Конструкція Теллера-Уляма — технічна концепція сучасної термоядерної зброї, також відомої як водневі бомби. Вважається, що вона використовується практично у всій сучасних видах ядерній зброї, що входить до складу арсеналів великих ядерних держав.

Історія

"Супер" Теллера

Ідею використання пристрою з енергією поділу для початку реакції термоядерного синтезу, вперше запропонував італійський фізик Енріко Фермі своєму колезі Едварду Теллеру восени 1941 року під час того, що незабаром стало Манхеттенським проектом. Через Другу світову війну Сполучені Штати та Велика Британія створюють першу ядерну зброю. Невдовзі Теллер став учасником літньої конференції Роберта Оппенгеймера 1942 року з розробки ядерної бомби, що відбулася в Каліфорнійському університеті в Берклі, де він скеровував дискусію до ідеї створення своєї «Супер» бомби, яка гіпотетично мала би бути в багато разів потужніша, ніж ще не розроблена зброя ділення. Теллер припустив, що створення бомби ділення було б не більш ніж інженерною проблемою, і що «Супер» стала б набагато цікавішим теоретичним завданням.

До кінця війни зусилля були зосереджені на першій розробці ядерної зброї. Тим не менш, Теллер продовжував переслідувати ідею створення «Супер» бомби, аж до того, що знехтував дорученою йому роботою над зброєю ділення в секретній лабораторії Лос-Аламоса, де він працював. (Багато роботи, яку Теллер відмовився виконувати, замість нього було доручено Клаусу Фуксу, який пізніше був визнаний шпигуном на користь Радянського Союзу). Теллер отримав деякі ресурси для вивчення «Супер», і зв’язався зі своєю подругою Марією Гепперт-Маєр, щоб допомогти з трудомісткими розрахунками, пов’язаними з непрозорістю. Однак «Супер», виявилась уникливою, а розрахунки було неймовірно складно виконати, особливо тому, що не існувало способу провести дрібномасштабні випробування задіяних принципів (на відміну від цього, властивості поділу можна було легше дослідити за допомогою циклотронів, новостворених ядерних реакторів та різних інших випробуваннь).

Незважаючи на те, що вони були свідками випробувань Трініті, після атомних бомбардувань Японії вчені в Лос-Аламосі були здивовані тим, наскільки руйнівними були наслідки цієї зброї.  Багато вчених повстали проти ідеї створення зброї, потужнішою за перші атомні бомби в тисячі разів. Для вчених це питання було частково технічним — конструкція зброї все ще була досить невизначеною та непрацездатною — і частково моральною. Така зброя, як вони стверджували, могла бути використана лише проти масового, цивільного населення, а отже, лише як зброя геноциду. Багато вчених, як-от колега Теллера Ганс Бете (який відкрив зоряний нуклеосинтез, ядерний синтез, що відбувається в зірках), закликали Сполучені Штати не розробляти таку зброю та не подавати приклад Радянському Союзу. Прихильники ж водневої зброї, зокрема фізики Теллера та з Берклі Ернест Лоуренс і Луїс Альварес, стверджували, що такий розвиток подій був неминучим і відмовити в такому захисті народу Сполучених Штатів, особливо коли Радянський Союз, ймовірно, сам створить таку зброю — само по собі було аморальним і нерозумним вчинком. Треті, як-от Оппенгеймер, просто вважали, що існуючі запаси розщеплюваного матеріалу краще витратити на створення великого арсеналу тактичної атомної зброї, аніж потенційно змарнувати на розробку кількох масивних «Супер» бомб.

У будь-якому випадку робота в Лос-Аламосі значно сповільнилася, оскільки близько 5500 із 7100 вчених і пов’язаного з ними персоналу, які були там наприкінці війни, залишили розробки, щоб повернутися на свої попередні посади в університетах і лабораторіях.  У 1946 році в Лос-Аламосі відбулася конференція для вивчення доцільності будівництва «Супер». Лабораторія дійшла висновку, що це можливо, але було кілька незгодних з таким висновком.

Коли в серпні 1949 року Радянський Союз взірвав власну атомну бомбу (отриману в США назву «Джо-1»), це застало західних аналітиків несподіванкою. І протягом наступних кількох місяців в уряді, серед спільнот військових і науковців США точилися гострі дебати щодо того, чи варто продовжувати використовувати набагато потужніший «Супер». 31 січня 1950 року президент США Гаррі С. Трумен наказав розпочати програму розробки водневої бомби.

Багато вчених повернулися в Лос-Аламос, щоб працювати над програмою «Супер», але початкові спроби все ще здавалися вкрай непрацездатними. У класичному варіанті «Супер» вважалося, що для запалювання термоядерного матеріалу використовуватиметься тільки тепло від ядерної бомби, але це виявилося неможливим. Деякий час багато вчених думали (і багато хто сподівався), що саму зброю створити неможливо.

Внесок Улама і Теллера

Точна історія прориву Теллера-Улама до кінця не відома, частково через численні суперечливі особисті свідчення, а також через постійну класифікацію документів, які б показали, що було ближче до істини. У попередніх моделях «Супер» термоядерне паливо, очевидно, розміщувалося або навколо «тригера» поділу (у формі сферичної форми), або в його центрі (подібно до «форсованого» варіанту зброї) в надії, що чим ближче паливо буде до вибуху поділу, тим вищий шанс, що він запалить термоядерне паливо простою силою виробленого тепла.

У 1951 році, після багатьох років безрезультатної праці над «Супер», Теллер схопився за проривну ідею польського математика-емігранта Станіслава Улама та розробив її першу працездатну конструкцію водневої бомби мегатонного діапазону. Ця концепція, яка зараз називається «поетапною імплозією», була вперше запропонована в секретній науковій статті «Про гетерокаталітичні детонації I. Гідродинамічні лінзи та радіаційні дзеркала»The term "heterocatalytic" was Teller and Ulam's jargon for their new idea; using an atomic explosion to ignite a secondary explosion in a mass of fuel located outside the initiating bomb. Теллером і Уламом 9 березня 1951 року. Точна сума вкладу Улама і Теллера відповідно до того, що стало відомо як «дизайн Теллера-Улама», остаточно не відома у відкритому доступі — ступінь заслуги, яку приписували Теллеру його сучасники, майже точно співмірна з тим, наскільки добре вони думав про Теллера взагалі. В інтерв’ю Scientific American у 1999 році Теллер сказав репортеру:Я зробив внесок, Улам цього не зробив. Вибачте, що мені довелося відповісти так різко. Улам був справедливо незадоволений старим підходом. Він прийшов до мене з частиною ідеї, яку я вже опрацював, і мені було важко змусити людей слухати. Він був готовий підписати папір. Коли потім дійшло до того, щоб захистити цей документ і по-справжньому вкласти в нього роботу, він відмовився. Він сказав: «Я в це не вірю».

Питання спірне. Бете у своєму «Меморандумі про історію термоядерної програми» (1952 року) цитував Теллера як відкривача «абсолютно нового підходу до термоядерних реакцій», який «був справою натхнення» і отже був «непередбачуваним» і «в основному випадковим». На слуханнях у справі Оппенгеймера в 1954 році Бете говорив про «геніальний вчинок» Теллера у винаході водородної бомби. І нарешті в 1997 році Бете заявив, що «вирішальний винахід був зроблений Теллером у 1951 році»H.A. Bethe, " J. Robert Oppenheimer 1904–1967," National Academy of Sciences of the United States of America Biographical Memoirs (1997, vol. 71, pp. 175–218; on 197).

Інші вчені (антагоністи Теллера, такі як Дж. Карсон Марк) стверджували, що Теллер ніколи б не став ближчим без ідеї Улама. Розробник ядерної зброї Тед Тейлор чітко висловився щодо приписування основних ідей постановки та стиснення Уламу, водночас віддаючи заслугу Теллеру за визнання критичної ролі випромінювання на відміну від гідродинамічного тиску.

Прісцилла Джонсон Макміллан у своїй книзі «Руїна Дж. Роберта Оппенгеймера: і народження сучасної гонки озброєнь» пише, що Теллер намагався «приховати роль» Улама, і що лише «радіаційна імплозія» була ідеєю Теллера. Теллер дійшов до того, що відмовився підписати патентну заявку, оскільки для неї потрібен був підпис Улама. Томас Пауерс писав, що «звичайно, всі конструктори бомб знали правду, і багато хто вважав Теллера найнижчим, найогиднішим злочинцем у світі науки, крадієм кредитів».

Теллер став відомим у пресі як «батько водневої бомби», титул якого він не намагався позбутися. Багато колег Теллера були роздратовані тим, що, здавалося, він насолоджувався повною заслугою в тому, у чому брав лише участь, і у відповідь, за підтримки Енріко Фермі, Теллер написав статтю під назвою «Робота багатьох людей», яка з’явилася в журналі Science в лютому 1955 року, підкреслюючи, що він не був самотнім у розробці зброї (пізніше він напише у своїх мемуарах, що сказав «білу брехню» в статті 1955 року, і матиме на увазі, що він повинен отримати повну заслугу за винахід зброї)"Edward Teller's Memoirs: a book review by S. Uchii", PHS Newsletter (Philosophy and History of Science, Kyoto University), no. 52, July 22, 2003. Ганс Бете, який також брав участь у проекті створення водневої бомби, одного разу безглуздо сказав: «Для історії, я вважаю, що точніше сказати, що Улам є батьком, оскільки він дав насіння, а Теллер матір’ю, тому що він залишився з дитиною, мабуть як акушерка».

Прорив Теллера-Улама, деталі якого досі засекречені, очевидно, полягав у розділенні компонентів ядерного поділу та термоядерного синтезу зброї, а також у використанні радіації, створеної ядерною бомбою, для стиснення термоядерного палива перед його запалюванням. Деякі джерела припускають, що Улам спочатку запропонував стиснути вторинну обмотку через ударні хвилі, створені первинною, і що саме Теллер потім зрозумів, що випромінювання від первинної обмотки зможе виконати це завдання (отже, «радіаційна імплозія»). Однак одного лише стиснення було б недостатньо, і іншу важливу ідею, побудувати бомбу шляхом розділення основного та вторинного, здається, вніс виключно Улам. Елегантність дизайну настільки вразила багатьох вчених, що деякі, хто раніше задавався питанням, чи можливо це, раптом повірили, що це неминуче і що його створять як США, так і Радянський Союз. Навіть Оппенгеймер, який спочатку був проти проекту, назвав ідею «технічно солодкою». У кадрі «Джордж» з «Операції Теплиця» в 1951 році вперше було перевірено основну концепцію в дуже малому масштабі (а наступний знімок у серії, «Предмет», був першою посиленою зброєю поділу), піднявши очікування майже до певності. щоб концепція працювала.

1 листопада 1952 року конфігурація Теллера–Улама була перевірена під час вибуху «Айві Майк» на острів на атолі Еніветок із потужністю 10,4 Мт ТНТ (44 РДж) (у понад 450 разів потужніша за бомбу скинутий на Нагасакі під час Другої світової війни). Пристрій, який отримав назву «Ковбаса», використовував надзвичайно велику ядерну бомбу як «тригер» і рідкий дейтерій, який утримувався в рідкому стані за допомогою 18 тонного кріогенного обладнання, як термоядерного палива, і мав масу близько 73 тони разом. Спочатку була спроба відключити пресу, але незабаром було оголошено, що США підірвали водневу бомбу потужністю в мегатонну.

Складна холодильна установка, необхідна для підтримки термоядерного палива в рідкому стані, означала, що пристрій «Айві Майк» був надто важким і надто складним, щоб мати практичне застосування. Першу розгорнуту зброю Теллера-Улама в США не буде розроблено до 1954 року, коли рідке дейтерієве паливо пристрою «Айві Майк» буде замінено сухим паливом дейтериду літію та випробувано у пострілі «Кастл Браво» ( пристрій отримав кодову назву Shrimp). Суха літієва суміш працювала набагато краще, ніж очікувалося, і пристрій «Кастл Браво», який був підірваний у 1954 році, мав потужність у два з половиною рази більший, ніж очікувалося (15 Мт ТНТ, також була найпотужнішою бомбою, яку коли-небудь підривали Сполучені Штати). Оскільки більша частина потужності була отримана від кінцевої стадії поділу його тамперу, він утворив багато ядерних опадів, що спричинило одну з найгірших ядерних аварій в історії США після того, як непередбачені погодні умови підірвали його над населеними районами атолу та японськими рибалками на борту Дайго Фукурю Мару.

Радянські дослідження