1996年5月,在Dubna召开了一次回顾苏联核武器研制历史的会议。同年,俄罗斯核科学家Goncharov, G. A.发表了他在会议上提交的论文,比较详细的叙述了苏联氢弹的研制历史:American and Soviet H-bomb development programmes: historical background, Physics Uspekhi, 39, 10, pp. 1033-1044 (1996); Thermonuclear Milestones, Physic Today, 49, 11, pp. 44-61 (1996). Goncharov曾在Sakharov的领导下工作,是当年苏联第一颗分级热核氢弹装置RDS-37的理论设计者之一,作为直接当事人他亲历了苏联氢弹突破的全过程。在文章撰写过程中,他又查阅和分析了大量历史文献和解密档案,因此他的叙述应该算是权威的。
此外,当年的苏联氢弹项目总负责人Khariton Y. B.和他的两位下属Adamskii V. B., Smirnov Y. N.也发表了一篇回忆文章:The way it was, The Bulletin of the Atomic Scientists, Nov 1996, pp 53-59. 这篇文章主要是根据记忆所写的,在一些细节问题上与Goncharov的文章略有出入。
2005年,Goncharov又发表了一篇文章,披露了更多的资料:The extraordinarily beautiful physical principle of thermonuclear charge design (on the occasion of the 50th anniversary of the test of RDS-37 — the first Soviet two-stage thermonuclear charge), Physics Uspekhi, 48, 11, pp. 1187-1196 (2005).
这些文章承认,在苏联研制氢弹的早期阶段,曾得到过英国科学家Klaus Fuchs的一些资料的帮助,但氢弹设计的窍门是苏联科学家自己研究出来的。
2009年1月,美国核科学家Thomas C. Reed和Danny B. Stillman合著的Nuclear Express一书出版,书中不点名的怀疑曾在Los Alamos工作过的一名美国科学家曾向苏联提供了氢弹的核心机密。美国历史学家Robert S. Norris随后根据书中的描述,指认出这名被怀疑的科学家是曾在50年代担任LANL的副主任的Darol Kenneth Froman。
1948年3月,Fuchs再次向苏联提供了“超级炸弹”的详细情报。情报中给出了“超级炸弹”经典构型的结构图:热核装药是液体D-T混合物,构型为一个管子,而且没有分级结构。这一情报最有价值的部分是提到了热核装料需要高压缩比,但没有说该如何实现这种压缩,因为此时美国人也还在研究中。Fuchs提到的可能途径包括用常规炸药压缩(如同原子弹起爆那样)和利用辐射内爆。辐射内爆是指利用原子弹爆炸产生的X射线辐射传能来压缩材料,这个概念是Fuchs和von Neumann于1946年最早想出来的。因此,早在1948年苏联人就已经通过Fuchs知道了辐射内爆这一可能的途径,但是他们一直没有能够从物理上理解这一原理的重要性──实际上美国人也是到1951年才认识到的。此外Fuchs的情报还提供了一些热核反应的截面数据。
1948年4月,Fuchs的情报被送给斯大林,他要求立即采取措施研制类似的武器。同年6月10日, 苏联部长会议做出决议,正式决定开始研制氢弹,Y. B. Khariton为总负责人,在第11设计局(核武器设计局)和苏联科学院物理研究所设立两个理论研究小组,分别由Ya. B. Zeldovich和I. E. Tamm任组长。A. D. Sakharov是 Tamm研究小组的成员。氢弹装置代号РДС–6,РДС的意思是俄罗斯自己制造(Россия делает сама)。
Fuchs 1948年的情报受到严格保密,只有极少的人能看到全部的情报资料,Zeldovich就是其中之一。此后,Zeldovich的小组按照“超级炸弹”的经典构型来探索,他们试图通过爆轰(而不是辐射内爆)的方法点燃一个装液氘的管子(“管子”方案)。与Zeldovich小组并行研究的Tamm小组中的Sakharov则另辟蹊径,于1949年1月提出了“夹层饼”氢弹构型。这个构型又被称作单级氢弹,实际上就是在原子弹外包裹了热核材料,利用原子弹爆炸产生的冲击波压缩热核材料,并利用爆炸产生的能量来点燃热核材料。原子弹爆炸后的主要能量是由X射线的方式释放,但由于热核材料的原子序数低,对X射线的不透明度很小,因此能量利用效率很低。为此,Sakharov提出在热核材料外中加入铀238,以吸收X射线再释放,并兼做推层,提高能量利用效率。热核反应释放出的高能中子还能使铀238产生裂变,进一步提高了核武器的威力。为了降低热核武器的点火温度,同时减少昂贵的氚材料使用量,1949年3月,V. L. Ginzburg提出使用便宜的氘化锂作为热核材料主装药。原子弹爆炸产生的裂变中子与锂核反应可以产氚,随后氘氚发生聚变释能。同年8月,苏联第一颗原子弹爆炸成功后,开始全力以赴研制氢弹,Zeldovich的“管子”(РДС-6т)和Sakharov的“夹层饼”(РДС-6с)两套方案平行并进。1950年2月,决定开始研制氢弹试验装置,其中РДС-6с被选为优先项目,要求爆炸当量达到1 Mt,重量小于5吨。
几乎与此同时,1950年3月,美国总统杜鲁门下令全速研制“超级炸弹”,但到当年底美国科学家就已经发现经典构形是不可行的。经典构形的问题是:由于对X射线几乎透明,氘-氘反应的点火温度太高,氘-氚反应点火温度稍低,但大量使用氚太过昂贵;热核材料局部点火之后能量的耗散速度和流体动力学飞散速度要比聚变的释能速度快得多,因此热核反应的条件无法传递给周围的热核材料,无法实现自持燃烧。而苏联人当时并不知道这一点,Zeldovich小组仍在经典构型上继续探索。
1951年3月,美国人取得了重大突破。E. Teller和S. Ulam在内部发表了论文《On Heterocatalytic Detonations I》,提出了分级氢弹的新方案,后来被称作"Teller-Ulam构型",其要点是:1,氢弹由分开的两个部分构成(初级与次级);2,热核材料要先冷压缩,再热点火;3,初级(原子弹)爆炸产生的能量通过X射线辐射传导至次级向内压缩(即“辐射内爆”)。
T-U构型之所以要设计成分级结构,是因为需要在初级的冲击波到达次级将其打散之前让X射线到达次级,完成辐射内爆快速和高度的压缩热核材料,并将热核材料点燃。由于冲击波从初级到次级只有毫秒量级,如果不能在这么短的时间内点燃次级,氢弹就失败了。同时初级的引爆炸药也不能破坏氢弹的整体结构,否则也将失败。而采用辐射内爆的好处是可以充分利用初级释放的能量,并实现对次级实现更高的压缩比,为热核材料的点火和自持燃烧创造充分的条件。
Several of us in the theoretical department came up with the Third Idea at about the same time. I was one of them, and it seems to me that my early understanding of the Third Idea's physical and mathematical aspects, together with the authority I'd acquired, enabled me to play a decisive role in its adoption and implementation. True, Zel’dovich, Yuri Trunev, and others undoubtedly made significant contributions, and they may have grasped both the promise and the problems of the Third Idea as well as I did. At the time, in any case, we were all too busy (at least, I was) to worry about who received credit. Any assigning of honors at that time, moreover, would have been ‘skinning the bear before it was killed.’ Now it’s too late to recall who said what during our discussions. And does it really matter that much?
New ideas dawned upon us suddenly like light in a dark kingdom, and it was clear that the instant of truth had come. Rumors ascribed these fundamental thoughts in Teller’s spirit now to Zel’dovich, now to Sakharov, now to both, or to someone else, but always in some indecisive form: likely, possibly, and so on. By that time, I had come to know Zel’dovich quite closely, but never heard a direct confirmation from him on that score (as, indeed, directly from Sakharov). ... It is likewise a fact that there are no documents or reports associated with the new ideas, which could tell us who was the first or the originator.
他甚至暗示这一发现有可能来自核间谍的情报:
As I look back on those days and the role of the ‘American factor’ in our own research, I can say with certainty that we used no methods or any accurate figures received from the outside. However, I must confess that my colleagues and I had changed a great deal since the days of the Fuchs affair and the first atom bomb. We understood far more and could interpret tip-offs and hints. I cannot escape the feeling that we were extended a helping had once in a while, although quite inconspicuously.
Goncharov则说:Conceivably, the point was that scientific ethics did not permit Zeldovich and Sakharov to discuss priority matters without referring to intelligence.
1952年5月,H. Bethe在《关于热核武器研究史的备忘录》中把T-U构型称作一个“偶然的”发现,他认为Ulam想出要压缩热核材料、George试验所选用的辐射传能机制、Teller对George试验数据的外推是一系列恰好发生的事件,难以想象苏联氢弹计划也走同样的发展路线。Teller则反对Bethe的说法,他认为T-U构型是对各种已经提出来的想法的进一步研究的必然结果,他还(正确的)怀疑Fuchs可能早已把辐射内爆原理告诉了苏联人,而苏联人完全可能在1951年T-U构型提出之前就已经找到了类似的构型。(Holloway D., Stalin and the bomb, Yale Uni. Press, 1994, p311)回顾苏联人突破氢弹的过程,我倒是觉得Teller的说法是有些道理的。如果苏联核武器计划的领导层能够将Fuchs的情报更早更全面的加以公开,让技术人员充分民主的进行讨论(也就是我们在突破两弹过程中的“技术民主”),说不定苏联人确实可以抢在美国人之前突破大当量氢弹,而不是在经典构型上花费如此多的时间和精力。