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[120]: «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[121]. Это было самое мощное взрывное устройство, когда-либо разработанное и испытанное на Земле.