СССР
«СМ-Украина»
Ускоритель для термоядерной бомбы
Анатолий Клёва
журналист
Харьков
210
Ускоритель для термоядерной бомбы
Юлий Борисович Харитон

Середина прошлого века. Полным ходом идет гонка атомных вооружений. СССР и США соревнуются уже на новом ее этапе ‒ термоядерном. 1 ноября 1952 года американцы первыми осуществили такой взрыв. Устройство представляло собой 50-тонное наземное сооружение величиной с двухэтажный дом. 12 августа 1953 года в СССР взорвали водородный заряд принципиально иного класса ‒ в нем использовался дейтерид лития. 22 ноября 1955 года испытали водородную бомбу РДС-6с. 30 октября 1961 года над Новой Землей была взорвана 50-мегатонная бомба, в три тысячи раз превосходившая по мощности ту, что сбросили США на Хиросиму...

Одной из ключевых задач в создании этого качественно нового вида оружия была фиксация сверхбыстрых процессов, происходящих при взрывах. Подобные операции гарантировали импульсные источники излучения. Поэтому остро встал вопрос о срочном сооружении ускорителя электронов, дающего мощную кратковременную вспышку проникающего гамма-излучения. Разработку и создание такого инструмента академики Курчатов и Харитон поручили своему коллеге ‒ академику Синельникову, директору Харьковского физико-технического института (ХФТИ). Этот коллектив в Атомном проекте СССР числился как Лаборатория № 1. Здесь было создано много высокопроизводительной техники, в том числе и высоковакуумный насос мощностью 20 тысяч лошадиных сил, необходимый для выделения и накапливания ядерной взрывчатки ‒ изотопа урана 235U.

НА ЧТО ПОХОЖ НАУЧНЫЙ РЕКОРД?

К тому времени выпускник спецотделения Харьковского университета Владимир Толок уже имел трехлетний опыт экспериментатора на линейных ускорителях частиц. В частности, он блестяще отладил ускоритель протонов с энергией частиц в 5 мегаэлектронвольт. Поэтому в 1955 году Кирилл Дмитриевич Синельников поручил выполнение нового задания своему любимому ученику.

‒ Заказчик мне не был известен, а степень его секретности превосходила воображение, ‒ сказал в беседе с корреспондентом "СМ" Владимир Тарасович Толок. ‒ Документация от его имени шла в разных ипостасях: "Приволжская контора", КБ-11, объект № 550, "Кремлев", Москва, Центр-300, Арзамас-75. И над всем этим витало загадочное для нас имя "Харитон". Вскоре мы все же поняли: это не имя, а фамилия физика-ядерщика Юлия Борисовича Харитона.

Параметры ускорителя, который нам предстояло создать, были чрезвычайно высокими: при энергии в 5 мегаэлектронвольт он должен давать в очень коротком импульсе (две десятых миллионной доли секунды) большой ток ускоренных электронов (силою один ампер) в тонком пучке (не более трех миллиметров в диаметре) и с предельно минимальным разбросом частиц по энергиям. Последнее условие и должно было обеспечивать высокую четкость изображения движущегося предмета.

Такой ускоритель, догадались мы, необходим для фиксирования сверхбыстрых процессов, происходящих внутри неких оболочек, просвечиваемых жестким гамма-излучением, которое возникало при торможении электронов на твердых мишенях.

В научной литературе сведений о подобном ускорителе не было. И мы приступили к его разработке. Вскоре он уже обрел внешние очертания и стал похож на укороченный котел паровоза. Внутри, в вакууме, размещались два медных резонатора в виде многогранных призм...

По своей мощи ускоритель должен был стать источником интенсивного ионизирующего излучения, поэтому для биологической защиты окружающей среды его следовало поместить в бетонный бункер. Но время торопило, и конструкторы решили просто выкопать в стороне от объектов института яму и опустить в нее котел с вакуумными насосами.

После этого Толок и его коллеги Чечкин, Назаров, лаборанты Суворов, Украинский и Новгородцев начали свой поиск. За лето, пока изготавливались и монтировались узлы установки, строители установили полутораметровую кирпичную стену с амбразурой для защиты от рассеянного излучения. Позже, когда пошли дожди, все это сооружение накрыли брезентовым шатром. А к холодам секретный объект обшили еще досками и покрыли толем... Так в центре Харькова родился полигон по созданию уникального ускорителя.

ШАТЕР С КРАСНЫМ ФОНАРЕМ

Синельников внимательно следил за творческими усилиями молодых ученых, даже потешался над их изобретательностью: отгораживаясь от всех, кто мог помешать работать, физики вывесили над шатром предостерегающий красный фонарь. И это помогло им без помех заниматься делом: в итоге вместо силы тока в 1 ампер (заведомо рекордной величины) получили ток 10 ампер! Так была решена задача по добыче высокой эмиссии электронов: вместо сложных и дорогих катодов они использовали плоскую спираль из вольфрамовой проволоки. Кратковременное ее перекаливание до температуры, близкой к плавлению вольфрама, позволяло получать ток электронов до 100 ампер! Энергию для простой и надежной системы закачивали с помощью двенадцати синхронно работавших 100-киловаттных высокочастотных генераторов. Эта энергия ускоряла впрыскиваемые из инжектора электроны и не позволяла расфокусировать их пучок в ускоряющем зазоре благодаря тому, что на выходе из него этот поток уже имел скорость, близкую к скорости света.

Когда Толок сообщил, что его группа получила заданный режим, академик Синельников немедленно вручил ему кристалл каменной соли и предложил выстрелить в этот кристалл. Увидев, что пучок электронов прожег кристалл четким черным пятном на глубину 10 миллиметров, с улыбкой заметил:

‒ Поздравляю с мировым рекордом по силе тока в резонансных ускорителях.

Он по своему личному опыту знал, что глубина прожога в два миллиметра соответствовала 1 мегаэлектронвольту энергии электронов.

В ходе экспериментов хозяева котла тщательно измерили все параметры ускорителя, сняли карту пространственного распределения интенсивности излучения. На оси ускорения ее максимум в рабочем режиме был равен 2,5 тысячи рентген и составлял около 10 тысяч при форсаже. Излучение генерировалось при торможении пучка электронов на танталовой мишени. Благодаря отличной фокусировке всепроницающий пучок стабильно имел узкую направленность, что давало четкие картинки мелких деталей, закрытых даже толстыми слоями свинца. Все говорило о том, что экспериментаторы создали необходимый инструмент для ядерщиков.

Поскольку задание было выполнено досрочно, физики решили до передачи ускорителя заказчику провести на нем новые эксперименты, в том числе ‒ создать каталог предельно наглядного представления о возможностях своего детища. Для этого к заседанию Ученого совета института подготовили ряд любопытных снимков. Среди них была рентгенограмма пули боевой винтовки, летящей со скоростью 865 метров в секунду. Рядом с ней на том же снимке лежал боевой патрон. Обе пули, летящая и неподвижная, выглядели совершенно одинаково. Эффектно смотрелась разрывная пуля внутри воды с примесью железной руды в еще не успевшей взорваться от гидравлического удара стеклянной банке... Большей убедительности не требовалось: представленные снимки Ученый совет признал достойным наглядным подтверждением эффективности заказанной системы.

Вскоре ускоритель УФТИ на долгие годы был отправлен академику Харитону в Арзамас-16, где верно служил исследованиям в деле совершенствования водородного оружия.

"АМПУТАЦИЯ, И НЕМЕДЛЕННО!"

Спустя несколько месяцев у Толока на пальцах рук появились твердые сухие волдыри. Затем кончики пальцев начали чернеть. Ни у кого другого этого не наблюдалось: с пучком лучей ускорителя все время работал только он, руководитель группы. В институте поняли суть случившегося и направили ученого в Москву, в Институт биофизики Академии наук СССР. Там главный хирург клиники при институте Вадим Петушков констатировал:

‒ У вас на пальцах более двух тысяч рентген, что по клинике соответствует поражениям кистей рук с превышением порога некроза. Эта доза равна нескольким летальным при общем облучении. Ампутация и немедленно, а потом посмотрим...

Сопоставив клиническую оценку интенсивности облучения и карту распределения гамма-лучей вокруг ускорителя, физик легко вычислил причину и силу своего облучения. Более двух тысяч рентген как раз соответствовали измеренной дозе в месте торможения пучка электронов ‒ на мишени. Ее-то Толок и менял. Небольшой танталовый диск диаметром 20 миллиметров взять можно было только кончиками пальцев, которые и попались при замене мишени в момент случайного включения ускорителя во время его наладки. Хотя доза облучения была велика, в силу отличной фокусировки пучка она стала локальной и не смертельной. Осознав это, Владимир Тарасович успокоился и начал наблюдать за жизнью необычной клиники, ведущей в обстановке строгой секретности изучение влияния радиации на живые существа и возможности их лечения.

‒ Материала в те годы было предостаточно: шли испытания оружия. Кроме военных, были здесь разработчики оружия и реакторов, кинооператоры, снимавшие испытания, а также производственники, попавшие в аварии разного масштаба, ‒ вспоминает Толок. ‒ В вольерах находилось много разных животных, тоже подвергнутых облучению. Все мы оказались в равной мере подопытными. Запомнил многих, но особенно ‒ тяжко пострадавшего лаборанта Лешу, который вместе с инженером разобрал руками экспериментальный реактор. Инженер вскоре скончался. А Лешу еще долго спасали.

МЕЧТА АЛХИМИКА

Создавая в обстановке ядерного бума новое оружие и энергетику, трудно было избежать ошибок. Жесточайшие сроки отодвигали на второй план вопросы техники безопасности. Это приводило к тяжелейшим последствиям, которые власти старались скрывать даже от ученых.

К этому выводу Толок пришел летом 1957 года, когда в клинике появились подростки из Зауралья. Так он узнал об аварии в "Челябинске-40" и о том, что дети облучились, купаясь в родной речке Теча, куда производились радиоактивные сбросы, увы, предусмотренные проектом. Но только в 1995 году ученый, как и все общество, узнал официальные результаты этой трагедии, случившейся задолго до Чернобыльской. К тому времени облучению подверглось 124 тысячи человек, проживавших на территории Челябинской и Курганской областей. Дозы облучения в 170 бэр (допустимая доза ‒ 5 бэр) здесь получили 28 тысяч человек, 935 из них заболели хронической лучевой болезнью.

За два года лечения в Москве Толоку смогли сохранить руки, нормализовали состав крови. Но остались последствия: резкое сужение цветового поля зрения, обострившаяся чувствительность к радиации, проявляющаяся в виде острой головной боли.

По приговору медиков Толок больше не мог работать с ускорителями. Казалось, он обречен на отлучение от большой физики. Однако физику вновь повезло: Курчатов по рекомендации Синельникова предложил ему возглавить работы по созданию термоядерного стелларатора. Толок справился с этим заданием и стал родоначальником нового направления в области плазменных технологий ‒ атомно-ионной металлургии и других новшеств, получивших широкое применение в народном хозяйстве. При этом он, по сути, достиг того, о чем веками мечтали алхимики, и создал семейство вакуумно-плазменных установок твердосплавного напыления типа "Булат", нашедших применение во всем мире.

Но время работы над ускорителем для академика Харитона все-таки осталось самой яркой творческой вехой в жизни Толока. Он был один на один с природой, и он оказался ее достойным соперником.


8 Октября 2019


Последние публикации


200 руб.
200 руб.



Выбор читателей

Сергей Леонов
70362
Борис Ходоровский
44085
Богдан Виноградов
36857
Сергей Леонов
24254
Александр Путятин
11027
Дмитрий Митюрин
9645
Светлана Белоусова
9612
Наталья Матвеева
8408
Павел Ганипровский
7526
Богдан Виноградов
6709
Светлана Белоусова
6074
Борис Кронер
5872