Как и в случае с атомными проектами, все первичные разработки в области термоядерного оружия были сделаны в США. В 1941 году Энрико Ферми, отец первого в мире ядерного реактора и вообще человек номер один в американской ядерной программе, подкинул своему коллеге Эдварду Теллеру идею компактной бомбы, принцип действия которой основан на реакции термоядерного синтеза, инициируемой маленьким атомным взрывом. Зерно упало в хорошую почву: годом позже Теллер вошёл в состав группы Оппенгеймера, работавшей над атомной бомбой, и при этом не забыл идеи двухступенчатой системы. Забавно, но, как вспоминал Теллер, в том самом разговоре с Ферми он был на все сто процентов уверен, что схема нереализуема, и даже нашёл аргументы, убедившие в этом Ферми.
В 1943 году у Теллера появился единомышленник – поляк Станислав Улам, попавший в Манхэттенский проект по рекомендации друга, венгро-американского математика Джона фон Неймана. По сути, в рамках проекта Теллер и Улам вели свои собственные исследования, практически не связанные с основными задачами группы Оппенгеймера. Именно Улам предложил схему, которая легла в основу двухступенчатого варианта водородной бомбы. Теллер сначала рассматривал более простое решение, в котором тепло от взрыва первой ступени разогревало жидкий дейтерий в примыкающей емкости до температуры начала термоядерного синтеза. Но расчеты показали, что дейтерий будет слишком быстро охлаждаться и для термоядерного зажигания в этой схеме нужен взрыв мощностью около 500 килотонн.
Улам же изучал вариант обжатия плутония ядерной, а не химической взрывчаткой и получил результаты, из которых следовало, что при обжатии дейтерия или смеси дейтерия с тритием может начаться термоядерная реакция. На основе рассуждений Улама[22] Теллер пришёл к выводу, что обжатие второй ступени не обязательно осуществлять ударной волной, вместо неё можно использовать рентгеновское излучение взрыва первой ступени. А Улам предложил ещё одну ключевую идею схемы: полное разделение ступеней.
Но на то, чтобы перейти от теории к практике, понадобилось много лет. Во-первых, исследования на тему термоядерной бомбы велись параллельно с основными, связанными с атомным оружием, а во-вторых, под практическую реализацию термояда требовалось отдельное финансирование. В итоге реальная работа началась уже после того, как атомная бомба была не только создана, но и использована: сброшена на японские города.
В 1951 году в рамках пятой серии американских ядерных испытаний, операции «Парник» (Greenhouse), проверили на практике в том числе и концепцию Теллера – Улама. Первые два взрыва серии – Dog и Easy, проведённые 7 и 20 апреля, были типовыми испытательными взрывами атомных бомб Mark 6 и Mark 5 соответственно. А вот третий взрыв, George, произошедший 8 мая, выглядел интереснее. Бомба, известная как Cylinder, представляла собой собственно цилиндр из обогащенного урана, в осевом отверстии которого содержалась капсула с тяжёлыми изотопами водорода – жидким дейтерием с небольшой примесью трития. Реакция синтеза не внесла серьёзного вклада в энерговыделение взрыва: измерения показали, что из эквивалента в 225 килотонн на термоядерную часть пришлось всего около 25 килотонн. Но эксперимент продемонстрировал, что создание водородной бомбы в принципе возможно. Это было первое использование термоядерной реакции во взрывном устройстве.
Наконец, четвёртое испытание, Item, стало первым в истории взрывом бустированного (усиленного) ядерного заряда. В бомбе Booster смесь дейтерия и трития впрыскивалась во внутреннюю полость («сборку») компактной атомной бомбы. Взрыв последней инициировал повышение давления и температуры и, как следствие, реакцию синтеза между дейтерием и тритием. Суммарная мощность Booster составила 45,5 килотонны, что примерно вдвое превышало мощность взрыва такой же бомбы на чистом делении. Эффект достигался за счет образовавшегося при синтезе потока быстрых нейтронов, вызывавших интенсивное деление урана.
Так или иначе было понятно, что концепция рабочая. И 1 ноября 1952 года на одном из островов печально известного атолла Эниветок появилось первое в истории полноценное двухступенчатое термоядерное взрывное устройство, известное как Ivy Mike. Именно «построено»: это была стационарная конструкция массой 73,8 тонны, занимавшая целый ангар; в советских шпионских документах она вообще фигурировала как «термоядерная установка», точно речь шла о чём-то мирном. Разработчиком выступил не сам Теллер, а его подчинённый – ученик Ферми 24-летний Ричард Гарвин.
