В основе действия водородной бомбы лежит реакция термоядерного синтеза, сопровождающаяся выделением колоссального количества тепловой энергии, в несколько раз превышающем то, что выделяется при взрыве атомной бомбы. Сама реакция представляет собой слияние двух ядер тяжелого водорода — дейтерия, в результате чего образуется изотоп гелия и выделяется свободный нейтрон. Для ее начала необходимо нагреть дейтерий до температуры в несколько десятков миллионов градусов. Такая температура на Земле возможна только в одном месте — в эпицентре атомного взрыва. Таким образом, было ясно, что будущая водородная бомба должна включать в себя атомный заряд, который будет играть роль своеобразного «запала» для основного «взрывчатого вещества» — дейтерия. Энергия, выделившаяся при взрыве атомной бомбы, должна была нагреть и «поджечь» дейтерий. Казалось бы, сделать это очень легко и для этого достаточно заложить слой дейтерия в обычную атомную бомбу между делящимся веществом (полушариями из урана-235 или плутония-239) и окружающей их оболочкой обычной взрывчатки, кумулятивный взрыв которой переводит делящееся вещество из подкритического состояния в надкритическое. Однако выяснилось, что при этом дейтерий не успевает достаточно нагреться и сжаться, так что термоядерная реакция практически. не идет. Приступив к работе над бомбой, Сахаров уже через два месяца нашел чрезвычайно остроумный способ разрешения проблемы — он предложил окружить дейтерий в описанной конструкции оболочкой из обычного природ-: ного урана-238, который должен был замедлить разлет и, главное, существенно повысить концентрацию ядер дейтерия. В самом деле, при взрыве атомной бомбы этот уран превращался в тяжелый ионизированный газ с большим количеством свободных электронов, которые не позволяли ядрам дейтерия разлетаться. Концентрация дейтерия повышалась более чем в десять раз, что способствовало началу синтеза. Кроме того, ядра урановой оболочки под дей-і ствием быстрых нейтронов начинали делиться, в результате чего мощность взрыва существенно возрастала. Идея Сахарова оказалась очень плодотворной и сразу направила работу советских физиков в нужное русло, В дальнейшем он внес еще несколько, важных усовершенствований в конструкцию бомбы. Вообще его вклад в создание бомбы оказался настолько велик, что его стали, называть «отцом термоядерной бомбы». (Впрочем, сам Сахаров никогда с этим! не соглашался.) Почти одновременно с началом работ по термоядерному оружию, с лета 1950 г., Сахаров вместе с Таммом стал думать об осуществлении управляемой термоядерной реакции, то есть об использовании термоядерной энергии в мирных целях. В этой перспективной области ему также принадлежит несколько основополагающих открытий. Так, в 1950 г. он выдвинул идею магнитной термоизоляции высокотемпературной плазмы. В отличие от разрушительного термоядерного взрыва, при котором вся энергия освобождается за считанные мгновения, управляемая реакция должна протекать медленно, синтезирующееся вещество (дейтерий) берется при этом в очень небольших количествах (доли грамма). Технические условия, необходимые для протекания реакции, очень сложны. Чтобы осуществить термоядерное «горение» дейтерия при интенсивной замене выгоревшего горючего свежим, необходимо, вопервых, каким-то образом нагреть его до температуры в несколько десятков миллионов градусов, а, во-вторых, удержать ядра водорода от их соприкосновения со стенками реактора, потому что никакое вещество не способно вынести такой чудовищной температуры.
Сахаров был первым, кто предложил решить две эти проблемы с помощью мощного магнитного поля и разработал конструкцию магнитного реактора, выполненного в виде соленоида, свернутого в тор, то есть имеющего вид «бублика», заполненного дейтерием. Дейтерий в этом реакторе должен был разогреваться мощными зарядами тока, текущего по обмотке. Этот же ток одновременно создавал внутри «бублика» магнитное поле, препятствующее соприкосновению ядер водорода со стенками тора. Конечно, это была первая, еще несовершенная схема, далеко не учитывавшая всей сложности проблемы.
Однако важно заметить, что все дальнейшее развитие термоядерных реакторов пошло по пути, указанному Сахаровым.
В 1950 г. Сахарова перевели на работу в закрытый Всесоюзный научноисследовательский институт экспериментальной физики. «В течение следующих 18 лет, — писал Сахаров позже, — я находился в круговороте особого мира военных конструкторов и изобретателей специальных институтов, комитетов и ученых советов, опытных заводов и полигонов». Самый плодотворный период его деятельности в ВНИИЭФе пал на 50-е гг. Тогда Сахаров предложил несколько оригинальных способов, с помощью которых можно было бы начать термоядерную реакцию, не прибегая к атомному взрыву. Один из них заключался в использовании сверхсильного магнитного поля. Создание таких полей тоже представляет сложную техническую задачу, но в 1952 г.
