Атомный проект. История сверхоружия Первушин Антон

Призвание Силарда

Высвобождение атомной энергии за счет цепной реакции было предугадано задолго до того, как Фредерик Жолио-Кюри и Лиза Мейтнер сумели описать явление расщепления атома урана при бомбардировке нейтронами. Впервые о подобном процессе задумался венгерский физик Лео Силард. Он получил высшее образование в Берлине и по праву считался одним из самых перспективных немецких физиков.

В 1933 году, после прихода нацистов к власти, этнический еврей Лео Силард был вынужден покинуть Германию и уехать сначала в Вену, а затем в Англию. В сентябре того же года, когда физик осваивался в Лондоне, он прочитал статью в «Таймс», в которой излагалась недавняя речь Эрнеста Резерфорда. Великий экспериментатор заявил, что вряд ли когда-нибудь получится использовать атомную энергию в практических целях. Вывод Резерфорда опирался на многочисленные опыты, которые, казалось, свидетельствовали: при работе с субатомными частицами энергии затрачивается всегда больше, чем удается получить.

12 сентября, прогуливаясь по столице Великобритании и размышляя о романе Герберта Уэллса «Освобожденный мир», Лео Силард вдруг понял, как можно вызвать цепную ядерную реакцию за счет недавно открытых нейтронов. Хотя механизм деления атомных ядер еще не был описан, физик интуитивно почувствовал, что находится на верном пути. Он рассуждал следующим образом. При создании определенных условий быстрые нейтроны способны поразить ядро с такой энергией, что при этом выделится два нейтрона. Тогда, поглотив один нейтрон и выпустив два ядра, атомы становятся более легкими изотопами того же самого элемента. Но что произойдет, если каждый из двух выпущенных нейтронов ударит новое ядро и вызовет выделение еще пары нейтронов из каждого? Тогда получится четыре нейтрона. С каждым ударом нового ядра станет образовываться по восемь нейтронов – и так далее, по нарастающей. Другими словами, единичный нейтрон может стать причиной образования миллионов нейтронов, каждый из которых в свою очередь инициирует ядерную реакцию.

Физик решил сразу перейти от слов к делу. Вызвав цепную реакцию бомбардировкой нейтронами атомов бериллия и индия, он убедился, что эти элементы не подходят для такой цели. Тем не менее в 1936 году он запатентовал свою идею, причем сделал это тайно, поскольку опасался, что гитлеровцы могут использовать ядерную цепную реакцию для изготовления атомной бомбы. Вообще, Лео Силард оказался одним из первых, кто задумался о возможных последствиях проникновения в тайны атомного ядра. В середине 1930-х годов он неоднократно обращался к именитым коллегам с вопросом, не считают ли они благоразумным воздержаться, хотя бы временно, от публикации результатов работ, имея в виду серьезные и даже опасные последствия их изысканий. Увы, коллеги отвергли его предложение, желая стать первооткрывателями и добиться всемирной славы.

Переехав в 1937 году в США, Лео Силард продолжал испытывать сильное беспокойство по поводу работ, которые ведут беспринципные европейские физики. Даже если немцы не добьются успеха, Гитлер всегда может прибегнуть к шпионажу. Понимание он нашел только после того, как Германия присоединила к себе Австрию и Судеты, а немецкие физики Отто Ган и Фриц Штрассман доказали практическую осуществимость расщепления ядра атома. К «заговору» Силарда первыми присоединились его земляки – венгры Юджин Вигнер и Эдвард Теллер, которые эмигрировали в США, успев испытав на себе все «прелести» нацистского режима.

Широкая популяризация идеи цепной ядерной реакции в Соединенных Штатах связана с именем Нильса Бора, главой Копенгагенского института теоретической физики. В 1939 году Бор, достигший тогда возраста пятидесяти четырех лет, обрел статус «отца» ядерной физики, заняв место Резерфорда, умершего за два года до этого. После Рождества, проведенного в Копенгагене, ученый узнал от своего помощника об «урановых экспериментах» Отто Гана и Фрица Шрассмана и о теории ядерного деления, развитой Лизой Мейтнер и Фредериком Жолио-Кюри. Вскоре Бор выехал из Копенгагена в США, где ему предстояло выступить 26 января на V Вашингтонской конференции по теоретической физике. Доклад Бора об эксперименте Гана-Штрассмана был принят с большим интересом. Конференция закрылась через два дня, но за это время еще четыре американские лаборатории (Колумбийский университет в Нью-Йорке, Институт Карнеги в Вашингтоне, Университет Джона Хопкинса и Калифорнийский университет) воспроизвели эксперимент, расщепив атомное ядро урана.

В своем воскресном выпуске от 29 января газета «Нью-Йорк таймс» опубликовала сообщение о расщеплении ядра, сравнивая его с «атомным взрывом», при котором «высвободилось бы двести миллионов вольт». То, что это всего лишь «электрон-вольты», а взрывы были микроскопического масштаба, не снижало пафоса статьи.

Значение нового открытия могло остаться чисто академическим, если бы не необычайно большое количество энергии, которая могла выделиться в ходе удачного эксперимента. Если же прибавить к этому возможность запуска самоподдерживающейся цепной реакции, то ядерная физика из области науки, чьей ареной была лаборатория, превращалась в явление, которое следовало контролировать во имя государственных интересов. Технологии искусственного расщепления атомов урана давали не только перспективу беспредельного могущества, но и шанс обрести «абсолютное» (или «последнее», если пользоваться американской терминологией) оружие.

Лео Силард, как никогда раньше, встревожился по поводу последствий открытия процесса расщепления уранового атомного ядра. Живое воображение ученого снова опережало события, и он с поразительной ясностью предугадал грядущую гонку атомных вооружений. Силард обратился за поддержкой к итальянскому физику Энрико Ферми, который тоже переселился в США, спасаясь от фашизма. Коллега наконец-то внял его аргументам и приостановил публикации о собственных достижениях. 2 февраля 1939 года Силард написал Фредерику Жолио-Кюри, но тот не ответил: французская группа физиков была близка к осуществлению цепной реакции и не желала лишаться первенства из-за сомнений далекого от текущих проблем эмигранта.

Письмо Эйнштейна

Весной 1939 года Лео Силард и его друзья всерьез размышляли над тем, как наилучшим образом довести до американского правительства огромное значение атомных исследований и их возможное влияние на военную тактику и стратегию. Первая попытка заинтересовать должностных лиц потерпела фиаско. 17 марта Энрико Ферми посетил контр-адмирала Стэнфорда Хупера, начальника Технического управления Военно-морских сил, имея на руках рекомендательное письмо от Джорджа Пеграма из Колумбийского университета:

Эксперименты, проведенные в физических лабораториях Колумбийского университета, показали, что могут быть созданы условия, при которых химический элемент уран окажется в состоянии освободить большой избыток своей атомной энергии, и что это может означать возможность использовать уран в качестве взрывчатого вещества, которое выделяло бы в миллион раз больше энергии на килограмм вещества, чем любой известный тип взрывчатки. Мне лично кажется, что шансов здесь мало, но мои коллеги и я считаем, что нельзя пренебрегать даже малейшей возможностью, и поэтому я позвонил <…> сегодня утром, главным образом с целью установить канал, по которому результаты наших экспериментов могут быть, если в этом появится необходимость, переданы соответствующим лицам в министерстве ВМС США.

Профессор Энрико Ферми, который совместно с <…> другими работает над этой проблемой в наших лабораториях, сегодня отправился в Вашингтон, чтобы вечером выступить перед Философским обществом, и завтрашний день пробудет в Вашингтоне. Он позвонит в Ваше управление и, если Вы пожелаете встретиться с ним, будет рад более определенно рассказать о состоянии этой проблемы в настоящее время.

Ферми <…> является профессором физики Колумбийского университета <…> был награжден Нобелевской премией. <…> В этой области ядерной физики нет человека более компетентного, чем он.

Профессор Ферми недавно прибыл в нашу страну для постоянного жительства и в положенное время станет американским гражданином…

Контр-адмирал Хупер отнесся к идее использования атомной энергии без интереса, но организовал для Энрико Ферми встречу с группой технических экспертов и ученых, работающих на ВМФ. В то время физик-эмигрант не сумел достучаться до военных. Он постоянно сбивался, переходил с английского на итальянский. Его вежливо выслушали и попрощались, не задавая вопросов.

Тогда венгерские «заговорщики» придумали обратиться к «суперавторитету» – к самому Альберту Эйнштейну, благо Силард был хорошо с ним знаком благодаря совместной работе в Берлине.

12 июля Юджин Вигнер и Лео Силард встретились с Эйнштейном в доме на Лонг-Айленде, где знаменитый физик отдыхал летом. Ученые рассказали Эйнштейну о цепной реакции в уране и возможностях ее использования в военных целях. Они были переполнены научными новостями, догадками, прогнозами и сумели произвести на Эйнштейна большое впечатление. В первую очередь было решено через бельгийскую королеву Елизавету, дружески относившуюся к Эйнштейну, предостеречь правительство Бельгии от дальнейшей продажи Германии больших количеств урана, добываемого в Конго. Эйнштейн даже продиктовал черновик письма по-немецки, а Вигнер записал его. Тут же встал вопрос о лояльности: физики-эмигранты не могли обращаться к иностранным лидерам без уведомления Государственного департамента США. Поэтому сошлись на том, что если уж все равно придется информировать американские власти о политической инициативе, то следует обратиться прямиком к президенту Франклину Рузвельту, известному своими антифашистскими взглядами.

По совету коллег Лео Силард встретился с финансистом Александром Саксом – близким другом и неофициальным советником Рузвельта по вопросам экономики. Сакс оценил значение информации о делении урана и дал несколько советов по оформлению письма.

2 августа Лео Силард вновь поехал к Эйнштейну. На этот раз его сопровождал другой венгерский заговорщик – Эдвард Теллер. Они привезли два варианта готового письма для Рузвельта: короткий и длинный. Эйнштейн выбрал длинный вариант письма; текст был отредактирован и перепечатан на машинке. Кроме того, Силард подготовил специальный меморандум, в котором разъяснялись детали поставленной проблемы. Письмо выглядело так:

Альберт Эйнштейн, Олд Гров Ред, Нассау-Пойнт-Пеконик, Лонг-Айленд

2 августа 1939 г.

Ф. Д. Рузвельту, Президенту Соединенных Штатов, Белый дом, Вашингтон

Сэр!

Некоторые недавние работы Ферми и Силарда, которые были сообщены мне в рукописи, заставляют меня ожидать, что уран может быть в ближайшем будущем превращен в новый и важный источник энергии. Некоторые аспекты возникшей ситуации, по-видимому, требуют бдительности и при необходимости быстрых действий со стороны правительства. Я считаю своим долгом обратить Ваше внимание на следующие факты и рекомендации.

В течение последних четырех месяцев благодаря работам Жолио во Франции, а также Ферми и Силарда в Америке стала вероятной возможность ядерной реакции в крупной массе урана, вследствие чего может быть освобождена значительная энергия и получены большие количества радиоактивных элементов. Можно считать почти достоверным, что это будет достигнуто в ближайшем будущем.

Это новое явление способно привести также к созданию бомб, и возможно – хотя и менее достоверно, – исключительно мощных бомб нового типа. Одна бомба этого типа, доставленная на корабле и взорванная в порту, полностью разрушит весь порт с прилегающей территорией. Хотя такие бомбы могут оказаться слишком тяжелыми для воздушной перевозки.

Соединенные Штаты обладают лишь незначительным количеством урана. Ценные месторождения его находятся в Канаде и Чехословакии. Серьезные источники – в Бельгийском Конго.

Ввиду этого не сочтете ли Вы желательным установление постоянного контакта между правительством и группой физиков, исследующих в Америке проблемы цепной реакции. Для такого контакта Вы могли бы уполномочить лицо, пользующееся Вашим доверием, неофициально выполнять следующие обязанности:

а) поддерживать связь с правительственными учреждениями, информировать их об исследованиях и давать им необходимые рекомендации, в особенности в части обеспечения Соединенных Штатов ураном;

б) содействовать ускорению экспериментальных работ, ведущихся сейчас за счет внутренних средств университетских лабораторий, путем привлечения частных лиц и промышленных лабораторий, обладающих нужным оборудованием.

Мне известно, что Германия в настоящее время прекратила продажу урана из захваченных чехословацких рудников. Такие шаги, быть может, станут понятными, если учесть, что сын заместителя германского министра иностранных дел фон Вайцзеккер прикомандирован к Институту кайзера Вильгельма в Берлине, где в настоящее время повторяются американские работы по урану.

Искренне Ваш Альберт Эйнштейн

Через много лет Эйнштейн, рассказывая японскому журналисту о своей роли в разработке американского атомного оружия и словно бы оправдываясь, заявил:

Мое участие в изготовлении атомной бомбы выразилось в одном-единственном поступке: я подписал письмо президенту Рузвельту, в котором подчеркивалась необходимость широких экспериментальных исследований возможности изготовления атомной бомбы. Конечно, я понимал, что удача этого мероприятия угрожала человечеству ужасной опасностью. Но вероятность того, что немцы тоже работают над этой проблемой, и, возможно, работают успешно, вынудила меня сделать этот шаг. Я не видел иного выхода, несмотря на то что всегда был убежденным пацифистом. Убийство на войне, по моему мнению, ничем не лучше обычного убийства.

Тем не менее дело было сделано. 15 августа Лео Силард передал письмо Александру Саксу, а тот, улучив момент, 11 октября передал его президенту. Рузвельт сам прочитал текст, подписанный Эйнштейном, и внимательно выслушал финансиста. Президент почти не задавал вопросов. Казалось, он не испытывает энтузиазма при мысли о новом крупном проекте национальной обороны, который потребует больших бюджетных расходов. Затем он и вовсе предложил Саксу перенести разговор на завтра.

Опасаясь, что шанс убедить президента ускользает, финансист явился в Белый дом на следующее утро весьма взволнованным. Однако теперь Рузвельт был настроен на беседу и с готовностью начал слушать. Особый упор Сакс делал на использовании энергии атома в мирных целях, лишь вскользь упомянув о «бомбах невиданной ранее разрушительной силы». Закончив, финансист выразил собственное мнение: «Остается только надеяться на то, что люди не станут использовать энергию атомного ядра лишь для того, чтобы заставить своего соседа взлететь на воздух». Рузвельт уточнил: «В конечном счете то, чего вы добиваетесь, Алекс, это всеми средствами помешать нацистам пустить всех нас в воздух, не так ли?» Сакс ответил утвердительно. После этого Рузвельт вызвал своего военного советника, генерал-майора Эдвина Уотсона, известного в политических кругах под странным прозвищем Па, и передал ему бумаги Лео Силарда со словами: «Па, это требует действий!»

19 октября Франклин Рузвельт написал Альберту Эйнштейну ответ:

Мой дорогой профессор!

Я хочу поблагодарить Вас за ваше недавнее письмо и интересные сведения.

Я нашел их столь важными, что созвал комитет, в который вошли глава бюро стандартов, а также избранные представителей Армии и Военно-морского флота, которые тщательно исследуют возможности Вашего предложения, касающиеся урана.

Я рад сообщить, что доктор Сакс будет сотрудничать с этим комитетом, и я считаю, что это самый практичный и эффективный метод работы по данной теме.

Пожалуйста, примите мою искреннюю благодарность.

21 октября 1939 года состоялось и первое секретное заседание Консультативного комитета по урану под председательством Лаймана Бриггса, возглавлявшего в то время Национальное бюро стандартов США. На него были приглашены эксперты по вооружениям Кит Адамсон и Гилберт Гувер, инициатор проекта Александр Сакс, а также заинтересованные физики: Лео Силард, Эдвард Теллер, Юджин Вигнер и Ричард Робертс. Получил приглашение и Альберт Эйнштейн, но он отказался, сославшись на занятость. Собрание проходило непосредственно в самом бюро, располагавшемся в помещениях Министерства торговли.

Вначале Лео Силард рассказал собравшимся обо всех научных достижениях в сфере ядерных исследований, затем остановился на важности практического воплощения цепной реакции. Он заявил, что эксперименты с реактором, построенным на основе окиси урана и графита, весьма масштабны. Силард пытался проводить их еще с июля в Колумбийском университете, что на Манхэттене, вместе с Энрико Ферми, но до сих пор они не имели успеха.

Присутствовавшие эксперты по вооружениям не скрывали своего скептического отношения к словам физика. Разрушительный потенциал атомной бомбы попросту лежал далеко за пределами тех величин, которыми они привыкли оперировать. Подполковник Кит Адамсон не удержался от того, чтобы не рассказать армейский анекдот про козу, которую якобы привязали к колышку на лугу у Министерства обороны, назначив премию тому, кто сможет уничтожить животное смертоносным излучением, управляемым на расстоянии; и вот коза уже постарела и поседела, а премию пока никто не получил.

Со своей стороны и физики весьма слабо подготовились к собранию. Прямой вопрос о сумме, которую государство должно будет выделить на исследовательский проект Силарда, попросту поставил их в тупик. Первым опомнился Эдвард Теллер и поспешно назвал сумму: шесть тысяч долларов. Позже он скажет: «Все друзья потом упрекали меня за эти слова, потому что огромный проект по освоению ядерной энергии пришлось начинать с такой нищенской суммы. Думаю, они и до сих пор еще держат на меня обиду». После собрания Силард, быстро прикинувший в уме, что на один только графит им понадобится не менее 33 000 долларов, чуть не растерзал Теллера за его неожиданное вмешательство с такой скромной просьбой.

Но даже несмотря на ничтожность названной суммы, подполковник Адамсон решил немного охладить пыл ученых. «Исход войны определяет не оружие, – назидательно заявил он. – Оно не творит историю. Победа в любой войне зависит только от морального духа гражданского населения». Тут Юджин Вигнер, всегда вежливый и часто даже слишком официальный с коллегами, не смог сдержаться. «Что ж, если это действительно так, – сказал физик своим высоким голосом, – то значит, мы легко можем урезать финансирование армии на тридцать процентов и передать деньги гражданскому населению, что гарантированно укрепит моральный дух». Подполковник сильно покраснел и пробормотал, что физики получат свои деньги.

В течение пяти дней после этого исторического заседания Лео Силард подготовил программу проекта по исследованию свойств урана на территории США и отправил ее Лайману Бриггсу. В программе перечислялись необходимые, по мнению Лео, эксперименты и лаборатории, которые должны участвовать в проекте. Ученый также настаивал на том, чтобы все будущие доклады о ходе исследований были строжайшим образом засекречены и запрещены к публикации в общедоступной научной литературе.

Однако члены Консультативного комитета оказались не готовы к решительным действиям. В сообщении Франклину Рузвельту, датированном 1 ноября, говорилось всего лишь о решении начать исследования контролируемой цепной ядерной реакции, которая может быть использована в двигателях субмарин. Если выяснится, что при реакции выделяется еще и взрывная энергия, можно будет начать изучение урана как компонента бомбы. Для экспериментов Энрико Ферми и Лео Силарду выделялось 4 тонны очищенного графита и 50 тонн окиси урана – при убедительном обосновании необходимости их использования.

Важность работ над расщеплением ядра урана вроде бы никем, включая американского президента, не отрицалась, и это должно было бы воодушевлять Лео Силарда, однако получилось совсем не так, как он мечтал. Начался 1940 год, а у физика-эмигранта все еще не было гражданства и официального места работы. Он также не имел ни малейшего понятия о том, сколько еще продлится его сотрудничество с Колумбийским университетом. Он не мог даже вернуть две тысячи долларов, которые взял в кредит для оплаты экспериментов по подтверждению образования свободных нейтронов при расщеплении ядра атома.

Можно, конечно, объяснить бедственное положение ученого тем, что его новый шеф Лайман Бриггс недооценивал важность порученной работы и вообще страдал от слабого здоровья. Но в действительности главная проблема заключалась в том, что война шла в далекой Европе, – вступят ли в нее США, оставалось под вопросом. Казалось очень рискованным вкладывать значительные суммы в проект, который завтра может обернуться полным пшиком. И Биггс не хотел рисковать. Первые деньги – те самые жалкие шесть тысяч долларов, запрошенные Эдвардом Теллером, – поступили на счет физиков только 20 февраля 1940 года.

Трансурановые элементы

Хотя практическая ядерная физика в США застопорилась из-за сомнений военных, академические исследования продолжали получать финансирование и принесли результаты, которые впоследствии очень пригодились тем, кто создавал атомное оружие. В частности, были наконец-то открыты трансурановые элементы таблицы Менделеева: нептуний и плутоний.

Мы помним, что одним из первых получить химические элементы, стоящие в таблице за ураном, пытался еще Энрико Ферми со своими римскими «мальчуганами». И вроде бы у него это даже получилось. В июне 1934 года Ферми анонсировал статью «О возможном производстве элементов с порядковым числом больше 92». Он даже придумал названия для новых элементов: «аузоний» для элемента с порядковым номером 93 и «гесперий» для элемента с порядковым номером 94. Однако физик быстро осознал шаткость доказательной базы и решил еще раз всё перепроверить. На проверке настаивала и оппонент Ферми – немецкий радиохимик Ида Ноддак. Ее аргументы возымели действие, и великий итальянец отказался от сомнительного открытия. И оказался прав: в уране после бомбардировки традиционным методом получались не трансурановые тяжелые, а более легкие элементы. Для того чтобы получить вожделенные «аузоний» и «гесперий», понадобилось оборудование следующего поколения – циклотрон.

Циклотрон изобрел американский физик Эрнест Лоуренс в 1929 году. Вспомним суть его изобретения. Чтобы заставить поток протонов двигаться по кругу, можно использовать магнит. Если затем воздействовать на протоны еще и переменным электрическим полем, то скорость движения частиц будет возрастать. Как выяснил Лоуренс, именно так и должен работать аппарат, открывающий человеку путь к секретам атомного ядра. На постройку маленькой демонстрационной модели у него ушло всего 25 долларов. Диаметр устройства составлял чуть более 10 сантиметров – ее можно было держать на ладони. Хотя модель пока не сообщала протонам той большой энергии, о которой говорил Лоуренс, ее работа впечатлила коллег. Научное название аппарата – «циклический резонансный ускоритель» – было слишком громоздким, а вот слово «циклотрон» звучало как термин из научно-фантастического романа и было гораздо привлекательнее для потенциальных спонсоров.

Лоуренс поставил производство аппаратов на поток. Циклотрон с магнитом, полюсный наконечник которого имел диаметр около 28 сантиметров, придавал протонам энергию, равную более чем миллиону электрон-вольт. Затем диаметр увеличили до 68 сантиметров, а вскоре и до 94. Когда в январе 1939 года стало известно о расщеплении ядра урана, Лоуренс как раз планировал 152-сантиметровый циклотрон, который придавал протонам энергию, равную приблизительно 20 миллионам электрон-вольт. Вес магнита в подобном устройстве составлял 200 тонн.

Циклотрон диаметром 152 сантиметра едва только заработал, а Эрнест Лоуренс уже трудился над новым устройством. Его очередным детищем должен был стать гигантский суперциклотрон диаметром более 300 сантиметров, магнит в котором весил уже 2000 тонн. По оценкам изобретателя, такое устройство давало протонам энергию в 100 миллионов электрон-вольт, что практически равнялось той, которая выделяется при ядерных реакциях. Воодушевление Лоуренса, который за свои изобретения получил Нобелевскую премию, росло, и он решил еще увеличить размеры будущего суперциклотрона: теперь в нем должен был стоять магнит с полюсным наконечником диаметром 467 сантиметра и массой 5000 тонн. По расчетам, аппарат должен был обойтись в полтора миллиона долларов.

Впрочем, мало создать устройство, важнее – его правильно применить. И тут свое слово сказал еще один выдающийся американский физик, Эдвин Макмиллан. Он много лет работал с циклотронами Лоуренца. Когда стало известно о том, что атомное ядро расщепляемо, Макмиллан решил провести простые эксперименты, только чтобы подтвердить данный феномен. В результате бомбардировки нейтронами ядра урана образовалось радиоактивное вещество, период распада которого равнялся приблизительно 23 минутам. Подобно предшественникам, Макмиллан посчитал его ураном-239, полученным после резонансного захвата нейтрона атомом урана-238. Однако было выделено еще одно вещество с периодом распада примерно в два дня. Макмиллан решил, что это некий новый элемент, образующийся при испускании ураном-239 бета-частицы – в ходе превращения нейтрона в протон. Возможно, получившееся вещество – это и есть искомый многими элемент с атомным номером 93, то есть первый в ряду трансурановых элементов. Как и Отто Ган, Макмиллан полагал, что по своим свойствам 93-й элемент должен походить на рений.

При поддержке Эмилио Сегре, одного из римских «мальчуганов» Ферми, американский физик попытался собрать доказательства своего предположения. Эксперименты, однако, не дали заметного результата. Итоги исследований Сегре опубликовал в «Физикал ревью» с комментарием: «Поиск трансурановых элементов не увенчался успехом».

Макмиллан тем временем уточнил данные о периоде распада таинственного вещества. Согласно последним измерениям, он составлял 2,3 дня. Ученый твердо намеревался распознать этот элемент. Весной 1940 года для дальнейших исследований он использовал 152-сантиметровый циклотрон Лоуренса. Теперь ему помогал еще и Филип Абельсон из Института Карнеги. Как оказалось, по своим свойствам вещество не так уж сильно отличалось от урана. Напрашивался единственный вывод: все-таки перед нами тот самый элемент-93. Макмиллан назвал новый элемент «нептунием», используя простой принцип: новый элемент стоит в периодической таблице следом за ураном, точно так же, как планета Нептун в Солнечной системе находится сразу за Ураном. Не видя особых причин скрывать свое открытие, 27 мая Макмиллан и Абельсон отослали в «Физикал Ревью» статью, в которой рассказали обо всех результатах своей работы. 15 июля она была опубликована.

Новое открытие породило очередной вопрос. Если элемент-93 радиоактивен, имеет период распада, равный 2,3 дня, то во что он превращается в результате этого распада? У Макмиллана уже имелись мысли на сей счет. Он считал, что элемент-93 распадается, возможно, также с испусканием бета-частицы и превращением в протон еще одного нейтрона. Образуется элемент-94, за которым можно зарезервировать название «плутоний».

Лео Силард ничего не знал о готовящейся статье Макмиллана и Абельсона до того момента, когда она была опубликована. У них даже и мысли не было о том, чтобы спросить у кого-нибудь из коллег, безопасно ли размещать материалы исследований в открытой печати. Однако, по чистому совпадению, в тот же самый день, когда физики отправили статью в редакцию журнала, Силард получил рукопись с материалами по тому же самому вопросу от Льюиса Тернера из Принстона, который занимался теоретической физикой.

В январе 1940 года Тернер изучил всю доступную литературу по расщеплению ядра урана. Всеобщее внимание в то время было обращено на изотоп уран-235, но Тернер упрямо развивал идею получения атомной энергии из стабильного и гораздо более распространенного урана-238. Захват нейтронов ядром урана-238 рассматривался как досадная помеха, ликвидировать которую можно при использовании подходящего замедлителя. Дальше Льюис Тернер размышлял следующим образом. Захват нейтрона ядром урана-238 должен создавать нестабильный изотоп уран-239, при распаде которого выделится элемент с порядковым номером 93. Исходя из известных теоретических принципов, можно сделать вывод о том, что элемент-93 нестабилен и довольно быстро претерпит распад, образовав элемент с атомным номером 94. Получение очередного элемента таблицы Менделеева открывало большие перспективы. Его ядро должно состоять из 94 протонов и 145 нейтронов, то есть всего из 239 нуклонов. Похожее соотношение количества нуклонов наблюдается у урана-235 (92 протона, 143 нейтрона). Простейшие вычисления подсказывали, что новый элемент будет расщепляться даже проще, чем уран-235. Получить его можно будет из распространенного повсюду урана-238, а учитывая тот факт, что это самостоятельный элемент, то отделить его от исходного урана химическим методом не составит особого труда. Льюис Тернер предположил, что элемент-94 – потенциально новое ядерное топливо, пригодное для поддержания цепной реакции.

Ученый набросал статью для публикации в «Физикал ревью», а к Лео Силарду обратился за советом: безопасно ли размещать ее в печати? «На первый взгляд это почти сумасшедшая гипотеза, – писал он, – и поэтому публикация вряд ли кому-то повредит. Но хотелось бы услышать чье-то еще мнение». Конечно, выводы Тернера были умозрительными, но Силард умел разглядеть ясную перспективу там, где остальные видели лишь туман. Он был потрясен заключениями, проистекавшими из того, что было изложено его коллегой. «Когда я понял выводы Тернера, – признался Силард впоследствии, – то перед моими глазами ясно предстало будущее атомной энергии». Он понял, что с применением элемента-94 осуществить самоподдерживающуюся цепную реакцию, а значит, и создать атомную бомбу станет намного проще, чем раньше. В итоге Силард порекомендовал Тернеру отложить публикацию статьи «на неопределенный срок».

Несмотря на новые революционные открытия, Консультативный комитет по урану топтался на месте. Лео Силарду пришлось опять обратиться к Эйнштейну. 7 марта 1940 года знаменитый физик направил президенту Рузвельту второе письмо, в котором, в честности, сообщалось:

С начала войны в Германии усилился интерес к урану. Сейчас я узнал, что в Германии в обстановке большой секретности проводятся исследовательские работы, в частности в Физическом институте, одном из филиалов Общества имени кайзера Вильгельма. Этот институт передан в ведение правительства, и в настоящее время группа физиков под руководством К. Ф. фон Вайцзеккера работает там над проблемами урана в сотрудничестве с Химическим институтом. Бывший директор института отстранен от руководства, очевидно, до окончания войны.

Второе общее заседание Консультативного комитета состоялось 28 апреля. На нем был поставлен вопрос о более энергичной поддержке работ и лучшей их организации. Резолюция, принятая на втором заседании, эффекта не возымела.

Впрочем, на горизонте наконец-то замаячили некие перемены. Еще летом 1939 года Ванневар Буш оставил пост вице-президента Массачусетского технологического института и перешел на должность президента Научного института Эндрю Карнеги в Вашингтоне. Электротехник по образованию, с годами он становился все более практичным управленцем. Возглавив Институт Карнеги, Буш начал оказывать на законодателей давление: он хотел учредить государственную организацию, которая должна была заниматься поддержанием взаимного сотрудничества между учеными и военными. 12 июня 1940 года он представил свои аргументы Франклину Рузвельту. Благодаря его инициативе и поддержке президента был сформирован Национальный комитет по оборонным исследованиям (НКОИ).

Одним из первых действий Национального комитета стало взятие под надзор Консультативного комитета по урану. Незамедлительно было принято решение ввести строгий контроль над информацией: все документы по исследованиям расщепления ядра урана объявили совершенно секретными. На посту председателя комитета оставили Лаймана Бриггса. Однако он должен был регулярно отчитываться перед Джеймсом Конентом – президентом Гарвардского университета, вступившим в комитет по приглашению Буша. Теперь финансирование уранового проекта в гораздо меньшей степени зависело от военных советников с их вечным скептицизмом.

И все же коренным образом ситуация не изменилась. Буш и Конент осознавали явную угрозу, которую может представлять созданная Германией атомная бомба. Но вместо того чтобы настаивать на увеличении финансирования американской ядерной программы, они предпочли направлять исследования на получение доказательств невозможности создания такой бомбы. Ведь если бы это действительно оказалось так, то от нацистов не стоило ожидать угрозы ее применения. В докладе от 1 июля 1940 года Лайман Бриггс сообщал о прогрессе, достигнутом на данный момент, и просил выделить 40 000 долларов на крайне важные исследования – определение ядерных свойств изучаемых материалов. Еще 100 000 требовались ему для крупномасштабных экспериментов над уран-графитовым реактором. Однако комитету выделили только 40 000.

Учреждение Национального комитета по оборонным исследованиям породило непредвиденную проблему. Поскольку эта организация была чисто американской и занималась секретными военными проектами, то ее сотрудниками могли быть только граждане США. В результате Ферми, Силарда, Теллера и Вигнера отстранили от работы. Невероятный абсурд! Финансист Александр Сакс изо всех сил защищал ученых, доказывая, что вся работа Консультативного комитета по урану напрямую зависит от достижений этих эмигрантов, которым теперь запретили продолжать исследования.

Военная контрразведка провела все возможные проверки. Результаты были парадоксальны. Например, в обобщенном донесении об Энрико Ферми говорилось, что он, «вне всякого сомнения, фашист». Далее следовала рекомендация не допускать его к засекреченным исследованиям. В разведданных, касающихся Лео Силарда, сообщалось, будто он настроен «крайне прогермански» и «неоднократно высказывал свое мнение о том, что победителем в войне будет именно Германия». Его также рекомендовали отстранить от любых работ, объявленных секретными. Оба донесения ссылались на «полностью достоверные источники». Ирония заключалась в том, что информацией, которую стоило в первую очередь засекречивать, владели как раз те ученые, коих власти хотели отстранить от работы.

Донесения контрразведки в августе 1940 года отправили Джону Гуверу с просьбой привлечь к дальнейшим проверкам Федеральное бюро расследований. Данные, полученные его ведомством, почти слово в слово повторяли то, что ранее сообщали военные. Но рекомендации из донесений в полной мере выполнены не были: аргументы Александра Сакса оказались сильнее. Всем четверым физикам-эмигрантам разрешили участвовать в проекте, правда не в качестве полноправных членов Национального комитета, а только как консультантам.

Хотя проект получил гораздо более высокий статус, работа продвигалась медленно. Объективности ради следует сказать, что все полученные на тот момент результаты выглядели обескураживающими. Стало точно известно, что под воздействием медленных нейтронов расщепляется только изотоп уран-235, однако отделить его от урана-238, по мнению ученых, было очень сложно. Первые данные, указывающие на возможность создания самоподдерживающегося уранового реактора, обнадеживали и разочаровывали одновременно. Предполагалось, что очищенный графит послужит неплохим замедлителем, однако до сих пор не было точно известно, возможна ли самоподдерживающаяся цепная реакция в урановом «котле», в котором количество урана-235 не увеличено (то есть он не обогащен). Если удастся построить и запустить реактор, то в нем при поглощении нейтронов ядрами урана-238 должен образоваться элемент-94 (плутоний), который выделить, судя по всему, гораздо проще. В свою очередь, этот элемент также мог быть расщепляемым. В довершение ко всему Эдвард Теллер произвел вычисления, результаты которых позволяли предположить, что масса урановой бомбы превышает 30 тонн. Даже если допустить, что подобное устройство все-таки получится привести в действие, доставить его к цели будет невозможно ни одним из известных способов.

Таким образом, целый год для американского уранового проекта был безвозвратно потерян. В сомнениях оставались и физики, и политики, и военные. Но именно в это время в Великобритании произошел настоящий прорыв в области теоретических предпосылок к созданию атомной бомбы.

Прямая и явная угроза

Британские физики по праву могли гордиться своими достижениями. Именно в Великобритании вскоре после окончания Первой мировой войны Эрнест Резерфорд «расщепил атом». Именно в Великобритании неуклонно развивалась Кавендишская лаборатория Кембриджского университета, слава о которой распространилась по всему миру. Логично предположить, что именно здесь в связи с угрозой военной опасности будет исследоваться возможность изготовления атомного оружия. Но поначалу дело обстояло не так: все силы были брошены на конструирование радара, который мог уберечь территорию Великобритании от неожиданных и сокрушительных налетов люфтваффе.

Попытку продолжать эксперименты с атомным ядром предпринял лишь один ученый – Джордж П. Томсон, сын знаменитого Джозефа Томсона, который, как мы помним, придумал модель атома в виде «пудинга с изюмом». Томсон-младший знал о войне не понаслышке: в 1914 году он отказался от чтения лекций и вступил в армию. После войны он возвратился в Кембридж и выполнил в Кавендишской лаборатории экспериментальные исследования по аэродинамике, а в 1930 году был назначен профессором физики в Имперском колледже науки и техники. Именно здесь Томсон прочитал в журнале «Нейчур» о работах коллектива Жолио-Кюри в Париже. «Я начал думать о некоторых экспериментах с ураном, – рассказывал он позднее. – И то, о чем я думал, представляло нечто большее, чем чисто академические исследования, поскольку в основе моих раздумий лежали мысли о возможности создания оружия».

Для проведения экспериментов Джорджу Томсону потребовалось около тонны окиси урана. Его целью было получить ответ на вопрос: можно ли осуществить продолжительную цепную реакцию, используя окись урана и воду или парафин в качестве замедлителя? Интересно, что парафин Томсон и его сотрудники добывали из обычных елочных свечек. Главная проблема состояла в том, чтобы найти такие варианты комбинаций окиси и замедлителя, которые обеспечили бы желаемое размножение нейтронов. Проходило лето, и становилось все более очевидным, что получение цепной реакции в уране таким способом – дело сложное. И к концу августа 1939 года физикам стало казаться, что высвобождение атомной энергии – дело отдаленного будущего. Выход следовало искать в использовании тяжелой воды, но в Великобритании ее было очень мало.

Такие пессимистические, но хорошо обоснованные взгляды сказались на содержании письма, направленного в конце последнего предвоенного лета Уинстоном Черчиллем государственному секретарю по авиации Кингсли Вуду:

Несколько недель назад одна из воскресных газет поместила статью об огромных количествах энергии, которую можно выделить из урана с помощью недавно открытых цепных процессов, возникающих при расщеплении атома урана нейтронами. На первый взгляд могло показаться, что это предвещает появление новых взрывчатых веществ сокрушительной мощности. <…>

Возможно, что будут умышленно распускаться слухи (как делается всегда, когда усиливается международная напряженность) относительно использования этого процесса для производства какого-то ужасающего нового секретного взрывчатого вещества, способного смести Лондон с лица Земли. Несомненно, что «пятая колонна» попытается повлиять на нас и посредством этой угрозы посеять дух капитуляции. По этой причине категорически необходимо установить истинное положение дел.

Во-первых, самые лучшие авторитеты считают, что лишь небольшая составная часть урана эффективно участвует в этих процессах. Использование же их в крупных масштабах – дело многих лет. Во-вторых, цепная реакция возможна лишь в том случае, если уран собран в большую массу. По мере нарастания энергии масса будет взрываться с умеренной детонацией, до того как произойдут какие-либо сильные эффекты. Это может оказаться тем же, что и современные взрывчатые вещества, и маловероятно, чтобы могло произойти что-нибудь значительно более опасное. В-третьих, данные эксперименты не могут быть проведены в малом масштабе. Если бы они были успешно выполнены в большом масштабе (то есть с результатами, которые угрожали бы нам вне зависимости от шантажа), то это невозможно было удержать в секрете и мы бы узнали о них. В-четвертых, на территории Чехословакии, контролируемой Берлином, урана имеется сравнительно немного.

Поэтому боязнь того, что новое открытие обеспечит нацистов каким-то зловещим новым секретным взрывчатым веществом, с помощью которого они уничтожат своих противников, очевидно, не имеет оснований. Несомненно, будут делаться туманные намеки и непрестанно распускаться пугающие шепотки, но следует надеяться, что никто им не поддастся.

Многие замыслы об атомной бомбе, в сентябре 1939 года казавшиеся в какой-то степени реальными, в первые месяцы войны потеряли всякое значение. В научно-популярных журналах еще могла обсуждаться возможность такого оружия, однако физики имели другое мнение на этот счет. Они знали, что с помощью замедленных нейтронов можно изготовить «котел», но бомбу с разрушительной силой, оправдывающей затраченные на нее усилия, – едва ли. Что касается быстрых нейтронов, то они, казалось, никогда не смогут стать спусковым механизмом чудовищного взрыва.

Такое безнадежное положение дел обернулось реальным прорывом из-за двух обстоятельств. Одним из них стало подстегивающее действие страха при мысли, что кто-то в Германии найдет ключ к решению проблемы (чего совершенно не было в США, если исключить Лео Силарда с его богатым воображением). Другим была не потерянная еще уверенность, что небывалый взрыв все же можно получить, если изготовить блок из чистого урана, превосходящий «критическую массу». В таком блоке быстрые нейтроны могли быть достаточно эффективными, чтобы произвести взрыв, даже если большая часть их захватят ядра урана-238.

О такой возможности физики знали давно, и в начале 1939 года она служила темой для шуток, которые можно было слышать в студенческих аудиториях Кембриджа. Говорили, что физики в состоянии легко разрешить «проблему Гитлера». Достаточно сотрудникам дюжины лабораторий упаковать в виде посылок имеющийся у них уран, адресовать их фюреру и высылать почтой по заранее составленному расписанию. Посылки стали бы прибывать в различное время дня и попадать к Гитлеру на письменный стол. Наконец прибудет последняя «критическая» посылка. Самая тщательная проверка ничего не даст: посылка будет выглядеть совершенно безобидно до тех пор, пока ее не положат на стол рядом с остальными. И в тот же момент фюрер исчезнет в пламени атомного взрыва.

Как бы ни шутили, оставалось препятствие, кажущееся непреодолимым: вопрос о размере критической массы. Хотя точных чисел назвать никто не мог, а вычисления были весьма сложными, ученые представляли себе, что критическая масса, если она вообще существует, должна значительно превосходить все количество чистого урана, добытого за год. Высказывались предположения, что если бы даже и удалось ее получить, то взрыв атомной бомбы был бы эквивалентен взрыву нескольких тонн тринитротолуола или аналогичного ему химического взрывчатого вещества – и не больше.

В Великобритании разрешением этого вопроса занимался берлинец Рудольф Пайерлс, эмигрировавший сначала в Цюрих, а затем перебравшийся в Кембридж. Пайерлс, подобно многим другим эмигрантам, испытавшим на себе давление нацистского режима, постоянно находился в тревоге из-за слухов о том, что в Германии может появиться оружие, с помощью которого Гитлер поработит весь мир. Летом 1939 года профессор Пайерлс решил определить критическую массу блока из чистого урана. Вопрос и ответ, приведенные в статье, полученной Кембриджским физическим обществом 14 июня, носили вроде бы чисто академический характер. Пайерлс писал, что цепная реакция, вызываемая размножением нейтронов, по-видимому, осуществима в чистом уране. Он добавлял, что «размножение нейтронов возможно только в том случае, если путь, пройденный каждым нейтроном внутри тела, достаточен, чтобы произошло столкновение». Далее он предлагал серии уравнений, в которые было необходимо лишь подставить ядерные константы, чтобы получить критическую массу урана (то есть размер возможной бомбы). Позднее он рассказывал, что его проверочный расчет давал массу в несколько тонн и огромные размеры, поэтому он с легкой душой отправил статью в печать, полагая, что такую «махину» никогда и никто построить не сможет. Статья под заголовком «Критические условия процесса размножения нейтронов» была опубликована в октябрьском выпуске «Трудов Кембриджского физического общества» – через несколько недель после начала войны.