Kernforschung in Arsamas-16

Dass die Kernphysik das 20. Jahrhundert verändern sollte, zeigte sich spätestens mit dem Abwurf der Atombomben auf Hiroshima und Nagasaki im August 1945 durch die Amerikaner. Auch Sacharow war die Bedeutung dieser Ereignisse klar: „Etwas Neues und etwas Furchtbares war in unser Leben getreten, und zwar durch die große Wissenschaft, die ich so sehr huldigte.“

Spätestens mit dem Abwurf von Atomwaffen auf Japan begann das Wettrüsten zwischen USA und UdSSR. © Charles Levy /CC-by-sa 3.0

Anfragen des Geheimdienstes

Da es damals in der Sowjetunion nicht allzu viele Physiker auf dem Gebiet der Kernphysik gab, ließen Anfragen des Geheimdiensts nicht lange auf sich warten. Er wollte Sacharow für den Bau sowjetischer Nuklearwaffen einspannen. Anfragen in 1946 und 1947 lehnte Sacharow noch ab, da er sich nicht zu weit von der Grundlagenforschung und von seinem Mentor Tamm entfernen wollte.

Doch im Jahr 1948 konnte der Physiker nicht mehr ablehnen: Tamm bat Sacharow und andere Studenten nach einer Vorlesung, noch zu bleiben. Er teilte ihnen mit, dass die Sowjetregierung ihn und sie, die besten seiner Studenten, für die Entwicklung thermonuklearer Waffen vorgesehen habe.

Kopie der Spaltungsbombe

Am Anfang konnten Tamm und Sacharow noch von Moskau aus arbeiten, später verrichteten sie ihr Werk im geheimen Institut der geschlossenen Stadt „Arsamas-16“, die offiziell nicht existierte und von sämtlichen Landkarten verschwand. Die Priorität des sowjetischen Atombombenprojekts lag zunächst nicht in der Entwicklung thermonuklearer Waffen, sondern im Bau einer „klassischen“ Atombombe unter Leitung von Kurtschatow, um im Wettlauf gegen die USA aufzuholen.

Bei Atombomben werden die Atomkerne des Uranisotops U-235 durch Neutronen in zwei kleinere Kerne gespalten. Bei dieser Reaktion entstehen weitere Neutronen, die eine Kettenreaktion in Gang setzen und enorme Mengen an Energie freisetzen können. Die Folge ist eine Explosion wie bei der Bombe, die auf Hiroshima fiel.

Durch die Hilfe von Spionen wie Klaus Fuchs konnten die Sowjets die Atombombe schätzungsweise ein Jahr früher fertigstellen. © Charles Levy /CC-by-sa 3.0

Dank Atomspionen wie Klaus Fuchs, Theodore Hall oder Oscar Seborer, die das US-Atomwaffenprogramm in Los Alamos auspionierten, verfügten die sowjetischen Kernphysiker über einige Informationen zum Aufbau der US-Atombomben. Dadurch gelang es ihnen, die erste sowjetische Atombombe nach nur vier Jahren fertigerstellen. Im August 1949 wurde sie erfolgreich getestet.

Eine neue Art der Kernwaffe

Den Sowjets war jedoch auch bekannt, dass die USA an einer neuen Art von Kernwaffen arbeiteten, einer Wasserstoffbombe. Bei diesen thermonuklearen Bomben werden die Kerne der leichten Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium zur Fusion gebracht. Dieser Prozess setzt noch mehr Energie frei als bei einer Spaltungsbombe.

Doch die Physiker wussten, wenn die Wasserstoffkerne verschmelzen sollen, müssen sie erst einmal ihre elektrostatische Abstoßung überwinden. Die dazu erforderlichen Temperaturen können nur durch die Zündung einer Kernspaltungsbombe erreicht werden. Dafür reicht es aber nicht, eine Atombombe einfach mit schwerem Wasserstoff zu ummanteln, denn der würde bei der Explosion weggefegt werden, bevor es zur Fusion kommen kann. In den USA lösten Physiker um Edward Teller das Problem durch eine spezielle Form des Bombengehäuses und der Sprengsätze.

Sacharow im Gespräch mit Kurtschatow, dem Leiter des sowjetischen Atomwaffenprogramms. © American Institut of Physics

Bombe im Zwiebelschalen-Design

Doch Sacharow kam auf eine eigene Idee, die vielversprechender schien als das Röhrendesign der Amerikaner. Bei seinem Aufbau ist das Fusionsmaterial aus Lithiumdeuterid wie in einem Sandwich von zwei Schichten aus spaltbarem Uran umgeben. Kommt es zur Zündung der Spaltbomben, wird das Lithiumdeuterid so stark komprimiert und erhitzt, dass es zur Fusion kommt. Inspiriert vom schichtweisen Aufbau wird dieses Design auch Slojka (russisch für Blätterteig) genannt.

Der Test am 12. August 1953, bei dem zwanzig Mal so viel Energie wie bei der Hiroshima-Bombe freigesetzt wurde, war ein voller Erfolg. Er brachte Sacharow neben zahlreichen Auszeichnungen wie dem Stalinpreis und der Auszeichnung als Held der sozialistischen Arbeit auch Kontakte in die höchsten Kreise der UdSSR. Mit 32 Jahren wurde er schließlich jüngstes Mitglied in der Russischen Akademie der Wissenschaften.