Что, впрочем, ощущается интуитивно и сплошь, и рядом подтверждается примерами из обыденной жизни. Капли рассыпавшейся ртути, скажем, тут же принимают шаровую форму — поверхностное натяжение заставляет её занять объём с наименьшей поверхностью. Много землян уже побывало в космосе и хорошо знает, что выскочившая из бутылки вода тут же принимает форму шара.
Те, кто видел спящую на снегу лису (а те, кому это видеть не посчастливилось, могут понаблюдать за спящей кошкой), непроизвольно отмечают, что животные стараются принять шаровидную форму, ибо при этом потери тепла, а они при прочих равных условиях пропорциональны площади поверхности нагретого тела, становятся наименьшими! Да и сам человек, укладываясь в прохладном помещении, стремится занять объём как можно ближе к шару — подтягивает к подбородку колени, складывает руки и поджимает пятки, чтобы походить на шар.
Имплозия в Лос-Арзамасе
Как уже говорилось, из всех вышеупомянутых простейших фигур равного объёма (и массы!) минимальная поверхность у шара. Именно его масса в 60 кг урана-235 окажется критической, поскольку имеет наименьшие потери нейтронов, убегающих через поверхность. Куб, тетраэдр, а в особенности плоскость и проволока, несмотря на то, что масса каждой фигуры вроде бы по величине критическая, таковыми на самом деле не станут — их поверхности столь велики, что подавляющая часть нейтронов будет покидать объём, так и не встретив «своего» ядра.
Итак, в процессе взрыва уменьшающийся в объёме шар должен оставаться по форме шаром. Для этого его окружают сферическим слоем взрывчатки — почти сферическим, если говорить точнее. Взрывчатку отливают в виде многочисленных блоков, из которых составляют правильный многогранник, близкий к шаровому слою. Чем больше блоков, тем «сферичнее» и симметричнее ударная волна.
Каждый блок подрывается своим детонатором и совершенно недопустимо, чтобы какой-либо из капсюлей сработал раньше или позже других. Форма волны при этом искажается и шар может сплющиться в эллипсоид или лепёшку — ядерный взрыв тогда не случится. Отсюда проистекала высокая безопасность метода имплозии — случайный подрыв одного капсюля и даже многих (и даже всех, если не одновременно) приводил всего лишь к разрушению корпуса бомбы. Кроме одновременного срабатывания детонаторов нужно, чтобы скорость горения взрывчатки была в каждом блоке одинаковой, или, по крайней мере, соответствовала заданной, отсутствовали пустоты и трещины и многое другое, чего нельзя упускать из виду, чтобы не «испортить» симметрию.
Изучением всех этих тонкостей в Лос-Аламосе — ядерном центре США — занимался советский информатор Клаус Фукс. Разумеется, все свои расчёты, подкреплённые экспериментами, он тайно передавал через связника Голда в Нью-Йорк Анатолию Яцкову, который руководил сбором сведений по атомным секретам. Оттуда шифрограммы летели в Москву, оседая в огромном агентурном деле «Энормоз». Впрочем, эти радиограммы перехватывались и американскими спецслужбами и также откладывались в досье, но другое — «Венона» — до поры, до времени, пока появится возможность их расшифровать.
А в Арзамасе-16, который местные остряки весьма ехидно называли «Лос-Арзамасом», над проблемами симметричного обжатия металлов стали трудиться «рентгенщики» Лев Альтшуллер, Вениамин Цукерман и славные коллективы, которые они возглавляли. И в 1948 году им удалось сжать шарик из железа в два раза.
Процесс пошёл
В момент максимального сжатия плутония нужны первоначальные нейтроны для начала цепной реакции. Даже один нейтрон, налетевший на ядро делящегося атома, разваливал это ядро и высвобождал при этом ещё два-три нейтрона, которые в свою очередь натыкались на новые ядра, деля их с высвобождением энергии. Рождающиеся в геометрической прогрессии нейтроны обеспечивали нарастание цепной реакции и, как говорил один болтливый генсек, «процесс пошёл».
Весь этот процесс очень образно напоминает возникновение лавины в горах — один сорвавшийся с вершины камень сталкивает по пути ещё два-три, те набирают скорость и обрушивают новые камни, и вся эта лавина сметает на своём пути леса, мосты, дороги и селения.
Совершенно ясно, что если с горного хребта сорвутся одновременно и в разных местах десятки или сотни камней, то последствия будут ещё более ужасными.
В первых бомбах источник первоначальных, «затравочных» нейтронов — в России он назывался инициатор, а у американцев его именовали «ежом» — этот инициатор располагался внутри ядерного заряда. В двух полушариях в самом центре делалась небольшая полость также сферической формы, и туда вставлялись две опять же сферические половинки «ежа». В одном маленьком полушарии был радиоактивный полоний, в другом — бериллий. Они были окружены золотой фольгой, препятствующей взаимодействию альфа-частиц с бериллием.