Еще в 1945 в СССР были начаты работы по термоядерной программе. В 1949 была испытана советская атомная бомба, и тогда американцы форсируют программу наращивания своих стратегических ядерных сил. Разработка термоядерного оружия становится для обеих стран приоритетной.

Термоядерное оружие (оно же водородная бомба) – тип ядерного оружия, разрушительная сила которого основана на использовании энергии реакции ядерного синтеза легких элементов в более тяжелые (например, синтеза одного ядра атома гелия из двух ядер атомов дейтерия), при которой выделяется колоссальное количество энергии.

Имея те же поражающие факторы, что и у ядерного оружия, термоядерное оружие имеет намного большую возможную мощность взрыва (теоретически, она ограничена только количеством имеющихся в наличии компонентов).

1 ноября 1952 года США взорвали первый термоядерный заряд на атолле Эниветок. Первая в мире водородная бомба – советская РДС-6 была взорвана 12 августа 1953 года на полигоне в Семипалатинске. Устройство, испытанное США в 1952 году, фактически не являлось бомбой, а представляла собой лабораторный образец, «3-этажный дом, наполненный жидким дейтерием», выполненный в виде специальной конструкции. Советские же ученые разработали именно бомбу – законченное устройство, пригодное к практическому применению.

Первый советский проект термоядерного устройства напоминал слоеный пирог, в связи с чем получил условное наименование «Слойка». Проект был разработан в 1949 году (еще до испытания первой советской ядерной бомбы) Андреем Сахаровым и Виталием Гинзбургом. В заряде слои расщепляющегося материала чередовались со слоями топлива синтеза – дейтерида лития в смеси с тритием («первая идея Сахарова»). Заряд синтеза, располагающийся вокруг заряда деления, малоэффективно увеличивал общую мощность устройства (современные устройства типа «Теллер-Улам» могут дать коэффициент умножения до 30 раз). Кроме того, области зарядов деления и синтеза перемежались с обычным взрывчатым веществом – инициатором первичной реакции деления, что дополнительно увеличивало необходимую массу обычной взрывчатки. Первое устройство РДС-бс типа «Слойка» было испытано в 1953 году, получив наименование на Западе «Джо-4» (первые советские ядерные испытания получали кодовые наименования от американского прозвища Иосифа (Джозефа) Сталина «Дядя Джо»). Мощность взрыва была эквивалентна 400 килотоннам при КПД всего 15–20 %. Расчеты показали, что разлет непрореагировавшего материала препятствует увеличению мощности свыше 750 килотонн.

После проведения Соединенными Штатами испытания «Иви Майк» в ноябре 1952, которые доказали возможность создания мегатонных бомб, Советский Союз стал разрабатывать другой проект. Как упоминал в своих мемуарах Андрей Сахаров, «вторая идея» была выдвинута Гинзбургом еще в ноябре 1948 года и предлагала использовать в бомбе дейтерид лития, который при облучении нейтронами образует тритий и высвобождает дейтерий.

В конце 1953 года физик Виктор Давиденко предложил располагать первичный (деление) и вторичный (синтез) заряды в отдельных объемах, повторив таким образом схему Теллера-Улама. Следующий большой шаг был предложен и развит Франк-Каменецким, Трутневым, Сахаровым и Зельдовичем в 1953 году. А именно был выполнен «Проект 49», предполагающий использование рентгеновского излучения реакции деления для сжатия дейтерида лития перед синтезом, то есть была разработана идея радиационной имплозии.

Как пишет Н. Зеленецкая: «12 августа 1953 проходят испытания. В 7.30 утра был подан сигнал на подрыв. На горизонте появилась яркая вспышка, которая слепила глаза даже через солнцезащитные очки. Мощность взрыва составила 400 кт – в 20 раз больше первой атомной бомбы. СССР снова лидировал в гонке вооружений. Впервые в мире советские ученые создали компактное термоядерное оружие огромной разрушительной силы.

Создателей бомбы награждают медалями и орденами. 32-летний кандидат физико-математических наук Андрей Сахаров сразу становится академиком, поставив возрастной рекорд. С этого времени и до 1968 года он работает над совершенствованием ядерного оружия. В 1968 году Сахаров пишет манифест «Размышления о прогрессе, мирном сосуществовании и интеллектуальной свободе», в котором он осуждал гонку ядерных вооружений, призывал две сверхдержавы к сотрудничеству, требовал объединить ресурсы для борьбы с угрозой голода, перенаселения и загрязнения окружающей среды…» Впоследствии, в 1975 году, ученому, который попытается бороться с системой, будет присуждена Нобелевская премия.

«Третья идея» Сахарова была проверена в ходе испытаний «РДС-37» мощностью 1,6 мегатонн в ноябре 1955 года. Дальнейшее развитие этой идеи подтвердило практическое отсутствие принципиальных ограничений на мощность термоядерных зарядов.

Советский Союз продемонстрировал это испытаниями в октябре 1961 года, когда на Новой Земле была взорвана «царь-бомба» мощностью 58 мегатонн, доставленная бомбардировщиком Ту-95. 97 % энергии устройства выделилось в результате термоядерной реакции (это максимальное значение из всех испытанных устройств). В первоначальном варианте предполагалось мощность 100 Мт, из которых 50 % выделяется в результате термоядерной реакции, а 50 % – в результате деления урановой оболочки нейтронами первых ступеней. Однако, такой вариант отвергли, так как он бы привел к сильнейшему загрязнению полигона осколками деления, и урановая оболочка была заменена на свинцовую. Это было самое мощное взрывное устройство, когда-либо разработанное и испытанное на Земле.

Самая крупная когда-либо взорванная водородная бомба – упомянутая выше советская 58-мегатонная «царь-бомба», взорванная 30 октября 1961 года на полигоне архипелага Новая Земля. Никита Хрущев впоследствии публично пошутил, что первоначально предполагалось взорвать 100-мегатонную бомбу, но заряд уменьшили, «чтобы не побить все стекла в Москве». Конструктивно бомба действительно была рассчитана на 100 мегатонн и этой мощности можно было добиться заменой свинцового тампера на урановый. Бомба была взорвана на высоте 4000 метров над полигоном «Новая Земля». Ударная волна после взрыва три раза обогнула земной шар. Несмотря на успешное испытание, бомба на вооружение не поступила. Ее боевое значение вообще было довольно спорно из-за слишком большого веса – для испытаний специально переделывали несколько тяжелых бомбардировщиков.

Тем не менее, создание и испытание сверхбомбы имели большое политическое значение, продемонстрировав, что СССР решил задачу достижения практически любого уровня мегатоннажа ядерного арсенала.