Первое испытание советской водородной бомбы РДС-37 в 1955 году.

Введение

Советская водородная бомба впервые испытана в 1955 году.

РДС-37 была первой двухступенчатой водородной бомбой, разработанной в Советском Союзе, и впервые испытана 22 ноября 1955 года. Номинальная мощность боеприпаса составляла около 3 мегатонн, однако для проведения реального испытания мощность была снижена до 1,6 мегатонн.

Ведущий к RDS-37

RDS 37 была реакцией на усилия Соединенных Штатов. Ранее Советский Союз, предположительно, использовал многих своих шпионов в США, чтобы помочь им в разработке методов и идей для ядерной бомбы. Создание водородной бомбы потребовало меньшего использования этого метода, хотя они по-прежнему получали помощь от некоторых шпионов, в первую очередь Клауса Фукса. В 1945 году Советский Союз принял решение начать работу над проектом "супербомбы". Также в 1945 году Энрико Ферми читал лекции в Лос-Аламосе, посвященные процессу синтеза. В конце лекции он заявил: "На данный момент все схемы инициирования сверхбомбы остаются довольно расплывчатыми". Весной 1946 года Эдвард Теллер организовал конференцию для оценки всей известной информации о водородной бомбе. Клаус Фукс присутствовал на той же конференции. В том же году Теллер предложил новую конструкцию водородной бомбы, которую он назвал "Будильник", предполагая, что она будет использовать литий-6-деутерид вместо чистого дейтерия. Клаус Фукс передавал Советскому Союзу информацию как о ядерной, так и о водородной бомбе. Эта информация привела к привлечению группы Игоря Тамма, чья работа способствовала созданию водородной бомбы. Информация, предоставленная Фуксом в 1948 году, касалась не только водородной бомбы, но и ядерной промышленности в целом. Она содержала подробные сведения о конструкции бомбы с использованием двухступенчатого блока воспламенения. Проекты были оперативно отправлены Лаврентию Берии, назначенному Иосифом Сталиным руководителем советской программы по созданию бомб, и переданы Игорю Курчатову, Борису Ванникову и Юлию Харитону для проверки и оценки. 5 мая 1948 года Ванников и Курчатов написали ответ, в котором отмечалось: "Что касается материала № 713a, то новые идеи о роли трития в передаче взрыва от уранового праймера-235 к дейтерию, о необходимости тщательного подбора мощности уранового праймера и о роли частиц и фотонов в передаче взрыва к дейтерию представляются ценными. Эти материалы будут полезны товарищу Зельдовичу в его работе над сверхбомбой, выполняемой в соответствии с планами операций, утвержденными Первым Главным Управлением. Следует приложить больше усилий к исследованиям в этой области и приступить к работе над практической конструкцией". Ванников приступил к изучению дейтерия и его свойств. Харитон также направил свой ответ 5 мая 1948 года, в котором призвал Советский Союз создать проектную группу. В то время очень немногие люди обладали какими-либо знаниями о конструкции водородной бомбы. Ученые в Соединенных Штатах также не до конца понимали собственные разработки. Советский Союз создал группу для работы над водородной бомбой. В августе 1948 года Андрей Сахаров предложил метод "слойки", состоящий из чередующихся слоев урана и термоядерного топлива. В начале 1949 года эта конструкция "слойки" была доработана с использованием литий-6-деутерида в качестве термоядерного топлива. В начале 1950 года Клаус Фукс был арестован в Великобритании и не смог продолжить свою шпионскую деятельность в пользу Советского Союза. Советские ученые предложили увеличить плотность дейтерия. Сахаров и его команда увидели возможность детонации небольшой ядерной бомбы внутри "слойки". Эта идея оказалась успешной, и первая реализация была использована в RDS-6с. RDS-6с подготовила почву для RDS-37. К 1952 году Советский Союз начал всесторонне рассматривать возможность создания двухступенчатой бомбы. Однако план был окончательно реализован в 1954 году. До 1954 года считалось, что термоядерное устройство инициируется не излучением, а ударной волной. 1 ноября 1952 года Соединенные Штаты испытали свою первую "водородную бомбу" под кодовым названием "Ivy Mike". Конструкция была основана на схеме Теллера-Улама. "Ivy Mike" не являлась боевым оружием. Она была огромной, весила 82 тонны. 12 августа 1953 года Советский Союз испытал свою собственную "водородную бомбу" под кодовым названием "Джо-4", основанную на конструкции "слойки". К тому времени никто не создал "настоящую" водородную бомбу. Все остальные испытания давали выход в килотоннах. Весной 1954 года США провели серию из шести ядерных устройств в рамках операции "Castle", каждый эксперимент в которых имел мощность в мегатоннах. Первым из них был "Castle Bravo", который в конечном итоге стал самым мощным взрывом, когда-либо произведенным Соединенными Штатами. К весне 1954 года советские ученые начали понимать возможность высвобождения излучения от ядерного взрывчатого вещества и использования его для инициирования термоядерной части бомбы. Эта идея перекликается со схемой Теллера-Улама, использованной в детонации "Ivy Mike". Они впоследствии отказались от одноступенчатых конструкций "слойки" и трубчатых конструкций, сосредоточившись исключительно на проекте двухступенчатой бомбы. В отчете о деятельности теоретического сектора № 1, опубликованном в 1954 году, говорится: "Теоретически исследуется атомное сжатие в сотрудничестве с сотрудниками сектора № 2. Основные проблемы, связанные с атомным сжатием, находятся на стадии разработки. Исследуется излучение от атомной бомбы, используемой для сжатия основного корпуса. Расчеты показывают, что излучение испускается очень сильно. Преобразование лучистой энергии в механическую для сжатия основного корпуса. Эти принципы были разработаны благодаря усилиям секторов № 2 и № 1". 22 ноября 1955 года Советский Союз испытал свою первую настоящую двухступенчатую водородную бомбу в мегатонном диапазоне – RDS-37. В ходе этого испытания была реализована двухступенчатая радиационная имплозия. Это также было первое в мире испытание термоядерной бомбы, сброшенной с самолета.

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.

Основы RDS-37

После испытаний "Браво" в марте 1954 года советские ученые приступили к поиску способов создания эффективной термоядерной бомбы большой мощности. После обширных исследований предыдущего опыта работы с такими бомбами, была разработана новая двухступенчатая конструкция. Термоядерные заряды РДС-37 основаны на фундаментальных научных концепциях физики высоких плотностей энергии. Принцип радиационной имплозии предполагает три ключевых аспекта. По словам Илькаева, это: "преобладающая часть энергии взрыва ядерного заряда (первичного модуля) генерируется в виде рентгеновского излучения; энергия рентгеновского излучения передается в модуль синтеза; имплозия модуля синтеза осуществляется за счет энергии "доставленного" рентгеновского излучения". Надежды на более эффективное сжатие ядерного материала, которое можно было бы инициировать, обсуждались с начала 1950-х годов. Вскоре после этого Яков Борисович Зельдович и Андрей Сахаров начали работу над этой теорией. "В январе 1954 года Я.Б. Зельдович и А.Д. Сахаров детально рассмотрели компоновку устройства, включающую принцип двухступенчатого ядерного заряда". Многие сомневались в их успехе с самого начала. Вопросы, связанные с двухступенчатым ядерным зарядом, можно разделить на две категории. Первая группа вопросов касалась ядерной имплозии. Первый модуль, или ядерный воспламенитель, инициировался "сжатием ядерного материала или делением и синтезом материалов посредством сферического взрыва химических взрывчатых веществ, при котором сферическая симметрия имплозии определялась начальной сферически симметричной детонацией взрывчатого вещества". Казалось, не существует способа, при котором "гетерогенная структура, состоящая из первичного источника (или источников) и сжимаемого вторичного модуля", могла бы "поддерживать сферически симметричную "ядерную имплозию". Ниже приводится доклад Сахарова и Романова от 6 августа под названием "Атомное сжатие". "Атомное сжатие исследуется теоретически в сотрудничестве с сотрудниками сектора №2. Основные проблемы, связанные с атомным сжатием, находятся в стадии разработки. (1) Излучение атомной бомбы, используемой для сжатия основного тела. Расчеты показывают, что для [удалено] излучение испускается очень интенсивно. (2) Преобразование энергии излучения в механическую энергию для сжатия основного тела. Предполагается [удалено]. Эти принципы были разработаны благодаря совместным усилиям секторов №2 и №1 (Я.Б. Зельдовича, Ю.А. Трутнева и А.Д. Сахарова)". Эта проблема, связанная с двухступенчатым ядерным зарядом, порождает еще две. Первая: "Что теперь является носителем взрывной энергии первичного источника?". Вторая: "Как эта энергия передается во вторичный модуль?". Вторая группа вопросов касалась вторичного модуля, подвергающегося ядерной имплозии от воспламенителя деления. Первоначально ученые полагали, что энергия ядерного запуска деления в двухступенчатом заряде будет передаваться потоком продуктов запуска в виде ударной волны, распространяющейся через гетерогенную структуру вторичного модуля. Зельдович и Сахаров "решили выбрать аналог внутреннего элемента заряда РДС-6с для основного физического элемента вторичного модуля, то есть "слоистую" сферическую конфигурацию системы".

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".

Факторы, лежащие в основе дизайна

Советский Союз смог достичь ряда результатов, сопоставимых с достижениями Соединенных Штатов, без использования внешней информации. "Активный материал, вместо того чтобы изначально представлять собой цельную сферу, как в бомбе, сброшенной на Нагасаки, создавался в виде оболочки с "левитирующей" сферой в центре. Часть дорогостоящего плутония была заменена менее дорогим ураном-235. Левитация увеличивала энергетический выход и позволяла уменьшить размер и вес взрывного устройства. Подобных результатов советские лаборатории добились без шпионажа." Изначальный метод "Будильника", разработанный Теллером, был оценен Станиславом Уламом, который пришел к выводу, что он окажется сложнее и дороже, чем предполагалось. В то время как Соединенные Штаты сосредоточились на "Будильнике", Советский Союз работал над методом "Слойки". Дилемма с "Будильником" сохранялась до 1951 года, когда Улам предложил идею сжатия термоядерного вторичного заряда гидродинамическим ударом, создаваемым первичной делящейся бомбой. Теллер согласился с этим методом и даже усовершенствовал его, используя давление излучения от первичного заряда вместо гидродинамического удара. После того, как Теллер окончательно одобрил этот метод, оставался вопрос: какое термоядерное топливо будет использоваться. Основными вариантами были дейтерид лития, дейтерированный аммиак и жидкий дейтерий. "Каждый из них имел свои преимущества и недостатки: дейтерид лития был бы самым простым в изготовлении, поскольку он твердый при комнатной температуре, но воспроизводство трития внутри бомбы из лития требовало сложной цепочки термоядерных реакций, затрагивающей лишь один из нескольких изотопов лития". Деутерированный аммиак можно было поддерживать в жидком состоянии при умеренном охлаждении или небольшом давлении, однако его физические свойства в то время были недостаточно изучены. Проблемой с жидким дейтерием было отсутствие технологий для его транспортировки и хранения в больших количествах. Соединенные Штаты решили использовать жидкий дейтерий в качестве термоядерного топлива. Именно на этом была основана бомба "Ivy Mike". Испытание "Ivy Mike", проведенное Соединенными Штатами, спровоцировало ответную реакцию Советского Союза, который быстро попытался наверстать упущенное. Хотя Советский Союз примерно в то же время испытал свою RDS-6, RDS-6 инициировалась мощными взрывчатыми веществами, в то время как "Ivy Mike" – методом радиационной инициации. Советские ученые отказались от метода "Слойки" и перешли к двухступенчатой схеме бомбы. Водородная бомба в основном состоит из двух блоков: ядерной бомбы, являющейся первичным блоком, и вторичного энергетического блока. Первая ступень водородной бомбы напоминала конструкцию "слоеного торта", за исключением того, что инициация осуществлялась ядерным устройством, а не обычным взрывчатым веществом. Эта конструкция была впервые предложена Энрико Ферми и Эдвардом Теллером в 1941 году. Теллер настаивал на том, чтобы дейтерий воспламенился с помощью какого-либо ядерного оружия. Создание водородной бомбы было сложной задачей, и она должна была быть гораздо мощнее и разрушительнее ядерной бомбы. Сам по себе процесс термоядерного синтеза не был очень мощным, выделяя около 17,6 МэВ на реакцию, но количество водородного топлива можно было масштабировать, чтобы сделать оружие любого желаемого размера.

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.

Процесс проектирования

Андрей Сахаров был ведущим теоретическим участником проекта RDS 37, поскольку он первым количественно оценил теоретические выгоды, которые можно было получить от термоядерного топлива. Сахаров разработал собственный метод сжатия, полностью независимый от конструкции Теллера-Улама. В конструкции Сахарова для атомного сжатия использовалось несколько плотно упакованных слоев дейтерия-дейтерия или дейтерия-трития, которые начинали бы внутреннее сжатие, достигая атомного сжатия. Теоретически, атомный инициатор должен был быть расположен в центре сферического корпуса, окруженного слоями термоядерного топлива и урана. Вся система должна была быть сжата взрывчаткой, помещенной вокруг внешней части многослойной сферы, и инициировать имплозию и окончательное инициирование атомного инициатора. Эффективность этого проекта принесла Сахарову некоторый престиж среди коллег в конструкторском бюро 11. Этот дизайн был назван "Слойкой" сотрудниками Сахарова, поскольку он напоминал традиционный русский многослойный торт, который плотно держался вместе толстым кремом. Основная проблема его идеи заключалась в том, что реакционные сечения дейтерия-дейтерия и дейтерия-трития не были известны, а лишь теоретически предполагались. Конструкторское бюро 11 (КБ 11) представило идею бомбы RDS 6 советским чиновникам, используя преимущественно теоретические расчеты. Андрей Сахаров опубликовал статью в январе 1949 года, в которой отметил, что сечения реакций дейтерия-трития и дейтерия-дейтерия не были изучены экспериментально, и все оценки были предположительными. В марте 1949 года Харитон обратился к Берии с просьбой предоставить Тамму и Компанецу доступ к разведывательным данным о сечениях D–T. В этом было отказано, чтобы минимизировать доступ к разведывательным материалам, но вместо этого 27 апреля измерения сечения D–T были отправлены Тамму и Компанецу без указания источника. По иронии судьбы, аналогичные данные были опубликованы в журнале Physical Review от 15 апреля 1949 года. С этой информацией Сахаров и КБ 11 успешно реализовали атомное сжатие в испытаниях RDS 6. 24 декабря 1954 года советские чиновники одобрили решение о реализации идеи атомного сжатия в новом проекте под кодовым названием RDS 37. Подготовка испытательного полигона и другие важные испытательные операции вступили в фазу подготовки в начале 1955 года. Для RDS 37 возникла новая конструктивная проблема – поддержание симметрии распределения заряда при сферической имплозии. Это привело к разработке канонической схемы, в которой первичный и вторичный модули были помещены в одно и то же отделение для максимизации направленного рассеяния рентгеновского излучения. Огромное количество энергии, высвобождаемой при первоначальном атомном взрыве, передавалось в форме рентгеновских лучей, которые направлялись таким образом, чтобы обеспечить всю необходимую энергию для инициирования термоядерного заряда. Технические спецификации конструкции бомбы были завершены к 3 февраля 1955 года, но постоянно пересматривались и улучшались до тех пор, пока RDS 37 не был доставлен на испытательный полигон в Семипалатинске. В это время КБ 11 обнаружило, что может использовать литий-деутерид в качестве термоядерного топлива вместо деутерия-трития, которое было выбрано после публикации результатов испытаний Теллера-Улама. При реализации идеи атомного сжатия КБ 11 пришлось преодолеть ряд проблем. Основные трудности были связаны с огромным количеством радиации, которое будет испускаться при первоначальном взрыве атомной бомбы. Рассчитанные мощности были настолько велики, что возникли опасения, сможет ли конструкция выдержать и удержать высвобождаемую энергию. Следующим серьезным препятствием было преобразование огромного количества излучаемой энергии в механическую энергию, которая будет использоваться для сжатия основного заряда. В отчете, написанном Яковом Борисовичем Зельдовичем и Андреем Сахаровым, говорилось, что новый принцип атомного сжатия, реализованный в RDS 37, является "блестящим примером творческого коллектива". В отчете также отмечались огромные конструкторские, экспериментальные и технологические усилия, проведенные под руководством главного конструктора КБ 11 Юрия Борисовича Харитона. RDS 37 был собран как авиационная бомба и в ходе испытаний сбрасывался с самолета. На начальной стадии испытаний мощность бомбы была снижена из соображений безопасности. Ячейка термоядерного синтеза на основе литий-деутерида была модифицирована путем замены части топлива пассивным материалом.

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.

Последствия испытаний

RDS-37 был взорван на Семипалатинском полигоне 22 ноября 1955 года. Несмотря на уменьшение мощности, большая часть ударной волны неожиданно была направлена вниз, к земле, поскольку боеприпас детонировал под слоем инверсии, вызвав обрушение траншеи на группу солдат, что привело к гибели одного из них. Взрыв также повлек за собой обрушение здания в Курчатове, расположенном на расстоянии, в результате чего погибла молодая девушка. Было зафиксировано, что группа из сорока двух человек в Курчатове получила ранения от осколков стекла, вылетевших при взрыве (требуется подтверждение, поскольку это предположение, основанное на здравом смысле). Ученый из теоретической лаборатории Андрея Сахарова вспоминал об этом испытании в коллективной книге мемуаров. Он наблюдал за испытанием RDS-37 со смотровой площадки, удаленной от эпицентра взрыва. Когда обратный отсчет достиг нуля, его первое впечатление было "почти невыносимым жаром, словно [его голову] поместили в открытую печь на несколько секунд". Ударная волна пыли и обломков, вызванная взрывом, была видна и слышна, приближаясь к смотровой площадке, и достигла ее примерно через девяносто секунд после термоядерного взрыва. Всем наблюдателям пришлось упасть лицом вниз, вытянув ноги в сторону взрыва, чтобы избежать травм от летящих обломков. После прохождения ударной волны все наблюдатели поднялись и начали праздновать свой успех – Советский Союз первым в мире успешно осуществил воздушный сброс двухступенчатого термоядерного оружия. Измеренная энергия взрыва соответствовала 1,6 мегатоннам в тротиловом эквиваленте. После испытаний RDS-37 комиссия отметила три момента на заседании 24 ноября 1955 года: "конструкция водородной бомбы, основанная на новом принципе, была успешно испытана; необходимо продолжить детальное изучение процессов, происходящих при взрывах бомб этого типа; дальнейшая разработка водородных бомб должна проводиться на основе широкого применения принципов, положенных в основу конструкции бомбы RDS-37". Успешное испытание RDS-37 позволило начать полномасштабную разработку термоядерного оружия. Заряд RDS-37 стал прототипом для всех последующих двухступенчатых термоядерных устройств в СССР. Устройство было намеренно взорвано на большой высоте, чтобы избежать локальных радиоактивных осадков. Высота взрыва составила над землей.

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.

Способ доставки

Оружие было сброшено с воздуха на Семипалатинском испытательном полигоне в Казахстане, что сделало его первым в мире термоядерным испытанием двухступенчатой конструкции. Это был самый мощный взрыв, когда-либо произведенный на Семипалатинском полигоне. Устройство RDS-6с (Joe 4), испытанное в 1953 году, имело одноступенчатую конструкцию и не поддавалось масштабированию до мегатонного диапазона мощности. RDS-37 сбрасывался с бомбардировщика Ту-16 и активно использовался в конце 1950-х – 1960-х годах. Впоследствии Советский Союз посчитал, что 2,9-мегатонная термоядерная бомба избыточна для некоторых задач, поэтому были разработаны менее мощные бомбы RP-30 и RP-32 мощностью 200 килотонн для определенных операций. Соединенным Штатам потребовалось около полугода, до 20 мая 1956 года, чтобы добиться аналогичных результатов в ходе ядерных испытаний "Чероки". Однако к этому времени ВВС США располагали несколькими сотнями многомегатонных бомб и более чем 1100 самолетами, способными их доставлять.

Важные результаты RDS-37

Испытания RDS-37 на Семипалатинском полигоне доказали, что Советский Союз вернулся в гонку вооружений с Соединенными Штатами. Большая часть этого была обусловлена тем, что Советский Союз первым в мире успешно применил литий-дейтерий в качестве термоядерного топлива. Другим важным фактором была точность, с которой советским ученым удавалось предсказывать мощность своих бомб. Прогнозы для испытаний RDS-6 были точны в пределах 30%, а для RDS-37 – в пределах 10%, в то время как прогнозы мощности американского аналога в ходе испытания Castle Bravo оказались занижены в 2,5 раза. Советские специалисты также представили готовый проект оружия для RDS-37. На американской стороне в ходе гонки вооружений бомбы испытывались с дистанционным подрывом. «Испытание стало кульминацией многолетней работы, триумфом, открывшим путь к разработке целого ряда устройств с разнообразными характеристиками высокой эффективности». В отчете о RDS-37, написанном Зельдовичем и Сахаровым, отмечалось, что новый принцип атомного сжатия, реализованный в RDS-37, является «блестящим примером творческого коллектива». В отчете был представлен огромный объем проектных, экспериментальных и технологических разработок, выполненных под руководством главного конструктора КБ-11 Харитона. Успешный взрыв первого двухступенчатого термоядерного оружия стал важным моментом в советской ядерной программе и определил ее дальнейшее развитие. Это показало, что разрыв между Соединенными Штатами и Советским Союзом сокращается. Более того, был ликвидирован разрыв в ядерной мощности. Теперь между странами развернулась гонка за совершенствование бомбы, направленная на уменьшение ее веса, повышение надежности и компактности. 22 ноября 1955 года Советский Союз получил оружие, способное уничтожить любую цель на территории Соединенных Штатов. Гонка термоядерного вооружения между Соединенными Штатами и Советским Союзом превзошла все ожидания ученых, принимавших в ней участие. Создание двумя странами термоядерного оружия с такой мощностью, основанного на двух различных конструкторских подходах, стало выдающимся достижением науки 1950-х годов. Разумеется, успешная и перспективная работа как в Соединенных Штатах, так и в Советском Союзе лишь подстегнула обе страны к созданию более мощного оружия, поскольку возможности термоядерного оружия были раскрыты. Это, конечно, было вполне закономерно в то время, учитывая, что холодная война была в самом разгаре. Это стало значительным подъемом советского морального духа, поскольку советские физики, инженеры, ученые и выдающиеся умы смогли не только конкурировать с американцами, но и превосходить их в некоторых ключевых областях разработки оружия и технологий. Программа RDS выявила гений Андрея Сахарова, который, несомненно, был движущей силой советской программы разработки термоядерного оружия. В период работы в КБ-11 Сахаров сформулировал наиболее важные идеи для продвижения советских термоядерных проектов. RDS-37 принес Сахарову большой авторитет и признание среди коллег и руководства. После этого успеха ему предоставили больше свободы в исследованиях, и он внес значительный вклад в область ядерного оружия (и промышленности). Его исследования и теории в области магнитной плазмы и магнитного термоядерного реактора в конечном итоге привели к созданию мощных электромагнитных импульсных устройств и лазерного синтеза. Многие работы и идеи Сахарова, предложенные в период его работы над проектами RDS, продолжают развиваться и сегодня. Видеозаписи взрыва RDS-37 часто путают с видеозаписями взрыва «Царь-бомбы», хотя они могут быть довольно похожими. На видео RDS-37 взрыв происходит в центре кадра, а на видео «Царь-бомбы» – справа (за исключением видео с грибом, который находится в центре). Кроме того, испытание RDS-37 проводилось на Семипалатинском полигоне, и некоторые видеозаписи сняты с крыш секретного города Курчатов, также известного как Семипалатинск-16. «Царь-бомба» была взорвана на южной половине арктического острова Новая Земля, в то время как в радиусе сотен километров не было населенных пунктов.

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.