген қалдықтардан зардап шекпеу үшін, жарылысқа қарай аяқтарын тіктеп, жерге жатып қалды. Соққы толқыны өткеннен кейін барлық бақылаушылар орнынан тұрып, жетістіктерін тойлады, Кеңес Одағы екі сатылы термоядролық қаруды әуемен жеткізуде алғашқы болып табылды. Құрылғының энергиясы 1,6 мегатонна тротилге тең болды. RDS 37 сынағынан кейін комиссия 1955 жылғы 24 қарашадағы отырыста үш мәселені атап өтті: "жаңа принципке негізделген сутек бомбасының конструкциясы сәтті сынақтан өтті; осы типтегі бомбалардың жарылысындағы процестерді жан-жақты зерттеуді жалғастыру қажет; сутек бомбаларын одан әрі дамыту RDS 37 бомбасының негізі ретінде таңдалған принциптерді кеңінен қолдану негізінде жүргізілуі керек". RDS-37 сынағының сәтті өтуі термоядролық қаруды кең көлемде дамытуға мүмкіндік берді. RDS 37 заряды КСРО-дағы келесі екі сатылы термоядролық құрылғылардың прототипіне айналды. Құрылғы жергілікті радиоактивтік ластануды болдырмау үшін қасақана жоғарыда жарылды. Жарылыс жер бетінен белгілі бір биіктікте болды.

RDS 37 was detonated at the Semipalatinsk test site on 22 November 1955. Despite this reduction in yield, much of its shock wave was focused back downward at the ground unexpectedly because the weapon detonated under an inversion layer, causing a trench to collapse on a group of soldiers, killing one. It also caused a building in Kurchatov, away, to collapse killing a young girl. A group of forty two individuals in Kurchatov were also recorded as having been injured from the glass fragments flying out due to the breaking of the windows (confirmation needed as it is an assumption by common sense) caused by the explosion. A scientist in Andrei Sakharov's theoretical lab recalled the test in a collective book of memoirs. He witnessed the RDS 37 test from a viewing station away from the hypocenter. As the countdown reached zero, the first impression he had "was of almost intolerable heat, as if [his head] had been placed into an open oven for several seconds." The shock wave of dust and debris caused by the explosion could be seen and heard approaching and reached the viewing station roughly ninety seconds after the thermonuclear detonation. All viewers were forced to fall down on their faces with their feet pointed toward the explosion to help avoid injury from flying debris. After the shock wave passed, all the viewers stood up and started cheering their success, the Soviet Union became the first to successfully air deliver a two stage thermonuclear weapon. The measured energy yield of the device was equivalent to that of 1.6 megatons of TNT. After the testing of the RDS 37, the commission noted three things during the meeting on 24 November 1955, "the design of the hydrogen bomb, based on a novel principle, has been successfully tested; it is necessary to continue detailed studies of the processes proceeding in explosions of bombs of this type; further development of hydrogen bombs should be conducted on the basis of a broad application of the principles chosen as the foundation of the RDS 37 bomb". The successful testing of the RDS 37 made it possible to start large scale development of thermonuclear weapons. The charge of the RDS 37 became the prototype for all of the following two stage thermonuclear devices in the USSR. The device was deliberately detonated high in the air to avoid local fallout. The height of burst was above the ground.

Жеткізу әдісі

Қару Семипалатинск сынақ алаңында, Қазақстанда әуеден тасталды, бұл екі сатылы термоядролық сынақтың әуеден тасталған алғашқы мысалы болды. Бұл Семей полигонында өткізілген ең ірі жарылыс еді. 1953 жылғы RDS 6s (Joe 4) құрылғысының сынағы бір сатылы конструкциямен жасалған және мегатондық қуат деңгейіне дейін жеткізілмеді. RDS 37 Tupolev Tu-16 бомбалаушысынан тасталды және 1950-ші жылдардың соңы мен 1960-шы жылдарда кеңінен қолданылды. Біраз уақыттан соң Кеңес Одағы 2,9 мегатондық термоядролық бомбаның кейбір міндеттер үшін артық екенін сезінді, сондықтан RP 30 және RP 32 200 килотонналық бомбалар кейбір тапсырмалар үшін дайындалды. АҚШ 20 мамырға дейін, шамамен жарты жылдың ішінде «Чероки» ядролық қару сынағы арқылы осындай нәтижелерге қол жеткізді. Алайда, сол кезде АҚШ-тың қарулы күштерінде бірнеше жүз мегатондық бомбалар және оларды жеткізе алатын 1100-ден астам ұшақ болды.

RDS-37 маңызды нәтижелері

Семипалатинск полигонындағы RDS-37 сынақтары Кеңес Одағының АҚШ-пен қарулану жарысына қайта оралғанын көрсетті. Бұның басты себебі – КСРО литий-деутерийді термоядролық отын ретінде табысты қолданған әлемдегі алғашқы ел болды. Тағы бір маңызды фактор – совет ғалымдарының бомбаларының қуатын дәл болжау қабілеті. RDS-6 сынақтарының болжамдары 30%-ға дейін, ал RDS-37 сынақтары 10%-ға дейін дәлдікпен жасалса, Castle Bravo сынағында американдықтардың қуат болжамдары екі жарым есеге қате болды. Сонымен қатар, советтер RDS-37 үшін дайын қару үлгісін ұсынды. Америка тарапындағы қарулану жарысында сынақтан өткізілген бомбалар қашықтан жарғызылды. "Бұл сынақ – жылдар бойы атқарылған еңбектің жемісі, жаңа, әртүрлі жоғары өнімділік сипаттамалары бар құрылғыларды жасауға жол ашқан үлкен жетістік", – делінген есепте. Зельдович пен Сахаровтың RDS-37 туралы баяндамасында, RDS-37-де көрінген атомдық сығылудың жаңа принципі "шығармашылық командалық жұмыстың жарқын мысалы" деп бағаланды. Есепте 11-ші жобалау бюросының бас конструкторы Харитон басшылығымен жүзеге асырылған үлкен жобалау, тәжірибелік және технологиялық жұмыстар мақтан тұтылды. Бірінші екі сатылы термоядролық қарудың сәтті сынағы – Кеңес Одағының ядролық қару бағдарламасындағы маңызды кезең болды және бағдарламаның бағытын анықтауға көмектесті. Бұл АҚШ пен КСРО арасындағы алшақтықтың қысқаруын көрсетті. Ең бастысы, ядролық қуаттың айырмашылығы жойылды. Енді мемлекеттер бомбаны жеңілдету, сенімді және ықшам ету үшін жарыса бастады. 1955 жылдың 22 қарашасы – Кеңес Одағының АҚШ-тағы кез келген нысанды жоя алатын қаруға ие болған күні. АҚШ пен КСРО арасындағы термоядролық қару жарысы оған қатысқан ғалымдардың күткенінен асып кетті. Екі елдің әртүрлі жобалау әдістерін қолданып, мұндай қуатты термоядролық қару жасауы 1950 жылдардағы ғылымның ең үлкен жетістігі болды. Әрине, АҚШ пен КСРО-ның табысты жұмысы екі елді де одан да қуатты қару жасауға итермеледі, өйткені термоядролық қару әлеуетінің есігі ашылды. Бұл, әрине, "суық соғыс" қарқынындағы қалыпты жағдай еді. Кеңес Одағының физиктері, инженерлері, ғалымдары және талантты мамандары американдықтармен ғана бәсекелесіп қоймай, қару және технологиялық дамудың кейбір маңызды салаларында олардан озып кеткенін білу совет халқының рухын көтерді. РДС бағдарламасы Андрей Сахаровтың генийін ашты, ол Кеңес Одағының термоядролық қару бағдарламасын дамытудың негізгі күші болды. 11-ші жобалау бюросында жұмыс істеген кезінде Сахаров советтік термоядролық жобаларды дамыту үшін маңызды идеяларды ұсынды. RDS-37 Сахаровқа әріптестері мен жоғары лауазымдағы адамдар арасында үлкен бедел әкелді. Оның табысынан кейін ол зерттеулерінде көбірек тәуелсіздік алды және ядролық қару (және өнеркәсіп) саласында маңызды үлес қосты. Оның магниттік плазманы ұстап тұру және магниттік термоядролық реактор туралы зерттеулері үлкен электромагниттік импульстік құрылғылар мен лазерлік синтездің пайда болуына әкелді. Сахаровтың RDS жобаларында жұмыс істеген кезінде жасаған көптеген жұмыстары мен ұсынған идеялары бүгінге дейін жалғасуда. RDS-37 жарылысын көрсететін видео көбінесе "Царь бомбасының" видеосымен шатастырылады, бірақ олар өте ұқсас болуы мүмкін. RDS-37 видеоларында жарылыс ортада, ал "Царь бомбасы" видеоларында жарылыс оң жақта болады (саңырауқұлақ бұлт видеосын қоспағанда, ол ортада орналасқан). Сонымен қатар, RDS-37 сынағы Семей сынақ алаңында өтті, ал видеоның кейбіреулері құпия Курчатов қаласының (Семей-16) шатырларын көрсетеді. "Царь бомбасы" Новая Земля арктикалық аралдарының оңтүстік жартысында болды, сол кезде жүздеген шақырым радиуста халық қоныстанған жерлер болған жоқ.

The RDS 37 tests at the Semipalatinsk Site proved to bring the Soviet Union back into the arms race with the United States. A large part of this was due to the fact that the Soviet Union was the first nation to successfully employ the use of lithium deuterium as a thermonuclear fuel. Another important factor to consider was the accuracy with which the Soviets were able to predict the energy yields of their bombs. The predictions for the RDS 6 tests were accurate up to 30% and the RDS 37 tests were accurate to within 10%, whereas the American counterpart energy yield predictions were off by a factor of two and a half in the Castle Bravo test. The Soviets also delivered a weapon ready design for the RDS 37. On the American side of the arms race, the bombs being tested were remotely detonated. "The test was the culmination of many years of labor, a triumph that has opened the way to the development of a whole range of devices with diverse high performance characteristics." The report on the RDS 37, written by Zel'dovich and Sakharov, stated that the new principle of atomic compression as seen in the RDS 37 was a "shining example of creative teamwork." The report boasted enormous amounts of design oriented, experimental and technological efforts carried out under the supervision of Design Bureau 11's chief designer, Khariton. The successful detonation of the first two stage thermonuclear weapon was an important moment in the Soviet Union's nuclear weapons program and helped shape the path of the program. It had shown that the gap between the United States and the Soviet Union was closing. More importantly, the nuclear yield gap had been closed. It was now a race between the nations to perfect the bomb, making it lighter, reliable, and more compact. Now, 22 November 1955, marked the date where the Soviet Union possessed a weapon that could destroy any target in the United States. The thermonuclear weapons race between the United States and the Soviet Union exceeded all expectations set out before the scientists who took part. Two countries creating thermonuclear weapons with such energy yields from two different design methods proved to be the crowning achievement for science in the 1950s Of course, the successful and promising work from both the United States and the Soviet Union only spurred each country to push for more powerful weapons, as the floodgates of thermonuclear weapon potential had been opened. This was, of course, entirely the norm at the time considering that the Cold War was in full swing. It was a significant boost to Soviet morale knowing that the Soviet Union's physicists, engineers, scientist, and great minds were able to not only compete with the Americans, but also able to outperform them in some key areas of weapon and technological development. The RDS program gave rise to the genius of Andrei Sakharov, who undoubtedly was the driving force behind the Soviet thermonuclear weapons development program. During his time at Design Bureau 11, Sakharov formulated the most critical ideas for the advancement of Soviet thermonuclear projects. RDS 37 gave Sakharov a lot of credibility and prestige among his co workers and superiors. Following his success, he was given more autonomy in his research and made significant contributions in the realm of nuclear weaponry (and industry). His studies and theories on magnetic plasma confinement and on the magnetic thermonuclear reactor eventually led to the introduction of large electromagnetic pulse devices and laser fusion. Many of Sakharov's works and proposed ideas during his time working on the RDS projects are still ongoing today. Video showing the detonation of RDS 37 is often confused with video of the Tsar Bomba, although they can be quite similar. RDS 37 videos have the detonation in the center, and Tsar Bomba videos have the detonation to the right (except for the mushroom cloud video, which is in the center) In addition, the RDS 37 test occurred in the Semipalatinsk test area, and some of the video looks across the roofs of the secret city of Kurchatov, aka Semipalatinsk 16. The Tsar occurred over the southern half of the Arctic polar desert island of Novaya Zemlya, with no similar population centers within hundreds of kilometers at that time.