РДС-6с — первая советская водородная бомба. Первое в мире ядерное взрывное устройство с использованием термоядерной энергии, изготовленное в виде бомбы, пригодной к практическому военному применению. Согласно зарубежной классификации, её относят не к водородным бомбам, а к атомным бомбам с термоядерным усилением (бустированием). Очевидно, что идея бустинга является ближайшей родственницей идеи слоёного ядерного заряда с термоядерным усилением. Так, например, в Великобритании оба типа таких зарядов назывались бустированными ядерными зарядами (см. Orange Herald), только в одном случае — зарядами с бустированием ядра, а в другом случае — зарядами с бустированием темпера.
Это не был термоядерный заряд в современном понимании. Дело в том, что заряд можно считать термоядерным, если больше половины энергии при его взрыве выделяется за счёт термоядерных реакций слияния ядер изотопов водорода — дейтерия и трития, а не за счёт реакций деления ядер урана или плутония. С этой точки зрения «слойка Сахарова», подобно Иви Майк, была атомным зарядом с так называемым термоядерным усилением, дававшим поток нейтронов, которые способствовали делению ядер урана-238. Это позволило повысить мощность заряда до 400 килотонн.
Разработана группой учёных под руководством А. Д. Сахарова и Ю. Б. Харитона. Работы по созданию бомбы начались в 1950 году. Испытана на Семипалатинском полигоне 12 августа 1953 года.
Конструкция РДС-6с — одноступенчатая ядерная бомба с термоядерным усилением имплозивного типа. Заявленная мощность могла достигать 500 кт, при испытаниях была получена мощность 400 кт КПД — 15—20 %. В общем выделении энергии на долю синтеза пришлось 15—20 %.
Испытанная РДС-6с считалась экспериментальной моделью. Расчеты показывали вероятным получение мощности в 700 килотонн и более, при использовании в разработанной конструкции большего количества трития и урана-235Атомный проект СССР. Документы и материалы / Под общей редакцией Л. Д. Рябева. — Т. III: Водородная бомба (1945—1956). — Книга 1. — : Наука, Физматлит, 2008. — С. 626..
Хотя РДС-6с и была заявлена как первая в мире водородная бомба, пригодная к практическому военному применению, она содержала значительное количество трития, и поэтому стоимость заряда была очень велика, а сам он имел сравнительно ограниченную живучесть по сроку годности (около полугода), из-за чего возможность её использования в ядерном арсенале СССР была практически исключена. Для одной бомбы РДС-6с требовалось 1200 г трития. Для получения такого количества изотопа был нужен почти год работы комплекса ядерного реактора «АИ» с плановым годовым объёмом производства 1500 г трития, и дорогостоящие работы комбината 817 по выделению трития из облученных блоков. Поэтому в дальнейшем бомба была модернизирована, в её бестритиевый вариант — бомбу РДС-27. В её заряде вместо очень дорогого, труднодоступного и подверженного радиоактивному распаду трития был использован только стабильный дейтерид лития-6. Мощность взрыва созданной таким образом РДС-27 при испытаниях составила 250 кт (6 ноября 1955 года).
Вариант конструкции в СССР предложил А. Д. Сахаров, как гетерогенную конструкцию из чередующихся слоёв лёгкого вещества (дейтерий, тритий и их химические соединения) и тяжёлого (238U), названную им «слойкой».
Ранее подобные идеи предлагались в США в 1946 году Э. Теллером. Эта информация была передана сотрудничающими с советской разведкой агентами, и в частности К. Фуксом. «Alarm Clock» представлял собой слоеную термоядерную бомбу, обжимаемую взрывчаткой. В «Alarm Clock» только небольшая часть выделения энергии получалась в термоядерных реакциях. Подобно проекту «Booster», термоядерные реакции в «Alarm Clock», в основном, усиливали процесс деления. Этому устройству мог потребоваться в 2-3 раза более мощный инициирующий взрыв, чем давало устройство «Fat Man», то есть 40-60 кт. Теоретические работы по «Alarm Clock» продолжались от момента появления идеи в 1946 г. до конца 1947 г. В сентябре 1947 г. Теллер предложил использовать в качестве термоядерного горючего в «Alarm Clock» дейтерид лития-6. Использование дейтерида лития сильно упрощало проблему, связанную с производством трития, которое ограничивало в то время возможности развития термоядерного оружия. Однако оно требовало использования обогащенного по изотопу Li-6 материала и не решало проблем зажигания. Компьютерные расчеты первоначальной конфигурации «Alarm Clock» были завершены в 1953—1954 гг. и показали, что устройство с большим выделением энергии в этом виде было бы неработоспособно. Наиболее успешные расчеты того времени показали, что для получения энерговыделения в 10 Мт количество ВВ в устройстве должно было составлять от 40 т до 100 тонн.
Поэтому от создания такого заряда в США отказались, признав идею «слойки» тупиковой.. Одним из факторов, повлиявших на это, были ограниченные возможности масштабирования выделения энергии, другим являлся фундаментальный фактор — возможное развитие неустойчивостей при имплозии слоёной системы на начальной стадии её горения.
Осенью 1948 г. А. Д. Сахаров, впервые ознакомившись со схемой и устройством атомной бомбы РДС-1, независимо от Эдварда Теллера, пришел к идее гетерогенной схемы с чередующимися слоями из дейтерия и U-238 («слойка»). Для увеличения доли «сгоревшего» дейтерия Сахаров предложил окружить дейтерий оболочкой из обычного природного урана, который должен был замедлить разлет, а главное — существенно повысить концентрацию, плотность и температуру дейтерия. При температуре, возникающей после взрыва атомной бомбы-запала, окружающее вещество оказывается практически полностью ионизованным. При этом урановая оболочка, плотность которой в 12 раз больше плотности обычной взрывчатки, более чем в 10 раз повышает концентрацию дейтерия, а следовательно, и повышает скорость термоядерной реакции. Такой способ увеличения термоядерной реакции в «слойке» сотрудники Сахарова назвали «сахаризацией». Рост скорости dd-реакции приводит к заметному образованию трития, который тут же вступает в термоядерную реакцию с дейтерием, с сечением, в 100 раз превышающим сечение dd-реакции, и в 5 раз большим выделением энергии. Под действием образующихся при этом быстрых нейтронов, появляющихся в dt-реакции, ядра урановой оболочки хорошо делятся и существенно увеличивают мощность взрыва. Именно поэтому в качестве оболочки был выбран природный уран, а не любое другое тяжёлое вещество (например, свинец).
Точное количество слоев и их размеры засекречены. Предположительно, в РДС-6 было, как минимум, два слоя легких элементов, окруженных слоями урана-238. В центре РДС-6 был применен так называемый основной заряд (центральное ядро), атомный заряд деления из урана-235, точный вес и размеры которого также засекреченыРябев Л И (Общ. ред.). Атомный проект СССР. Документы и материалы. Под общей редакцией Л. Д. Рябева. Том III. Водородная бомба 1945—1956.Книга 1. (М.: Наука, Физматлит, 2008 Стр. 689. Из рассекреченных данных стало известно, что мощность взрыва основного заряда была около 50 кт. Ритус В. И. пишет, что тритий использовался не только в первом, но и во втором легком слое, за счёт чего удалось достичь выделения энергии больше, чем рассчитывали. Основной (центральный) заряд сферически симметричный, первоначально планировался составным (композитным), изготовленным из плутония (внутренний слой) и урана-235 (наружный слой). Опасаясь преждевременного ядерного взрыва, ещё до достижения нужной степени сжатия, ряд советских ученых-бомбоделов предложили изготовить основной (центральный) заряд не составным (композитным), а только из урана −235.
Устройство представляло собой систему из чередующихся слоёв термоядерного материала (дейтерид-тритид лития и дейтерид лития) и урана с различным содержанием изотопа U-235 и обеспечивало их газодинамическую имплозию. Непосредственно к основному(центральному) заряду примыкает слой дейтерида-тритида лития-6, далее природный уран (вероятно с повышенным содержанием изотопа U-235), затем снова слой дейтерида-тритида лития-6, далее природный уран. Точные массо-габаритные данные и состав материалов РДС-6с будут секретны всё время действия договоров о нераспространении ядерного оружия, то есть, предположительно, всегда.
Первоначально термоядерным (или, по зарубежным классификациям, бустированным ядерным) зарядом типа РДС-6с предполагалось оснастить МБР Р-7. При этом было необходимо исключить применение в этом заряде дейтерида-тритида лития из-за дефицитности трития и существенного ухудшения эксплуатационных характеристик заряда в случае использования трития. Также было необходимо увеличить энерговыделение заряда.
Оценки показали, что заряд типа РДС-6с с требуемой мощностью будет иметь чрезмерно большие габариты и массу. Поэтому было принято решение исследовать возможность увеличения мощности заряда РДС-6с в его бестритиевом варианте за счёт применения значительной массы делящихся материалов. Этому заряду было присвоено обозначение РДС-6сД.
В. И. Ритус пишет, что после успешного испытания РДС-6с А. Д. Сахаров ради повышения втрое концентрации ионизационно сжатого дейтерия предложил использовать вместо Li6D газообразный молекулярный дейтерий D2, сжатый до 150 атмосфер. В слое газообразного дейтерия предполагалось поместить мелкие кусочки или тонкие пластинки из лития-6, чтобы при облучении нейтронами при взрыве запала получать тритий. Ядра трития благодаря большому пробегу будут вылетать из тонких кусков лития-6 и, попадая в атмосферу нагретого дейтерия, будут вступать с ним в термоядерную реакцию (см. документ № 40 вРябев Л И (Общ. ред.), Гончаров Г. Л. (Отв. сост.) Атомный проект СССР. Документы и материалы. Т. 3. Водородная бомба 1945 1956 Кн. 2 (М.: Наука, Физматлит, 2009)). Этот предложенный А. Д. Сахаровым вариант «изделия» под именем РДС-6сД был одобрен Советом Министров для разработки и испытания в 1954 г. Постановление правительства СССР, как писал А. Д. Сахаров в своих «Воспоминаниях», «обязывало ракетчиков разработать под этот заряд межконтинентальную баллистическую ракету». Однако проведенные подробные расчеты показали, что энерговыделение нескольких различных предложенных вариантов РДС-6СД оказалось ниже ожидаемого. «Экзотическое» изделие не оправдало надежд и после многочисленных и драматических обсуждений с высоким начальством (В. А. Малышев, Б. Л. Ванников, А. П. Завенягин, И. В. Курчатов) планы его разработки были отменены. В ходе разработки постепенно становилось ясным, что на пути использования физической схемы заряда РДС-6с не может быть решена проблема создания высокоэффективного термоядерного заряда необходимой мощности.
Разработка С 1942 года И. В. Курчатов получал разведывательную информацию о ведущихся в США исследованиях возможности создания «супербомбы».
Из советских учёных Я. И. Френкель первым обратил внимание на то, что «представляется интересным использовать высокие — миллиардные — температуры, развивающиеся при взрыве атомной бомбы, для проведения реакций синтеза (например, образование гелия из водорода), которые являются источником энергии звезд и которые могли бы ещё более повысить энергию, освобождаемую при взрыве основного вещества». В 1945 году он изложил эту идею в докладной записке на имя Курчатова.
Курчатов поручил Ю. Б. Харитону совместно с И. И. Гуревичем, Я. Б. Зельдовичем и И. Я. Померанчуком рассмотреть вопрос о возможности освобождения энергии лёгких элементов. Свои соображения по данной проблеме они доложили 17 декабря 1945 года на заседании Технического совета Специального комитета при СНК СССР. Докладчиком был Я. Б. Зельдович. В его докладе подтверждалась принципиальная возможность возбуждения ядерной детонации в цилиндре с дейтерием.