С помощью этих фактов мы, наконец, можем осознать огромность проблемы, с которой столкнулись наши конструкторы атомных бомб в Лос-Аламосе и с которой они сталкиваются снова сегодня. Можно видеть, что для того, чтобы бомба увеличила свою мощность с 20 до 20 000 тонн за десять шагов, удваивая свою мощность на каждом шаге, она должна последовательно пройти стадии 40, 80, 160, 320 и так далее, пока не достигнет взрывной мощности 2500 тонн на седьмом шаге. И все же она должна удерживаться вместе еще три шага, в течение которых она достигает огромной мощности в 5000 и 10 000 тонн тротила, не взрываясь.
Здесь действовала непреодолимая сила, и проблема заключалась в том, чтобы окружить ее неподвижным телом, или, по крайней мере, телом, которое оставалось бы неподвижным достаточно долго для того, чтобы цепная реакция совершила еще десять шагов после первых семидесяти. Существует только один факт природы, который делает это возможным или даже мыслимым — последние десять шагов от 20 до 20 000 тонн занимают всего одну десятую миллионной доли секунды. Таким образом, задача состояла в том, чтобы найти тело, которое оставалось бы неподвижным против непреодолимой силы не дольше, чем одну десятую микросекунды, 100 миллиардных долей секунды.
Это неподвижное тело технически известно как «отражатель» (тампер), который противопоставляет инерцию непреодолимой силе, нарастающей за 100 миллиардных долей секунды от взрывной мощности 20 тонн тротила до 20 000 тонн. Сама инерция отражателя задерживает расширение активного вещества и способствует более длительному, более энергичному и более эффективному взрыву. Отражатель, который также служит отражателем нейтронов, должен быть материалом очень высокой плотности. Поскольку золото имеет пятую по величине плотность среди всех элементов (уступая только осмию, иридию, платине и рению), одно время всерьез рассматривалась возможность использования части нашего огромного золотого запаса в Форт-Ноксе.
С учетом этих фактов и цифр становится ясно, что водородная бомба, сделанная только из дейтерия, не является осуществимой. Это, безусловно, исключено при использовании атомной бомбы типа Хиросимы или Нагасаки, которые генерируют температуру около 50 000 000 градусов, поскольку, как мы видели, для ее воспламенения при такой температуре потребовалось бы целых 200 микросекунд. Одно дело — разработать отражатель, который сдерживал бы силу в 20 тонн в течение 100 миллиардных долей секунды и тем самым позволил бы ей вырасти до 20 000 тонн. Совсем другое дело — разработать неподвижное тело, которое сдерживало бы непреодолимую силу в 20 000 тонн в течение интервала времени в 2000 раз большего, особенно если помнить, что через еще одну десятую микросекунды непреодолимая сила снова увеличилась бы в 1000 раз, до 20 000 000 тонн. Очевидно, что это невозможно, ибо если бы это было возможно, мы получили бы супербомбу без какой-либо необходимости в водороде любого вида.
Известно, что мы разработали гораздо более эффективную атомную бомбу, которая, как нечаянно проговорился сенатор Эдвин К. Джонсон из Колорадо, «имеет в шесть раз большую эффективность, чем бомба, сброшенная на Нагасаки». Нам также сообщили доктор Бэчер, что «значительные улучшения» в атомных бомбах после войны «привели к созданию более мощных бомб и более эффективному использованию ценного делящегося материала». Вполне мыслимо и даже вероятно, что улучшения, среди прочего, включают лучшие отражатели, которые задерживают новые атомные бомбы достаточно долго, чтобы расщепить в два, четыре или даже восемь раз больше атомов, чем в моделях военного времени. Но поскольку, как мы видели, десять шагов финальных стадий требуют в среднем всего 10 миллиардных долей секунды на шаг, увеличение мощности новых моделей даже до 160 000 тонн (в восемь раз больше мощности типа Хиросимы) заняло бы всего три шага, за прошедшее время не более 30 миллиардных долей секунды. И даже если мы предположим, что улучшенная бомба генерирует температуру 200 000 000 градусов, она все равно была бы слишком холодной, чтобы воспламенить дейтерий в течение интервала его краткого существования, поскольку, как мы видели, для его воспламенения при такой температуре потребовалось бы 4,8 микросекунды. Фактически, расчеты показывают, что потребовалась бы температура в районе 400 000 000 градусов, чтобы воспламенить дейтерий в течение интервала времени, в течение которого сборка улучшенной атомной бомбы, по-видимому, удерживается вместе, что, как можно предположить из известных данных, находится в пределах 1,2 микросекунды.
Из всего этого можно с практической уверенностью заключить, что водородная бомба только из дейтерия исключена. Столь же веские, хотя и совершенно другие причины также исключают водородную бомбу, использующую в качестве взрывчатого элемента только тритий.
Существует несколько важных причин, по которым водородная бомба, сделанная только из трития, не является осуществимой. Самая важная из них, которая одна уже исключает ее из любого серьезного рассмотрения, — это ошеломляющая цена, которую нам пришлось бы заплатить в виде бесценного материала для атомных бомб, поскольку каждый произведенный килограмм трития потребовал бы жертвы в восемьдесят раз большего количества плутония. Причина этого проста. И плутоний, и тритий должны быть созданы с помощью нейтронов, высвобождаемых при расщеплении урана-235, причем каждый атом плутония и каждый атом трития требует одного нейтрона. Поскольку атом плутония имеет вес 239 атомных единиц массы, тогда как атом трития имеет атомный вес всего три, можно видеть, что килограмм или любой заданный вес трития будет содержать в восемьдесят раз больше атомов, чем соответствующий вес плутония, и, следовательно, потребует в восемьдесят раз больше нейтронов для производства. Другими словами, мы покупали бы каждый килограмм трития ценой восьмидесяти килограммов плутония, что, конечно, означало бы значительное сокращение нашего потенциального запаса плутониевых бомб.
Мы сократили бы эту потерю более чем вдвое, потому что килограмм трития дал бы примерно в два с половиной раза больше взрывной мощности, чем плутоний. Но даже это преимущество вскоре было бы потеряно, поскольку тритий распадается со скоростью пятьдесят процентов каждые двенадцать лет, так что килограмм, произведенный в 1951 году, к 1963 году распался бы до половины килограмма. Плутоний, с другой стороны, может храниться бесконечно долго без каких-либо значительных потерь, поскольку он медленно превращается (со скоростью пятьдесят процентов каждые двадцать пять тысяч лет) в другой делящийся элемент, уран-235, который, в свою очередь, распадается наполовину не менее чем за девятьсот миллионов лет. Более того, плутоний, если настанет день, когда мы сможем перековать наши мечи на орала, станет одним из самых ценных видов топлива для промышленной энергетики, движения кораблей, кругосветных самолетов и даже, когда-нибудь, межпланетных ракет. Он обладает огромным потенциалом как один из основных источников энергии двадцать первого века. Тритий, с другой стороны, может быть использован только как агент ужасных разрушений. Он высвободит свою энергию за долю миллионной доли секунды или не высвободит ее вовсе. Единственным другим возможным его использованием может быть применение в качестве исследовательского инструмента для изучения структуры атома и в качестве потенциального нового агента в медицине, где он может быть использован благодаря своему излучению.
Сколько трития потребовалось бы, чтобы сделать водородную бомбу в 1000 раз мощнее атомных бомб военного времени? Поскольку тритий имеет примерно в 2,5 раза больше мощности на заданный вес, чем уран-235 или плутоний, потребовалось бы 400 килограммов (около 1880 литров в жидкой форме) трития, чтобы сделать бомбу, равную по мощности 1000 килограммам плутония. Такая бомба, как мы видим, должна была бы быть сделана ценой 32 000 килограммов плутония. Другими словами, мы получили бы отдачу, с точки зрения содержания энергии, в 1000 килограммов при вложении 32 000. И мы теряли бы целую половину даже этой небольшой отдачи каждые двенадцать лет.
Сколькими атомными бомбами мы пожертвовали бы ради этого вложения? Исходя из оценки профессора Олифанта, что критическая масса атомной бомбы составляет от 10 до 30 килограммов, мы пожертвовали бы по меньшей мере 1066, а возможно, и целых 3200, если взять меньшую цифру. И мы не должны забывать, что бомба в тысячу раз мощнее произведет лишь в десять раз больше разрушений от взрывной волны и в тридцать раз больше ущерба от пожара, чем атомная бомба старомодного типа.
Эти холодные факты дают понять, что тритиевая бомба, особенно бомба в тысячу раз мощнее атомной, полностью исключена.
Но, можно спросить, если дейтериевая бомба невозможна, а тритиевая бомба неосуществима, и это единственные два вещества, которые вообще можно использовать, не является ли весь этот разговор о супербомбе чистой чепухой? И если так, то как объяснить директиву президента Трумэна «продолжить» работу над ней?
Чтобы найти ответ, давайте на мгновение вернемся к человеку доктора Бэчера в горах, столкнувшемуся с проблемой разведения огня из сырых, покрытых льдом дров при температуре двадцать градусов ниже нуля с «очень малым количеством растопки». Очевидно, бедняга был бы обречен замерзнуть насмерть, если бы не одна маленькая деталь, о которой он почти забыл. Где-то в своих вещах он обнаруживает контейнер, наполненный бензином, который повышает воспламеняемость мокрых дров до такой степени, что они загорятся с количеством растопки, которое в противном случае было бы слишком малым.
Нечто очень похожее верно и для водородной бомбы. Так получается, что смесь дейтерия и трития является самым легковоспламеняющимся атомным топливом на Земле. Она дает в 3,5 раза больше энергии, чем дейтерий, и примерно в два раза больше энергии, чем тритий, при их сжигании по отдельности. Самое главное, смесь дейтерия и трития, известная как D-T, воспламеняется гораздо быстрее, чем дейтерий или тритий по отдельности. Например, комбинация D-T воспламеняется в 25 раз быстрее, чем один только дейтерий при температуре 100 000 000 градусов, а время воспламенения в целых 37,5 раз быстрее, чем для дейтерия при 150 000 000 градусов.
Опубликованные технические данные показывают, что при температуре 50 миллионов градусов смесь D-T воспламеняется всего за 10 микросекунд, или в 20 раз быстрее, чем один только дейтерий. При 75 миллионах градусов это занимает всего 3 микросекунды, по сравнению с 40 для дейтерия, в то время как при 100 миллионах градусов ей нужно всего 1,2 микросекунды, чтобы загореться, время, как мы видели, всего на 0,1 микросекунды больше, чем потребовалось атомной бомбе военного времени, чтобы разлететься на куски. Поскольку последняя удерживалась вместе в течение 1,1 микросекунды при температуре около 50 миллионов градусов, разумно предположить, что улучшенные и более эффективные модели генерируют температуру по меньшей мере в два раза выше, и что это достигается путем их удержания вместе в течение примерно 1,2 микросекунды.
Таким образом, можно сделать вывод, что единственная осуществимая водородная бомба — это та, в которой относительно небольшое количество смеси дейтерия и трития будет служить дополнительной суперрастопкой, чтобы усилить растопку, поставляемую улучшенной моделью атомной бомбы, для разведения огня с огромным количеством дейтерия. Это, по-видимому, и есть настоящий секрет водородной бомбы, который на самом деле вовсе не является секретом, поскольку все представленные здесь выводы сделаны на основе данных, широко известных ученым во всем мире, включая Россию. И поскольку это не секрет для русских, которым архипредатель Фукс предоставил детали, все еще классифицированные как строжайший секрет, американский народ, безусловно, имеет право на известные факты, столь жизненно необходимые для разумного понимания одной из самых важных проблем, стоящих перед ними сегодня.
Дейтериевая бомба с ускорителем D-T стала бы реальностью, если бы температуру запала атомной бомбы можно было поднять до 150 миллионов или, что еще лучше, до 200 миллионов градусов. При первой температуре суперрастопка D-T воспламеняется за 0,38 микросекунды; при более высокой температуре время воспламенения снижается до 0,28 микросекунды. Теперь, смесь D-T высвобождает в четыре раза больше энергии, чем плутоний, и чем быстрее время, за которое высвобождается энергия, тем выше становится температура. Поскольку в четыре раза больше энергии высвобождается со скоростью в четыре раза быстрее, чем в атомной бомбе военного времени, не будет неразумным предположить, что генерируемая температура была бы достаточно высокой, чтобы воспламенить сырые дрова в бомбе — ее запас дейтерия.
Сколько трития потребовалось бы для смеси растопки? Об этом мы можем только строить догадки в настоящее время. Поскольку растопка D-T требует синтеза одного атома трития с одним атомом дейтерия, а атомный вес трития равен трем по сравнению с двумя для дейтерия, вес двух веществ будет в соотношении 3 для трития к 2 для дейтерия. Таким образом, если количество, которое будет использовано для смеси растопки, должно составлять один килограмм, оно будет состоять из 600 граммов трития и 400 граммов дейтерия. Поскольку, как мы видели, потребовалось бы восемьдесят килограммов плутония для производства одного килограмма трития, нам пришлось бы израсходовать всего 48 килограммов плутония для создания 600 граммов, или эквивалент от полутора до примерно пяти атомных бомб, согласно оценке доктора Олифанта.
Но нужно ли нам целых 600 граммов трития? Такое количество, смешанное с 400 граммами дейтерия, дало бы взрывную мощность, равную 80 000 тонн тротила, энергетический эквивалент 100 миллионов киловатт-часов. Двадцатая часть этого количества все равно была бы равна по мощности 4000 тонн тротила, эквивалентной по энергии 5 000 000 киловатт-часов. Теперь одну двадцатую от 600 граммов, всего 30 граммов трития, можно было бы произвести ценой не более 2,4 килограмма плутония. Таким образом, мы платили бы всего от одной двенадцатой до одной четвертой атомной бомбы (в дополнение к той, что используется в качестве запала), чтобы получить эквивалент десяти атомных бомб по взрывной силе и в тридцать раз больше по зажигательной силе, что полностью опустошило бы площадь более 300 квадратных миль взрывом и более 1200 квадратных миль пожаром.
Достаточно ли было бы 30 граммов трития, чтобы послужить суперрастопкой для взрыва, скажем, 1000 килограммов (одной тонны) дейтерия? Мы, вероятно, не узнаем, пока не попробуем это на самом деле. Это будет в значительной степени зависеть от температуры, генерируемой нашими более мощными моделями атомных бомб. Если это правда, как сообщил сенатор Джонсон своей телевизионной аудитории, что они «имеют в шесть раз большую эффективность, чем бомба, сброшенная на Нагасаки» (которая, кстати, имела более чем в два раза большую эффективность, чем модель Хиросимы), вполне возможно, что их температура достигает 150 миллионов или даже 200 миллионов градусов. В этом случае дополнительная растопка из смеси D-T массой 20–30 граммов с ее колоссальным выбросом 5 000 000 киловатт-часов энергии за 0,28–0,38 микросекунды (в дополнение к огромному количеству, уже высвобождаемому взрывающимся плутонием или ураном-235) вполне могла бы нагреть дейтерий до надлежащей температуры воспламенения и поддерживать его горячим достаточно долго, чтобы его масса взорвалась в пределах 1,2 микросекунды. В любом случае было бы логично ожидать, что смесь 150 граммов трития и 100 граммов дейтерия, которая высвободила бы энергию, равную энергии бомбы Хиросимы, должна быть способна выполнить эту работу с большим запасом времени.
Таким образом, у нас есть тройной ответ на вопрос: можно ли на самом деле создать водородную бомбу? Как мы видели, дейтериевая бомба определенно невозможна. Тритиевая бомба теоретически возможна, но определенно не практична. Но большая дейтериевая бомба, использующая разумно небольшое количество смеси дейтерия и трития в качестве дополнительной растопки, является и возможной, и осуществимой.
Теперь мы также стоим на твердой почве в решении вопросов стоимости и времени, которое потребовалось бы нам, чтобы выйти на производство. С ответами на эти вопросы мы затем сможем решить, добавит ли водородная бомба, если она будет создана, достаточно к нашей безопасности, чтобы оправдать усилия.
На данном этапе мы знаем, что водородная бомба требует трех основных ингредиентов. Прежде всего, ей нужна атомная бомба, чтобы ее взорвать. У нас есть значительный запас их. Ей нужны большие количества дейтерия. Мы построили несколько заводов по производству дейтерия во время войны, и они должны быть достаточно большими, чтобы удовлетворить наши потребности. Поскольку он извлекается из воды, сырье не будет стоить нам ничего. Единственной статьей расходов будет электроэнергия, необходимая для процесса концентрации, и она не должна превышать 100 долларов за килограмм, а вероятно, и меньше. Третий жизненно важный ингредиент, тритий, может быть произведен на гигантских плутониевых заводах в Хэнфорде, штат Вашингтон. Таким образом, можно видеть, что все основные ингредиенты водородной бомбы, самые дорогостоящие и те, на производство которых потребовалось бы больше всего времени, а также многомиллионные заводы, необходимые для их производства, уже имеются в наличии.
Это означает, что, что касается основных материалов, мы готовы приступить прямо сейчас. А что касается стоимости, то, по-видимому, она вряд ли потребует каких-либо новых ассигнований со стороны Конгресса, или, во всяком случае, только ассигнований, которые были бы сущими пустяками по сравнению с пятью миллиардами, которые мы уже вложили в нашу программу создания атомной бомбы.
Сырьем, из которого изготавливается тритий, является обычный, дешевый легкий металл литий, фактически самый легкий из всех металлов. Он имеет атомный вес шесть, его ядро состоит из трех протонов и трех нейтронов. Когда дополнительный нейтрон вторгается в его ядро, оно становится нестабильным и распадается на два более легких элемента: гелий (два протона и два нейтрона) и тритий (один протон и два нейтрона). Оба они являются газами, и их легко разделить. И хотя литий с атомным весом шесть составляет всего 7,5 процента элемента, как он встречается в природе (он поставляется в смеси с 92,5 процента лития с атомным весом семь), нет необходимости отделять его от его более тяжелого близнеца, поскольку последний не имеет сродства к нейтронам, и почти все они поглощаются более легким элементом.