Атомный проект. История сверхоружия Первушин Антон

Эмигрантская бомба

Одной из ключевых фигур британского атомного проекта стал знакомый нам австрийский физик Отто Фриш – племянник Лизы Мейтнер, вместе с которой он открыл распад ядра урана под воздействием нейтронов. Зимой 1939 года Отто Фриш жил с семьей в Стокгольме, но чувствовал, что мирная жизнь заканчивается. Росло чувство незащищенности. Когда в лабораторию Нильса Бора в Копенгагене приехали британец Патрик Блэкетт и австралиец Марк Олифант, Фриш попросил их о помощи. Олифант очень участливо отнесся к просьбе Фриша и вскоре прислал ему письмо, в котором приглашал его посетить Бирмингем летом 1939 года. Спокойствие и уверенность Олифанта весьма впечатлили Фриша, который никак не мог выйти из депрессии, и он не стал ждать еще одного приглашения. Упаковав два маленьких чемодана, он выехал в Англию в качестве туриста.

Австралиец устроил Фриша на должность младшего преподавателя. Тот работал со студентами не на постоянной основе, поэтому, имея достаточно свободного времени, мог снова заняться проблемой деления ядер. Используя лабораторию в те моменты, когда она не была занята, Отто Фриш провел несколько небольших экспериментов по обогащению урана-235 методом термодиффузии. Прогресс, однако, был невелик.

Тем временем к Фришу обратилось Британское химическое общество с просьбой написать для них обзорный материал по достижениям в области изучения атомов. Рассказывая в своей статье о расщеплении ядра, Отто Фриш повторял общепринятое на тот момент мнение: если однажды и удастся осуществить самоподдерживающуюся цепную реакцию, то с учетом того, что в ней должны использоваться медленные нейтроны, взорвать атомную бомбу будет практически невозможно. Но, закончив статью, он задумался. Основная проблема на данный момент заключается в медленных нейтронах. Ядро урана-238 всегда захватывает быстрые нейтроны, имеющие определенную «резонансную» скорость; для реакции же с природным ураном необходимы исключительно медленные нейтроны. Если построить цепную реакцию на медленных нейтронах, то высвобождаемая энергия нагреет уран и, возможно, расплавит его еще до того, как он сможет взорваться. По мере нагревания урана в реакцию будет вступать всё меньше нейтронов, и в итоге она попросту затухнет.

Все ведущие физики пришли к такому же мнению. Однако Фриша очень интересовал ответ на вопрос: что все-таки произойдет, если использовать быстрые нейтроны? Вдруг для цепной реакции на быстрых нейтронах окажется достаточно меньшего количества урана-235, чем считалось прежде?

Отто Фриш поделился своими мыслями с Рудольфом Пайерлсом, который, как мы помним, в июне 1939 года вывел формулу расчета критической массы материала, необходимой для поддержания цепной ядерной реакции. Пайерлс использовал свою формулу для расчета смеси изотопов с большим содержанием урана-238. Фришу необходимо было проводить вычисления другого порядка – с участием чистого урана-235 в присутствии не медленных, а быстрых нейтронов. Проблема заключалась в том, что никто пока не знал, какой должна быть доля урана-235, чтобы обеспечить успешное участие в реакции быстрых нейронов. А не знали этого ученые потому, что пока еще никому не удалось получить достаточное количество урана-235 в чистом виде.

В такой ситуации оставалось только выдвигать предположения. Например, можно было допустить, что каждый нейтрон, попадающий в ядро урана-235, вызывает его немедленный распад. Подобное допущение заметно упростило расчеты. Теперь оставалось только вычислить, какое количество урана-235 необходимо для того, чтобы он легко расщеплялся быстрыми нейтронами.

Отто Фриш и Рудольф Пайерлс подставили в формулу новые числа и были сражены полученным результатом. О десятках тонн урана теперь и речи не шло. Критическая масса, согласно расчетам, составляла всего несколько килограммов. Для вещества с плотностью урана объем такого количества не превышал бы величины мячика для гольфа. По оценкам Фриша, столько урана-235 можно получить за несколько недель, использовав сто тысяч обогатительных аппаратов, подобных тому, который он собрал в бирмингемской лаборатории. В тот момент физики осознали, что создать атомную бомбу все-таки возможно.

Интересно, что поляк Джозеф Ротблат, живший в Ливерпуле, пришел примерно к такому же выводу, что и его коллеги. Зверства, которые творили гитлеровцы у него на родине, подтолкнули Ротблата в конце ноября 1939 года сделать Джеймсу Чедвику предложение обдумать проблему создания атомной бомбы. О своих чувствах поляк писал впоследствии так: «В то время я просто места себе не находил, пытаясь решить, возможно, самую ужасную дилемму из тех, что могут встать перед ученым. Работа над оружием массового поражения ломала все мои убеждения – убеждения о том, каким целям должна служить наука, – но любым идеалам все равно пришел бы конец, если бы в руках у Гитлера всё-таки оказалась бомба».

Ротблат самостоятельно пришел к выводу о том, что расщепление урана-235 медленными нейтронами не породит взрывное выделение ядерной энергии – это возможно только при использовании быстрых нейтронов. Чедвик, выслушав его, лишь хмыкнул в ответ. Однако первоначальный скептицизм англичанина вскоре уступил место нарастающему интересу, а приведенные Ротблатом аргументы подтверждали некоторые догадки Чедвика по данному вопросу. В итоге они вместе сели обсуждать эксперименты, необходимые для достижения поставленной цели.

В это время Отто Фриш и Рудольф Пайерлс обсудили новейшие полученные результаты с австралийцем Марком Олифантом. Тот сразу согласился с приведенными аргументами и рекомендовал изложить их в коротком меморандуме. Ученые составили меморандум в двух частях, обе датированы мартом 1940 года. В первой части рассказывалось главным образом о реальной возможности создать «супербомбу» с использованием урана-235 и о физических принципах, на которых основывалось ее действие. Вторая часть, озаглавленная «Краткое сообщение о свойствах радиоактивной супербомбы», содержала в себе множество удивительно точных предсказаний самого разного толка. Авторы утверждали, что создание атомного оружия – «дело ближайшего времени»; что применение атомной бомбы невозможно без «гибели большого количества мирного населения»; что, «по всей вероятности, Германия действительно занимается разработкой этого оружия».

Энергия, выделяющаяся при взрыве такой супербомбы, примерно такая же, какая выделяется при взрыве 1000 тонн динамита. Энергия выделяется в небольшом объеме, в одно мгновение, при этом возникает температура, сравнимая с солнечной. Ударная волна от такого взрыва уничтожит жизнь в обширной области. Размер этой области трудно оценить, но, вероятно, она покроет центр большого города.

Кроме того, некоторая часть энергии, освобожденной при взрыве бомбы, произведет радиоактивные вещества, которые будут генерировать очень мощные и опасные излучения. Влияние этих излучений будет наибольшим сразу после взрыва, но вещества распадаются лишь постепенно, и даже в течение нескольких дней после взрыва любой человек, оказавшийся в зоне поражения, погибнет.

Некоторые из этих радиоактивных веществ будут распространяться вместе с ветром, загрязняя территорию в несколько миль и продолжая убивать людей.

Удивительно точное для того времени описание последствий атомного взрыва. В записке косвенно говорилось и о «политике сдерживания», которая войдет в практику с появлением атомного оружия:

Если детально проработать предположение о том, что Германия располагает или будет располагать таким оружием, становится совершенно очевидно: найти надежное укрытие от него попросту невозможно, тем более укрытие для большого количества людей. Наиболее эффективной мерой противодействия такому оружию будет только встречная угроза применения аналогичной бомбы.

Марк Олифант отправил подготовленный учеными материал Генри Тизарду – химику из Оксфорда, который занимал должность председателя Комитета по исследованиям в области авиации. Хотя практически все внимание Комитета было отдано разработкам радаров, он всё же считался одной из ведущих организаций, заинтересованных в использовании науки в военное время. Тизард порекомендовал создать небольшую консультативную группу. В итоге в нее вошли сам Олифант, Джордж Томсон, Патрик Блэкетт и Джон Кокрофт. Во главе группы поставили Джорджа Томсона. И опять сложилась парадоксальная ситуация: Отто Фриша и Рудольфа Пайерлса, которые сделали ключевое открытие, прямиком ведущее к созданию атомной бомбы, в состав консультативной группы не включили, поскольку они формально числились гражданами враждебного государства.

Первое заседание группы состоялось 10 апреля в Лондоне, в здании Королевского научного общества. За день до этого германские войска вошли в Данию и Норвегию. Участники группы изучили материалы, подготовленные Фришем и Пайерлсом, но отнеслись к ним скептически. Они признали, что серия небольших экспериментов по обогащению урана-235 имеет смысл, но в то же время нет никаких причин переводить эти исследования в ранг имеющих стратегическое военное значение. Как видите, на этом этапе проекта заседание группы, возглавляемой Джорджем Томсоном, ничем не отличалось от аналогичного заседания комитета, возглавляемого Лайманом Бриггсом в США.

Впрочем, на этом сходство и заканчивалось. 16 апреля Томсон написал Джеймсу Чедвику письмо с приглашением присоединиться к группе. Узнав подробнее о планах Фриша и Пайерлса, Чедвик оказался сбит с толку. В целом его мысли совпадали с тем, что предлагали коллеги, однако Чедвик, не имея на тот момент экспериментальных доказательств, не был уверен, что создание атомной бомбы с использованием урана-235 реально. Британский ученый согласился только с технической частью меморандума, и это резко повысило убедительность изложенного материала для других членов консультативной группы.

Отто Фриш ждал реакции на меморандум, все больше беспокоясь о своей дальнейшей судьбе. Он получил вызов из полиции и выдержал целый допрос. Над ним нависла угроза высылки на остров Мэн, куда отправляли всех нежелательных или подозрительных иностранцев. В это беспокойное время Фриш придумал альтернативный способ выявления механизма цепной реакции. Он решил бомбардировать природный уран медленными нейтронами, которые выбивал гамма-излучением радия из бериллиевой мишени (в то время этот способ считался устаревшим и уступил место более совершенным – с использованием циклотрона Лоуренса). Фриш обработал примерно грамм урана, помещенного в камеру ионизации. И ему удалось сделать целых два важных открытия.

Прежде всего Фриш обратил внимание на явление, которое сначала интерпретировал как аномалию, возникшую в ходе эксперимента. Ядра урана-235 оказались настолько нестабильны, что время от времени попросту распадались без всякого внешнего воздействия, выделяя свободные нейтроны и прочие продукты деления. Вторым открытием стал тот факт, что Фриш, как оказалось, преувеличил количество урана-235, необходимого для эффективного расщепления вещества медленными нейтронами. Это означало, что он преуменьшил критическую массу этого изотопа, необходимую для поддержания цепной реакции. По стечению обстоятельств в то же самое время Пайерлс установил, что критическую массу можно сократить, если окружить делящееся вещество таким материалом, который станет отражать все стремящиеся во внешнюю среду нейтроны обратно в это вещество. Фактически ученые вернулись к тому, с чего начинали.

«Комитет Мауд»

Наконец-то консультативная группа по урану обрела официальный статус. В разговорной речи ее называли «Комитетом Томсона» или «Комитетом профессора Томсона», но такие названия, разумеется, не годились. Прямое указание на то, что Томсон возглавляет какую-то группу, говорило любому мало-мальски осведомленному человеку о работе англичан над проблемой ядерного деления. Нужно было придумать условное наименование в чисто военном стиле.

Существуют две версии о том, как его выбрали.

Самая популярная звучит так. На первом заседании группы вместе с другими вопросами обсуждалась загадочная телеграмма, полученная Фришем и пересланная им Томсону. Она была отправлена 9 апреля Лизой Мейтнер физику Оуэну Ричардсону, в тот день, когда немецкие войска перешли границы Дании: «НЕДАВНО УДАЛОСЬ ВСТРЕТИТЬСЯ С НИЛЬСОМ И МАРГАРЕТ ОБА В ПОРЯДКЕ НО РАССТРОЕНЫ НЕДАВНИМИ СОБЫТИЯМИ ПОЖАЛУЙСТА ИЗВЕСТИТЕ КОКРОФТА И МАУД РЕЙ КЕНТ». В начале сообщения речь шла о том, что с Нильсом Бором и его женой все благополучно, а вот последняя часть («PLEASE INFORM COCKCROFT AND MAUD RAY KENT») казалась совершенно необъяснимой. Ричардсон показал телеграмму Джону Кокрофту, а тот передал ее своим коллегам в консультативной группе. Судя по воспоминаниям участников тех давних событий, научные и военные авторитеты, присутствовавшие на заседании, изо всех сил состязались в догадливости. Наконец все сошлись на мнении, что это анаграмма, которую следует читать так: «RADIUM TAKEN» – «РАДИЙ ЗАБРАН», что означает: немецкие ядерщики быстро продвигаются вперед. Затем кто-то из присутствующих на заседании предложил назвать консультативную группу словом «Мауд», не имеющим никакого значения, но напоминающим его членам, с чего все началось. Предложение единогласно приняли: «Комитет профессора Томсона» превратился в «Комитет Мауд» (MAUD Committee). Постскриптум к этой истории добавил сам Нильс Бор, когда через три с половиной года прибыл из Дании в Англию. Оказалось, что его телеграмма была сильно искажена при передаче, а точный адрес после слов «МАУД РЕЙ» выпал из текста. Бор поинтересовался: дошла ли его телеграмма до Кокрофта, а также до… его прежней гувернантки мисс Мауд Рей, проживавшей тогда в Кенте?

То, что телеграмма Лизы Мейтнер обсуждалась на заседании консультативной группы под председательством Джорджа Томсона, не подлежит сомнению. Но позднее было объявлено и в различных публикациях подтверждено, что «MAUD» на самом деле означало «Military Application of Uranium Detonation» («Военное применение уранового взрыва»).

Тем временем война разгоралась. Германия захватывала одну страну за другой. Известные ученые бежали от нацистов. 21 июня 1940 года в Великобританию прибыли французские физики Ханс фон Халбан и Лев Коварски из группы Фредерика Жолио-Кюри. Они же привезли с собой драгоценный груз тяжелой воды, уведенной практически из-под носа немецких оккупационных властей. Тяжелую воду временно поместили на хранение в тюрьму Вормвуд-Скрабз, а затем поручили за ней присматривать библиотекарю Виндзорского замка. Фон Халбана и Коварски включили в быстро растущую команду физиков «Комитета Мауд». Теперь они работали в Кавендишской лаборатории Кембриджа и в составе недавно образованной исследовательской группы занимались постройкой реактора на тяжелой воде и уране.

Предоставленную Отто Фришем и Рудольфом Пайерлсом информацию наконец-то оценили должным образом, и теперь физиков, бежавших с континента, всё-таки допустили к участию в программе. Хотя в сам «Комитет Мауд» доступ им по-прежнему был закрыт, ученым разрешили создать вспомогательную техническую группу.

Один из наиболее важных на тот момент вопросов касался выделения урана-235. Уже стало ясно, что лабораторные мощности в Бирмингеме не позволяют одновременно работать над радарной техникой и проводить исследования, связанные с созданием атомной бомбы. Было решено перевести центр главных усилий в Ливерпуль: там, в частности, находился самый совершенный британский циклотрон.

К «Комитету Мауд» присоединился химик Франц Симон из Оксфорда. Для обогащения урана-235 он предложил газовую диффузию – метод обогащения изотопов за счет прокачки их в газовой смеси через пористую мембрану. К началу декабря Симон разработал детальный проект создания завода с полным циклом производства. По его расчетам, такой завод станет вырабатывать в день не менее килограмма урана-235. Строительство подобного комплекса обойдется в 5 миллионов фунтов. Симон обобщил все свои наработки в детальном отчете и сам повез его, превозмогая страх перед бомбежками, в Лондон, где и передал Томсону лично в руки.

К апрелю 1941 года группа Симона испытала уменьшенную модель одной ступени для газодиффузионной установки. Результаты обнадежили физиков, и Симон выступил с предложением построить опытно-промышленную установку из двадцати ступеней. К концу мая контракт на ее сооружение получила компания «Метрополитен-Виккерс». Установку планировали возвести до конца года на базе промышленного комплекса в Ридимуине, местечке на севере Уэльса.

Судя по всему, ученые наконец-то нашли способ выделения большого количества урана-235, и мало кто сомневался: в бомбе будет использован расщепляемый материал с достаточно малой сверхкритической массой. Следующим в центре внимания оказался вопрос, как лучше всего реализовать такое решение. Напрашивался простой способ: чтобы получить взрывчатую «сверхкритическую» массу урана-235, нужно объединить две «докритические» массы. Процесс объединения должен идти с очень высокой скоростью, поскольку в ином случае обе массы начнут испускать нейтроны и взорвутся преждевременно, причем энергия от такого взрыва будет гораздо меньше, чем при объединении и дальнейшей детонации. Тогда был предложен вариант схемы, который впоследствии станет известен как «пушечный»: нужно выстрелить небольшой докритической массой активного вещества в другую докритическую массу. Эксперты по оружию уверенно заявили Джорджу Томсону о том, что создание подобной «пушки» вполне возможно.

Тем временем Ханс фон Халбан и Лев Коварски из группы Фредерика Жолио-Кюри продолжали исследования реактора на уране и тяжелой воде. Хотя эти работы не имели прямого отношения к проектированию атомной бомбы, физики «Комитета Мауд» уже знали о возможности получения плутония в реакторе, поэтому создание действующего уранового «котла» воспринималось ими как одна из приоритетных задач. Однако на фоне требований военного времени, с которыми нельзя было не считаться, становилось ясно, что необходимые для дальнейших исследований материалы, так же как и финансирование, предоставлены не будут.

Обсуждение дальнейшей судьбы этого проекта постепенно переросло в гораздо более обширную дискуссию о том, на что вообще может надеяться «Комитет Мауд» в свете активных военных действий, в которые была вовлечена Великобритания. В конечном счете стало очевидно, что следующим шагом физиков должен стать подробный и убедительный доклад правительству, которое одно только и могло оказать существенную поддержку. И такой доклад, опять же в двух частях, был завершен 15 июля 1941 года.

В первой части, озаглавленной «Использование урана для создания бомбы», совершенно недвусмысленно сообщалось:

Мы пришли к выводу о возможности создания действующего образца атомной бомбы, в которой будет использовано всего 11 килограммов активного вещества. Взрыв такой бомбы по разрушительному эффекту эквивалентен взрыву примерно 1800 тонн тротила; кроме того, произойдет выделение большого количества радиоактивного материала, из-за чего территория, примыкающая к месту взрыва, в течение длительного периода будет представлять опасность для жизни человека.

Далее в отчете содержались следующие рекомендации:

1) Комитет считает, что проект урановой бомбы реален, и, весьма вероятно, он окажет решающее влияние на исход военных действий;

2) следует продолжать работу над созданием бомбы, придав этому проекту высочайший приоритет и обеспечив его максимальный темп, поскольку действующие образцы данного вида оружия должны быть получены в наименьшие сроки;

3) сотрудничество с США по данному вопросу следует продолжать и, более того, расширить, особенно в сфере экспериментальных работ.

Физики «Комитета Мауд» признали, что сначала относились к проекту «довольно скептично и не очень-то в него верили». Они также подчеркивали, что «проблемы, над которыми мы сейчас работаем, не так уж сложно решить любому хоть сколько-нибудь способному физику». Кроме того, в докладе давался довольно оптимистичный прогноз: атомная бомба появится в арсенале военных уже в конце 1943 года.

16 сентября доклад «Комитета Мауд» официально рассмотрел Совет по оборонным заказам Научно-консультативного комитета при Кабинете министров. Он признал, что «проекту по созданию урановой бомбы необходимо придать первостепенную важность». 20 сентября начальники штабов выразили свое согласие с предложениями экспертной группы, рекомендовав не жалеть на исследования ни денег, ни материалов, ни рабочих рук.

После этого ответственность за британский атомный проект возложили на Управление научных и промышленных исследований. Возглавить работы над атомной бомбой поручили промышленнику Уоллесу Акерсу. Он решил дать проекту имя, которое вводило бы в заблуждение непосвященных: «Трубные сплавы». Новая организация, возглавленная Акерсом, стала именоваться соответственно: «Дирекция „Трубные сплавы“». Заместителем руководителя дирекции стал еще один представитель промышленности – Майкл Перрин. В октябре 1941 года в Лондоне открылся офис новой организации.

Урановая секция

Зимой 1940–1941 годов американский атомный проект еще продолжал развиваться, однако движение вперед шло очень неуверенно, и складывалось впечатление, что работа вот-вот заглохнет. В различных учреждениях изучали теорию деления ядра, обогащения изотопов, свойства плутония. Кое-где сумели развернуть исследования, связанные с созданием реакторов и производством тяжелой воды. Однако ни одно из перечисленных направлений всё еще не было связано напрямую с военными нуждами.

Ванневар Буш по-прежнему скептически относился к перспективам создания бомбы, поэтому в верхах обсуждались главным образом вопросы, как использовать деление ядра в качестве источника энергии. Чтобы определить приоритеты, Буш попросил, чтобы «группа высококомпетентных ученых-физиков» сделала для него «нескучный, но в то же время беспристрастный обзор по данной проблеме». В апреле 1941 года просьба была переадресована нобелевскому лауреату Артуру Комптону. Тот был весьма авторитетным ученым, но не считал себя специалистом в ядерной физике. Тем не менее он согласился и сформировал группу, в состав вошли физики Эрнест Лоуренс, Джон Слэтер и Джон Ван Флек.

Первый вариант обзора был представлен 17 мая. В нем сообщалось, что контролируемое высвобождение ядерной энергии возможно, однако для овладения подобной техникой потребуются годы. Относительно необходимости создания бомбы никаких прямых рекомендаций в докладе не приводилось – авторы сообщали только, что появления подобного вида оружия до 1945 года ждать не стоит. Участники группы Комптона также ни словом не обмолвились ни о расщеплении ядра урана-235 быстрыми нейтронами, ни о понятии критической массы, ни о возможной конструкции бомбы.

Тем временем перспектива создания бомбы с использованием плутония становилась всё более реальной. К проекту присоединился радиохимик Гленн Сиборг (Шеберг), сын эмигрантов из Швеции. Узнав об открытии Отто Гана и Фрица Штрассмана, он занялся изучением свойств урана, а также новых элементов с атомными номерами 93 и 94. Работая вместе со своим аспирантом Артуром Валем, Сиборг сумел выделить микроскопическое количество элемента-94. О своем открытии ему хотелось сообщить всему миру, но вместо этого ученому пришлось ограничиться докладом Национальному комитету по оборонным исследованиям и редактору «Физикал ревью». Опубликовать полученные результаты можно было только после войны. Интересно, что до появления официального названия «плутоний» Гленн Сиборг в своих записках именовал 94-й элемент «медью» или «настоящей медью».

Ученые Калифорнийского университета в Беркли немедленно начали изучать реакцию деления нового элемента. Сиборг вдвоем с Эмилио Сегре нарабатывали плутоний на 152-сантиметровом циклотроне. 18 мая они зафиксировали интенсивное деление ядер плутония, примерно вдвое превышающее аналогичный показатель для урана-235. Теперь не стало никаких сомнений в том, что новый элемент лучше подходит на роль активного вещества атомной бомбы.

В то же самое время Ванневар Буш с головой ушел в реорганизацию системы исследований, финансируемых правительством, ее структуры и управления. Национальный комитет довольно успешно руководил лабораториями, однако не имел никаких полномочий в опытно-конструкторских работах, а ведь именно благодаря им результаты деятельности ученых обретали воплощение в виде реальных образцов оружия. Буш предложил создать новую организацию – Управление научных исследований и разработок (УНИР), которое руководило бы любыми техническими проектами на основе полученных научных данных. Начальник УНИР должен был отчитываться непосредственно перед Франклином Рузвельтом. На этот пост Буш предложил собственную кандидатуру. Председателем Национального комитета вместо него назначили Джеймса Конента.

22 июня войска Третьего рейха вторглись на территорию СССР, и темпы американского атомного проекта пришлось резко ускорить. Результатов ждали не просто «срочно», а «крайне срочно». Джеймс Конент, посчитав, что участникам группы Артура Комптона недостает прагматичности, которой обладают технари, обратился за помощью к инженерам компаний «Дженерал электрик», «Белл» и «Вестингауз». Однако и второй доклад группы, обнародованный 11 июля, мало отличался от первого. В нем снова положительно оценивались перспективы использования ядерной энергии, однако о бомбе и плутонии ничего не говорилось.

Артур Комптон, который в это очень важное для проекта время был в Южной Африке, всерьез опасался, что правительство вообще откажется от финансирования. Эрнест Лоуренс пропустил собрание, на котором составлялся отчет, из-за болезни своей дочери Маргарет, поэтому решил отправить участникам группы письмо и подробнейшим образом объяснить важность плутония. «Если в нашем распоряжении окажется большое количество элемента-94, – писал он, – то, скорее всего, с помощью быстрых нейтронов нам удастся вызвать цепную реакцию, в которой произойдет взрывное выделение энергии – то есть фактически мы получим „супербомбу“».

Незадолго до того, как в июле утвердили окончательный вариант доклада «Комитета Мауд», Ванневару Бушу неофициально переделали черновой вариант этого документа, составленный Джорджем Томсоном. Полученная информация прошла обсуждение в верхних эшелонах власти, после чего вопрос о будущем ядерных исследований еще более обострился. Однако Буш, видимо, решил ничего не предпринимать до тех пор, пока копия отчета не будет предоставлена ему из официальных источников.

И тут на первый план вышел Марк Олифант. Стало совершенно ясно, что Великобритания не сможет в одиночку создать атомную бомбу. Шла война, остро чувствовалась нехватка денег и материальных ресурсов. Кроме того, несмотря на то что внимание Гитлера было теперь обращено на восток, Англия все равно оставалась на осадном положении. В конце августа 1941 года Олифант вылетел в США, чтобы узнать, на какой стадии находились исследования тамошних ученых и, если потребуется, перенять их опыт. Прибыв на место, он узнал, что доклад «Комитета Мауд» передали Лайману Бриггсу, а этот «косноязычный и невзрачный человечек сунул все бумаги в сейф и ни словом не обмолвился о них членам своей организации». Ситуация не могла не огорчить Олифанта. Он встретился с руководством S-1 и открыто рассказал коллегам о возможности создания атомного оружия. Говорил Олифант весьма убедительно, и по крайней мере один из присутствующих был просто шокирован его словами: «Он так и сказал: „бомба“ <…>. А я все это время думал, что мы работаем над источником энергии для подводных лодок».

21 сентября Олифант встретился с Эрнестом Лоуренсом, и тот решил отвезти коллегу на холм Чартер-Хилл, где полным ходом шло строительство 467-сантиметрового суперциклотрона. Когда гость из Великобритании кратко рассказал о содержании доклада «Комитета Мауд», Лоуренс тут же загорелся идеей выделения урана-235 электромагнитным методом. Он проявил также огромный интерес к реакции деления ядра плутония. Когда оба ученых вернулись в кабинет Лоуренса, к ним присоединился молодой физик Роберт Оппенгеймер, который тогда впервые услышал о работе над атомной бомбой.

Возвращаясь обратно в Англию, Марк Олифант не мог отделаться от мысли, что его поездка не имела никакой пользы. Однако его беспокойство было напрасным: из полученной информации Эрнест Лоуренс сделал правильные выводы и немедленно начал действовать. Он связался с Артуром Комптоном и сообщил ему о возможности создания атомной бомбы, которая сможет решить исход войны. Тот предложил поговорить с Джеймсом Конентом, встретившись с ним на церемонии по поводу пятидесятилетия Чикагского университета, на которую ученых пригласили для присвоения им почетных званий.

Встреча состоялась в доме Комптона. Лоуренс кратко рассказал о достижениях англичан и подробно остановился на перспективах получения урана-235 и на свойствах элемента-94. Он также выразил крайнее разочарование бездействием Вашингтона, который никак не желал реагировать на очевидные факты, указывающие на значительную заинтересованность Германии в развитии ядерных исследований. Джеймс Конент изначально был не очень-то настроен заниматься нововведениями, однако то, как Артур Комптон ратовал за дело, заставило его изменить отношение. Выслушав Лоуренса, Конент посмотрел на него и сказал: «Эрнест, ты говоришь, что убежден в огромной важности этой бомбы. Готов ли ты посвятить ее созданию следующие несколько лет своей жизни?» Лоуренс согласился без малейших колебаний.

Официальную копию доклада «Комитета Мауд» Ванневар Буш получил 3 октября 1941 года. 9 декабря Буш показал его Рузвельту. Америка, которую со всех сторон критиковали за политику «изоляционизма», не спешила вступать в войну. Однако, ознакомившись с фактами, подтверждавшими возможность создания атомной бомбы еще до окончания войны в Европе, президент решил действовать немедленно, даже минуя конгресс. Право принимать решения, связанные с ядерными исследованиями, он оставил за собой и крохотной горсткой своих советников, которых впоследствии стали называть «Высший президентский совет». В эту группу вошли Ванневар Буш, Джеймс Конент, вице-президент Генри Уоллес, военный министр Генри Стимсон и глава Генштаба армии США Джордж Маршалл.

6 ноября 1941 года группа Артура Комптона представила Бушу третий, и последний, вариант своего доклада. Как и в отчете «Комитета Мауд», в нем совершенно однозначно говорилось:

Действие атомной бомбы огромной разрушительной силы основано на свойствах урана-235. Создать такую бомбу ничуть не менее реально, чем воплотить в жизнь любой другой проект, не опробованный пока на практике и проверенный только в теории и на экспериментальных данных. <…> Масса урана-235, необходимая для взрывного деления, будет вряд ли составлять менее 2 килограммов, но и не превысит 100 килограммов. <…> Не следует также забывать и о том, что, вероятно, уже в ближайшие годы применение бомб, подобных описанной здесь, либо другого оружия, в котором будет использован расщепляемый уран, может обеспечить любой державе значительное военное превосходство. Очевидно, что оборонные нужды страны требуют немедленного развития данного направления.

Как видите, плутоний снова ускользнул от внимания ученых, всецело поглощенных стремлением подчинить своей власти уран-235. 27 ноября третий вариант доклада получил и Рузвельт – президент одобрил решение, принятое раньше.

В результате появилась еще одна организация, именуемая «Урановой секцией» или «Комитетом S-1» Управления научных исследований и разработок. Во главе нового образования Ванневар Буш сначала хотел поставить Эрнеста Лоуренса, но, убедившись, что тот не способен работать в условиях строгой секретности (Лоуренс даже получил выговор за несанкционированное разглашение Роберту Оппенгеймеру информации о проекте), назначил председателем Джеймса Конента.

Официальных документов, которые подтверждают принятие решения о начале работы американского атомного проекта, по всей видимости, не существует. Сохранилась только короткая записка, нацарапанная на сопроводительной бумаге из Белого дома, вместе с которой возвратили доклад группы Комптона. В записке, датированной 19 января 1942 года, говорится: «В. Б., всё в порядке, возвращаю – думаю, лучше хранить это в вашем сейфе. Ф. Д. Р.».

Страсть Оппенгеймера

Соединенные Штаты Америки вступили в войну 7 декабря 1941 года, после того как японская авиация атаковала американские базы в Пёрл-Харборе. На политике «изоляционизма» был поставлен жирный крест. Изменилось и отношение к атомному проекту. Одним из главных приоритетов на этом этапе стало создание реактора, причем сразу с прицелом на получение плутония.

Работы над реактором следовало вести в одном месте, и Артур Комптон должен был принять решение, что это будет за место. Лео Силард предлагал Колумбийский университет на Манхэттене. Эрнест Лоуренс настаивал на университете Беркли в Калифорнии. Рассматривались также Принстонский университет в Нью-Джерси и промышленные лаборатории в Питтсбурге и Кливленде. Но Комптон выбрал Чикаго.

Из соображений секретности в Чикаго развернули некий проект под названием «Металлургическая лаборатория» (или просто «Метлаб») – название не менее загадочное, чем «Комитет Мауд» или «Трубные сплавы». Энрико Ферми практически сразу согласился переехать из Колумбии в Чикаго. Одной из причин быстрого решения было то, что его исследовательская группа достигла значительных успехов в создании реактора на основе кубиков оксида урана, вставленных в решетку из графитовых брусков, но распалась, поскольку физиков директивно переводили на решение других проблем в рамках программы S-1.

Гленн Сиборг прибыл в Чикаго 19 апреля 1942 года. Если перед Ферми стояла задача запустить новый реактор до конца года, то Сиборг взялся разработать метод, который позволил бы выделить плутоний из отработанного ядерного топлива. Самая большая трудность для Сиборга состояла в том, что ему нужно было понять химию нового элемента еще до того, как будет построен реактор. Следовательно, ему нужно было найти некий другой способ накопления плутония в количестве, достаточном для химического анализа. Лучшее, что он мог придумать, – бомбардировать нитрат урана в циклотроне в течение нескольких месяцев кряду. И к 14 августа группе Сиборга удалось выделить первую крохотную партию плутония.

В рамках программы S-1 разрабатывалось несколько различных путей создания атомной бомбы. Кроме «Метлаба», целью которого были конструирование реактора и производство плутония, развивались и другие проекты: в частности, проект по выделению урана-235 способом газовой диффузии и электромагнитными методами, основанными на 94-сантиметровом циклотроне Лоуренса и на центробежной сепарации. На тот случай, если не удастся создать ураново-графитовый реактор, разрабатывалась также модель реактора на тяжелой воде. В Канаде начали строительство завода по ее производству. Учитывая неясности и проблемы, Комитет S-1 не мог определить, какой из различных способов создания атомной бомбы наиболее предпочтителен. И было принято решение прорабатывать все пути. «Чтобы реализовать такой наполеоновский подход к проблеме, потребуются инвестиции в размере около пятисот миллионов долларов и приличная партия оборудования», – заключил Джеймс Конент.

Хотя британские физики и могли по праву считать, что продвинулись дальше американских коллег в теории создания бомбы, было очевидно: американцы значительно опережают их на практическом поприще. «Ясно одно, – отмечал Уоллес Акерс вскоре после прибытия в США, – этой работой занято огромное количество людей, так что возможностей по быстрой разработке схем у них значительно больше, чем у нас».

Перед англичанами замаячила перспектива поглощения их атомного проекта американцами. Даже если бы правительство Великобритании отказалось от столь тесных контактов, американцы все равно продолжали бы работу, но больше не делились бы с союзниками своими достижениями. Серьезным препятствием было и то, что иностранцев не допускали к секретным американским проектам. Ванневар Буш считал, что для британских подданных можно сделать исключение, но далеко не все физики, работавшие в Англии, были британцами. Казалось, что проблема непреодолима.

Полным ходом работая над материалом для бомбы, Артур Комптон обращал внимание на физику реакций под действием быстрых нейтронов и последствия создания бомбы. Он поручил это направление физику Грегори Брейту, выходцу из России, но Брейт разочаровался медленным продвижением проекта и вернулся в морской флот, где служил до участия в программе S-1. Тогда Комптон пригласил на роль руководителя Роберта Оппенгеймера, который изначально был помощником у Брейта.

Роберт Оппенгеймер был выдающимся физиком, но его личные качества вызывают споры до сих пор. Сын еврейских эмигрантов, разбогатевших в США, он вырос в достатке и имел феноменальную способность к обучению. В возрасте девяти лет он мог предложить кузену задать вопрос по-латыни, на который сам отвечал по-гречески. Однако при всех его талантах Оппенгеймеру было чуждо человеческое сочувствие. Мальчиком Роберт чрезмерно гордился своей ученостью, любил покрасоваться. Роберт мог вести себя хвастливо и покровительственно, у него был острый язык. Чувства, которые он вызывал у однокашников, а потом у коллег и сотрудников, колебались от жалости до раздражения.

Окончив Гарвард, под руководством Джозефа Томпсона он занимался в Кавендишской лаборатории Кембриджа, а потом перебрался в Германию, в Гёттинген. Здесь он работал с Джеймсом Франком и Максом Борном, познакомился с Вернером Гейзенбергом, с английским физиком Полем Дираком и многими другими прославленными учеными.

Получив докторскую степень, Оппенгеймер снова прибыл в Гарвард, а потом перешел в Калифорнийский технологический институт в Пасадене. Затем он отказался от нескольких предложений научных должностей, чтобы вернуться в Европу и продолжить образование. Сначала он отправился в голландский Лейден, где сотрудничал с Паулем Эренфёстом, а потом перебрался в швейцарский Цюрих, чтобы обменяться опытом с Вольфгангом Паули, который только что завершил первый этап совместной работы с Гейзенбергом по квантовой электродинамике. В июле 1929 года Оппенгеймер вернулся в Америку и получил должность на кафедре Калифорнийского университета в Беркли.

Кроме всего прочего, Роберт Оппенгеймер также активно интересовался политикой. В середине 1930-х годов он состоял практически во всех коммунистических организациях, которые существовали в Калифорнии. Позже он пытался объяснить свою страсть к «левацким» идеям:

Я ощущал непрерывную, неугасающую ярость, вызванную тем, как с евреями обращались в Германии. У меня там были родственники, и я собирался помочь им бежать и добраться до [Америки]. Я видел, что сделала с моими студентами Великая депрессия. Они не могли найти работу, а та работа, что попадалась, совершенно им не подходила. И на их примере я начал понимать, как сильно на человеческие жизни влияют политические и экономические события.

Поэтому неудивительно, что Оппенгеймер стал участвовать в сборе средств на борьбу с растущей угрозой европейского фашизма. Говоря откровенно, он был «находкой для шпиона», и все же его вклад в программу S-1 был ценен. Поэтому Артур Комптон без задней мысли поручил ему работу над реакциями на быстрых нейтронах и над принципиальной схемой атомной бомбы. Руководство проекта настаивало, чтобы Оппенгеймер прекратил якшаться с леворадикальными политиками, и тому пришлось уступить. После этого он получил временный допуск к секретной информации и теперь мог помогать Эрнесту Лоуренсу в работе. Анкету на проверку благонадежности Оппенгеймер заполнил в апреле 1942 года, причем на вопросы ответил по большей части честно.

В Беркли ученые начали с теории, обратившись в первую очередь к докладу «Комитета Мауд» и результатам исследований различных групп. Вскоре стало ясно, что атомная бомба «наверняка может получиться», оставалось доработать детали. В августе Оппенгеймер писал, что для бомбы на уране-235 потребуется около 30 килограммов этого изотопа, а ее «разрушительный эффект сравнится с эффектом от взрыва более 100 000 тонн тротила». Это было гораздо больше 1800 тонн тротила, заявленных физиками из «Комитета Мауд» годом ранее.

Тогда же Ванневару Бушу стало ясно, что разделение программы S-1 между армией и гражданским Управлением научных исследований и разработок себя не оправдало. Он обсудил этот вопрос с генералом Брехоном Сомервеллом, главой армейской службы снабжения. Буш пытался оставить программу под управлением гражданских лиц, но Сомервелл хотел отдать проект под полный контроль армии. Ситуация вот-вот должна была измениться, и не в лучшую сторону для ученых, занятых в проекте.

Генерал хотел видеть при себе зависимого подчиненного, которого можно было бы назначить руководителем военной программы, и, казалось, уже подыскал подходящего кандидата: им оказался полковник Лесли Гровс. Закончив военную академию Вест-Пойнта, Гровс собирался на службу за границей, так как порядком устал от бюрократической деятельности в Управлении военными строительными проектами (кстати, незадолго до этого полковник курировал строительство здания Пентагона). Но вышестоящие чины решили по-своему. «Если вы хорошо выполните свою задачу, – сказал Гровсу генерал Сомервелл, – мы выиграем войну». Тому ничего не оставалось, как согласиться.

Лесли Гровс приступил к руководству атомным проектом с военной прямолинейностью. Один из его подчиненных, подполковник Кеннет Никол, вспоминал Гровса такими словами: «Последняя сволочь, но одновременно и один из наиболее умелых людей, которых я встречал в жизни. <…> Я не мог выносить его характер, да и никто его не выносил, но мы по-своему понимали друг друга».

Возможно, Гровс действительно не отличался тактом, зато он очень быстро действовал. Только один пример из его бурной биографии. Еще в 1940 году из бельгийского Конго в США была переправлена тысяча тонн урановой руды для того, чтобы она не попала в руки немцев. Ценный груз полгода простоял в Порт-Ричмонде на острове Статен-Айленд. 17 сентября Гровс узнал о том, что ему поручили руководить программой S-1. И на следующий день направил подчиненных в Нью-Йорк, чтобы те выкупили руду. В тот же самый день он одобрил изъятие участка площадью более 20 тысяч квадратных километров близ Ок-Риджа на востоке штата Теннесси. Впоследствии это место стали называть «Зоной Х»: здесь был построен огромный комплекс для обогащения урана-235 и производства плутония.

Американский атомный проект наконец-то обрел твердого решительного руководителя и начал развиваться немыслимыми до того темпами. Со временем проект обрел и свое уникальное название. Инженерный корпус армии США при упоминании в связи с программой S-1 стал именоваться «Манхэттенский инженерный округ» (его штаб-квартира располагалась на Бродвее, неподалеку от Сити-Холла). Теперь, когда во главе проекта встал армейский инженерный корпус, это название распространилось и на всю программу. Так зародился знаменитый впоследствии «Манхэттенский проект».

Манхэттенский проект

В сентябре 1942 года, сразу после вступления в новую должность и получения звания бригадного генерала, Лесли Гровс отправился с инспекцией по предприятиям, вовлеченным в атомный проект. То, что он увидел, порядком его разочаровало.

Первую остановку он сделал в Питтсбурге, где находились исследовательские лаборатории, принадлежащие корпорации «Вестингауз». Перед ними стояла задача сконструировать объемные высокоскоростные центрифуги для выделения урана-235. Определенно то было не лучшее место для начала проверки. У ученых накопились технические проблемы, проект балансировал на пределе. И по рекомендации Гровса эти исследования вскоре закрыли.

Из Питтсбурга Гровс направился в Колумбийский университет Нью-Йорка, где изучался метод газовой диффузии. Контролировал работы химик Гарольд Юри. Ученые, с которыми здесь встретился Гровс, более оптимистично высказывались об изучаемом ими методе. Единственной серьезной проблемой была коррозия, вызываемая гексафторидом урана. В газодиффузионной установке требовалось смонтировать бесчисленное количество пористых мембран из коррозиеустойчивого вещества. Пока такое вещество известно не было. Гровс счел, что работы следует продолжить, но усомнился, что они дадут положительный результат.

Из Колумбийского университета путь Лесли Гровса лежал на запад. 5 октября генерал прибыл в чикагский «Метлаб». Он пришел к выводу, что возведение экспериментального реактора, которым руководил Энрико Ферми, уверенно продвигается вперед. Однако Гровс поразился, насколько смутно ученые представляли себе детали работы, которые с инженерной точки зрения считались фундаментальными. Если бомбу планируется сконструировать вовремя, то программа уже должна была дать ответы на ключевые вопросы. Сколько потребуется урана? Какого размера будет бомба? Как долго будут продолжаться работы? Физикам же, казалось, доставляло удовольствие предполагать и прикидывать. Гровс заметил физикам, что если бы перед ними стояла задача организовать свадебный банкет, то разговоры наподобие «Мы можем ожидать от десяти до тысячи гостей» совсем не годились бы для грамотного планирования.

Гровс, убежденный, что его окружают одни «ботаники», считал необходимым еще раз дать понять своим подчиненным (среди которых, кстати, было несколько нобелевских лауреатов): он не испытывает пиетета перед их ученостью. Гровс утверждал, что его десятилетнее среднее образование стоит двух докторских степеней. После этого генерал дал ученым время обдумать важность этого утверждения. Но Лео Силарду времени на размышления почти не понадобилось. «Как можно работать с такими людьми?!» – вопрошал он своих коллег. Впрочем, неприязнь между Силардом и Гровсом была взаимной: генерал почти сразу счел венгерского эмигранта-физика «возмутителем спокойствия» и приложил немало усилий, чтобы интернировать его как «враждебного иностранца».

Из Чикаго Лесли Гровс двинулся дальше на запад, в радиационную лабораторию Беркли, куда прибыл 8 октября. Эрнест Лоуренс, мастерски превративший инспекцию в экскурсию, произвел на Гровса очень приятное впечатление. Гровс надеялся, что хотя бы здесь, в Калифорнии, его ждут хорошие новости. Лоуренс пообещал продемонстрировать ему новейшую машину. На тот момент он перешел от работы с 93-сантиметровым циклотроном к использованию 467-сантиметрового суперциклотрона, который уже был готов. Лоуренс сел за пульт управления огромной машины и объяснил, как она работает. Впечатленный Гровс спросил, сколько времени потребуется, чтобы приступить к практически значимому разделению. Лоуренс признался, что пока сколь-нибудь серьезные опыты не проводились; машина еще ни разу не работала дольше 10–15 минут подряд. Чтобы в циклотроне установился необходимый вакуум, она должна проработать от 14 до 24 часов.

Генерал, чувствуя себя обманутым, направился в лабораторию Роберта Оппенгеймера в Беркли. Удивительно, но эта встреча прошла совсем не так, как можно было предположить, зная описываемых персонажей. Оппенгеймер – худой, аскетичный, остроумный интеллектуал с леворадикальными взглядами. Гровс – белозубый, полноватый, консервативный сын пресвитерианского пастора, пропитанный прагматизмом военный инженер, с презрением относящийся к «ботаникам». Но при всем очевидном несходстве эти двое сразу прониклись симпатией друг к другу.

Позднее Лесли Гровс так отзывался о физике, который стал знаменитым благодаря атомному проекту:

С точки зрения сегодняшнего дня кандидатура Оппенгеймера кажется самой подходящей, поскольку он полностью оправдал наши ожидания. Работая непосредственно под руководством Комптона, он возглавлял исследования по созданию бомбы и, без сомнения, знал абсолютно всё, что тогда было известно в этой области. Однако его исследования носили теоретический характер и сводились, по существу, к грамотной оценке мощности взрыва в результате реакции деления ядер атомов. В таких же практических областях, как разработка конструкций взрывателя и бомбы, обеспечивающих ее эффективный взрыв, ничего не было сделано. <…>

Он человек больших умственных способностей, имеет блестящее образование, пользуется заслуженным уважением среди ученых, и я все больше склонялся к мысли, что он справится с предстоящей работой, ибо в своих поисках я не мог найти ни одной кандидатуры, хоть сколько-нибудь более подходящей для решения поставленных задач.

Еще Гровса поразило умение Оппенгеймера доходчивым языком объяснять сложные научные проблемы. Но, что важнее, физику удалось обнадежить Гровса. «Экспертов в этой области нет, – заявил Оппенгеймер. – Она слишком нова». Однако, если всех ученых, изучающих физику бомбы и ее конструкцию, собрать в одной специальной лаборатории, они смогут решить все проблемы, с которыми пришлось столкнуться.

Гровс мыслил в том же направлении и сам планировал создать специальную лабораторию в «Зоне Y». 15 октября он предложил Оппенгеймеру возглавить ее.

Многим специалистам, занятым в проекте, такое назначение показалось немыслимым. На то было немало причин. Во-первых, Оппенгеймер – теоретик со свойственным теоретикам неумением проводить эксперименты. Во-вторых, у него нет Нобелевской премии, а ведь в проекте уже задействовано много нобелевских лауреатов, которым логичнее было бы предложить пост, соответствующий их статусу. И в-третьих, Оппенгеймер дружит с коммунистами, а значит, проект под его руководством может оказаться в опасности. Но все доводы были проигнорированы. Гровс нашел «своего человека» и быстро продавил решение через самые разные комитеты. Роберт Оппенгеймер получил назначение 19 октября 1942 года.

Теперь предстояло найти место для «Зоны Y», где должна была разместиться новая центральная лаборатория. Отдаленный лесистый каньон Хемес-Спрингс в Нью-Мексико Оппенгеймер отверг как слишком «мрачное и удручающее место». Поисковая группа двинулась от Хемес-Спрингс к плато с другой стороны гор Хемес, на котором располагалась частная школа для мальчиков, которая называлась «Лос-Аламосское ранчо». Среди ее выпускников можно назвать Уильяма Берроуза и Гора Видала. Кроме того, эту школу хорошо знал Джеймс Конент – он подумывал отдать туда своего младшего сына. Здесь были здания, водопровод и электричество. Единственная проблема – грунтовая дорога, проложенная к плато от Санта-Фе, расположенного в 50 километрах юго-восточнее, выглядела как тропинка, утопающая в грязи. Тем не менее генералу Гровсу понравилось, что комплекс находится в таком изолированном месте.

На первом этапе Оппенгеймер полагал, что в лаборатории потребуется разместить не более тридцати ведущих ученых плюс вспомогательный персонал. Гровс сразу начал переговоры о приобретении участка, которые завершились быстро и успешно: школа так и не восстановилась после Великой депрессии, поэтому ее последние выпускники получили дипломы 21 января 1943 года.

Оппенгеймер приступил к неофициальному набору ученых для лаборатории через несколько дней после назначения на пост руководителя. Теперь, когда нашли «Зону Y», он и Лоуренс занялись делом всерьез. Многие ученые пытались уклониться от работы в отдаленном месте, некоторые жаловались на трудности с переездом. Лео Силард, например, заявил: «Там никто не сможет ясно мыслить. Все, кто туда отправятся, сойдут с ума».

Но большая часть ученых, которым предложили переехать в Лос-Аламос, сильнее всего беспокоились о том, что им придется работать в военной лаборатории, а значит, служить в армии, чего им совсем не хотелось. Физики Исидор Раби и Роберт Бахер из Массачусетского технологического института убедили Оппенгеймера, что лаборатории нужно сохранить «научную автономность», а превращение ее в чисто армейскую структуру совсем не обязательно. Генерал Гровс согласился с этим неохотно, оговорив, что военные сохранят свою иерархию и будут отвечать за безопасность комплекса.

Итак, ученые Лос-Аламоса получили возможность работать на атомный проект как гражданские лица. Однако из-за беспрецедентных мер безопасности лаборатория вскоре стала напоминать концентрационный лагерь.

Реактор Ферми

Первый американский «критический» реактор изначально было решено соорудить в Аргонском лесу, вблизи Чикаго, но строительство здания задерживалось. Тогда Энрико Ферми предложил собрать атомный «котел» под западными трибунами стадиона «Стагг Филд» Чикагского университета.

Работы по сборке начались 16 ноября 1942 года. Местные жители наблюдали необычайное оживление на территории стадиона. К воротам, ведущим к западным трибунам, один за другим подкатывали машины с грузом. Многочисленная охрана, выставленная вокруг стадиона, не разрешала даже приблизиться к ограде. За самой оградой, в помещении теннисного корта, в строжайшей тайне Ферми вместе с группой коллег готовил необычный и опаснейший эксперимент – осуществление первой в мире контролируемой цепной реакции деления ядер урана.

В ящиках, которые привозили грузовики, находились большие бруски черного материала – графит. Груда ящиков из-под графита росла, и вместе с ней росло сооружение на площадке теннисного корта. Две группы физиков под руководством Уолтера Зинна и Герберта Андерсона работали круглосуточно, в несколько смен. Для реактора понадобилось около 46 тонн оксида урана и около 385 тонн графита. Сборка «котла» осуществлялась по общему плану: детально проработанных чертежей просто не было. Большинство «строительных материалов» изготавливалось непосредственно на месте, в соседних помещениях. Порошкообразный оксид урана прессовался в брикеты на гидравлическом прессе. Графитовые блоки выпиливались с помощью обычных деревообрабатывающих станков. По воспоминаниям самих участников, из-за большого количества образующейся черной пыли они походили на шахтеров после смены.

Согласно плану, «котлу» была придана форма эллипсоида. Для эффективного использования урана нужно было располагать более чистое топливо как можно ближе к центру. Вся конструкция была заключена в деревянную раму. Исходные оценки критического размера активной зоны были завышены, поэтому в конструкции реактора предусматривалась оболочка, из которой можно было бы откачать воздух для уменьшения поглощения нейтронов. Она была изготовлена на заводе компании «Гудъер», специализирующейся на производстве оболочек аэростатов. Из-за секретности проекта назначение оболочки было сокрыто, что вызвало среди физиков массу шуток о «квадратном воздушном шаре».

Укладку каждого нового слоя «котла» начинали после анализа уже полученных результатов. В графитовых кирпичах на строго определенном расстоянии одно от другого высверливали отверстия, куда помещались бруски урана. Сверху вниз через всю графитовую кладку проходили несколько каналов. В каналах располагались бронзовые стержни, покрытые кадмием. Кадмий поглощает нейтроны, и стержни служили для них ловушкой. После укладки очередного слоя поглощающие стержни осторожно извлекались, и проводились измерения потока нейтронов. К пятидесятому слою из семидесяти пяти запланированных стало ясно, что критичность может быть достигнута даже при несколько меньших размерах активной зоны, чем предполагалось в начальных расчетах. Соответственно, количество и размеры последующих слоев были уменьшены.

1 декабря измерения показали, что размер собираемого реактора приближается к критическому. К концу дня, после укладки пятьдесят седьмого слоя, Зинн и Андерсон провели серию измерений активности и пришли к выводу, что при извлечении управляющих стержней в реакторе сможет развиться самоподдерживающаяся ядерная реакция.

Утро 2 декабря 1942 года выдалось холодным. Подмораживало, дул пронизывающий ветер. Около 10.00 Энрико Ферми приказал удалить из реактора все кадмиевые регулирующие стержни, кроме одного. Последний стержень наполовину выдвинули из реактора. Физики внимательно следили за интенсивностью нейтронов и сравнивали результаты с теми, что были спрогнозированы в лабораторных условиях. Около тридцати человек наблюдали за работой с балкона. Среди них были Лео Силард и Юджин Вигнер. Тут Ферми решил сделать перерыв и дождаться руководителей проекта. Регулирующие стержни встали на место.

Около 14.00 прибыл глава «Металлургической лаборатории» Артур Комптон с коллегами – группа наблюдателей увеличилась до сорока двух человек. Ферми распорядился повторить эксперимент, выполненный ранее, и все регулирующие стержни, кроме одного, вновь извлекли из реактора. Когда последний стержень вышел из реактора примерно на 2,5 метра, ядерная реакция стала самоподдерживающейся, а реактор – почти критическим. Ферми приказал своему помощнику Джорджу Вейлю извлечь стержень еще сантиметров на тридцать. Скорость высвобождения нейтронов стала неумолимо расти, из-за этого мерное тиканье нейтронных счетчиков начало ускоряться, пока не слилось в общий гул.

Вот как описал дальнейшие события физик Герберт Андерсон:

Мы работали в режиме высокой интенсивности, и счетчики больше не могли объективно отражать ситуацию. Снова и снова нам приходилось менять шкалу записывающего устройства, чтобы фиксировать скорость высвобождения нейтронов, которая росла все более стремительно. Вдруг Ферми поднял руку. «Реактор стал критическим», – объявил он. Никто из присутствовавших нисколько в этом не сомневался.

По чикагскому времени было 15.25. Атомному «огню» разрешили гореть 28 минут. Затем Ферми дал новый сигнал, и введением кадмиевых стержней «огонь» был погашен.

Физики праздновали победу, а Лео Силард и Энрико Ферми стояли в стороне. «Мы с ним обменялись рукопожатием, – вспоминал позднее Силард, – и я признался в своих опасениях, что этот день запомнится как один из самых мрачных дней в истории человечества».

Тем же вечером Артур Комптон позвонил Джеймсу Коненту и объявил ему:

«Представь себе, итальянский мореплаватель только что высадился в Новом Свете. Земля оказалась не столь большой, как он предполагал, в результате чего он прибыл в место назначения раньше, чем ожидалось».

«Да что ты! – сказал Конент. – А туземцы были любезными?»

«Да. Никто не пострадал, и все в восторге».

На месте проведения эксперимента ныне установлена бронзовая скульптура, созданная Генри Муром.

Фиаско Черчилля

В течение первых пяти месяцев 1942 года английские и американские физики вели свои атомные проекты параллельно, время от времени обмениваясь информацией и нанося «визиты вежливости» друг к другу. В июне союзные лидеры наконец решили, что «супербомбу» следует делать в США, опираясь на ресурсы обеих стран.

Обстоятельства, при которых было принято это важное решение, изложены Уинстоном Черчиллем в его фундаментальном труде «Вторая мировая война», в котором он описывает встречу с Франклином Рузвельтом 20 июня. Присутствовал также Гарри Гопкинс, помогавший впоследствии Черчиллю восстановить смысл исторического разговора. Черчилль свидетельствовал:

Я был твердо убежден в необходимости сразу же объединить все наши сведения и работу продолжать на равных началах, разделив ее плоды, какими бы они ни были, поровну между нами. Затем был поднят вопрос относительно того, где следовало создавать исследовательские организации. Мы были уже осведомлены о чудовищных расходах, которые надо было сделать, отвлекая ресурсы всякого рода, в том числе и умственную энергию, от остальных военных нужд. Учитывая, что Великобритания находилась в зоне бомбежек и непрерывной воздушной разведки противника, казалось невозможным построить на нашем острове огромные, бросающиеся в глаза заводы, необходимые для решения задачи. Мы представляли себе, насколько далеко продвинулся наш союзник, и, конечно, его следовало предпочесть Канаде, которая и так внесла свой важный вклад в дело снабжения ураном. Это было очень трудным решением: направить несколько сот миллионов фунтов стерлингов в проект, успех которого ни один ученый на любой стороне Атлантики не брался гарантировать. Тем не менее если бы американцы не пожелали участвовать в этом рискованном предприятии, то мы совершенно определенно должны были бы собственными силами продвигаться вперед в Канаде или, если канадское правительство будет возражать, в любой другой части империи. Однако я был очень рад, когда президент сказал, что Соединенные Штаты, по его мнению, должны это сделать. Поэтому мы приняли совместное решение и определили основу соглашения. У меня не было сомнений, что сделанное нами в Британии являлось действительным прогрессом, и именно уверенность наших ученых в конечном успехе дала президенту возможность принять это важное и роковое решение.

Однако к началу 1943 года принцип равноправного партнерства нарушился столь решительно, что даже Черчилль был вынужден протестовать. 16 февраля Гарри Гопкинс получил от него следующую телеграмму: «Я был бы очень признателен за какие-нибудь новости <…>, поскольку в настоящее время американское военное ведомство просит нас информировать его о наших экспериментах и в то же время отказывает нам в любой информации об их работах». Гопкинс в ответ попросил прислать ему копию стенограмм соответствующих переговоров или памятные записки, которые, по его словам, «выявили бы характер недоразумения».

Впрочем, не стоит приписывать возникшее «недоразумение» целиком американскому коварству. Во многом оно было обязано своим происхождением армейскому представлению о безопасности, которого придерживался генерал Лесли Гровс. Кроме того, у американцев возникали подозрения, что англичане, предоставив США расходовать колоссальные ресурсы на изготовление атомной бомбы, могли направить собственные усилия на создание ядерного реактора, с помощью которого Великобритания могла бы стать ведущей энергетической державой послевоенного мира.

Уинстон Черчилль не успокоился и обсудил возникшую проблему непосредственно с Франклином Рузвельтом сразу после завершения двухнедельной Третьей Вашингтонской конференции, состоявшейся в мае. Президент лично гарантировал британскому премьеру, что обмен информацией с «Трубными сплавами» будет возобновлен.

Тем не менее взаимные подозрения только обострились. Такое положение вещей не могло сохраняться долго. Кто-то должен был уступить. И в конечном итоге уступила Великобритания. Соглашение, подписанное Рузвельтом и Черчиллем на первой Квебекской конференции в августе 1943 года, положило конец независимости английского атомного проекта.

В соглашении не было ни слова о ранних британских работах над бомбой. Но при этом в нем отмечались большие расходы, в которые вовлекались США. В связи с этим было оговорено, что «любые послевоенные преимущества промышленного или коммерческого характера будут распределяться между Соединенными Штатами и Великобританией на условиях, изложенных президентом Соединенных Штатов премьер-министру Великобритании». Были и другие статьи соглашения: например, о том, что ни одна из сторон не использует бомбу против другой или против любой третьей без взаимного согласия. Было также решено производить обмен информацией между британскими и американскими учеными, работающими в одних и тех же областях.

Почему Черчилль подписал столь унизительный для Великобритании пакт, легко объяснить, взглянув на геополитическую ситуацию того времени. Во-первых, Британия, ослабленная четырьмя годами войны, в принципе не могла торговаться. Во-вторых, Черчилль полностью доверял президенту Рузвельту, что подтверждает его переписка и взаимные инициативы. В-третьих, подписывая соглашение в августе 1943 года, ни Черчилль, ни Рузвельт не сознавали того, как изменится мир, в котором появится атомное оружие.

Способы, которыми должны были осуществляться «ядерные взаимоотношения» между США и Великобританией, оставались не определены, и дискуссии даже после заключения этого секретного соглашения продолжались. Адмирал Уильям Лэги, начальник штаба при президенте Рузвельте, писал по этому поводу:

Во время длительного обсуждения политических и военных вопросов, главным образом касавшихся в высшей степени секретного проекта, носившего название «Трубные сплавы», решалось: будем мы или не будем предоставлять англичанам всю информацию, которую они хотели иметь относительно получения и использования атомной энергии для военных целей.

Мнение президента было таково, что атомные военные секреты не следовало бы сообщать даже союзникам. Но так как англичане сделали свой вклад в атомные экспериментальные работы и продолжали работать в этом направлении, то Рузвельт думал, что секретными данными следовало делиться в той части, которая относилась к промышленному применению. Президент питал большие надежды на то, что после войны будет успешно расширяться научное и промышленное применение атомной энергии. Он принимал на себя ответственность за риск вложения огромных сумм денег, которые в конечном счете составили более двух миллиардов долларов, в работы с атомными экспериментами. <…> В моем присутствии совершенно определенно установили, что Соединенные Штаты, Канада и Британия будут на равных правах участвовать в промышленном использовании атомной энергии. Насколько я знаю, не было никакого соглашения о совместном использовании ее для военных целей. После этого сообщалось, что Рузвельт якобы согласился поделиться с Британией секретами бомбы. Но такого соглашения на данной конференции не было достигнуто.

Каковы бы ни были толкования квебекского соглашения, подписание Рузвельтом и Черчиллем этого документа фактически закрывало британский атомный проект.

В течение осени 1943 года почти все ядерные физики, работавшие в Англии, перебрались в США. Многие из них отплывали из Ливерпуля на пароходе «Эндис». Из-за путаницы случилось так, что не оказалось машин для перевозки их самих и багажа из отеля в порт. В последний момент руководство сумело мобилизовать у частных предпринимателей нужное количество похоронных автомашин. И на этих машинах ученых вместе с багажом доставили на пароход. Куда уж символичнее?

Лаборатория Лос-Аламоса

Роберт Оппенгеймер приступил к руководству лабораторией в Лос-Аламосе очень неуверенно. Казалось, скептики, утверждавшие, что он даже гамбургер продать не сможет, были правы.

В течение первых нескольких месяцев строительство шло в полном беспорядке. Если не считать умения договариваться с военными, у Оппенгеймера не получалось сделать из лаборатории организованную структуру. В представлении Оппенгеймера все выглядело просто: тридцать физиков направляются в Нью-Мексико, чтобы сконструировать атомную бомбу. Столкнувшись с хаосом уже на прощальном ужине у себя дома, Оппенгеймер пришел в ярость. Но после вспышки гнева приступил к спокойному анализу. Учился он быстро. К марту 1943 года Оппенгеймер составил организационную схему нового комплекса и продумал, сколько действительно сотрудников понадобится в Лос-Аламосе (отказалось, что от 100 до 1500!), и взял наконец на себя административный контроль.

В начале апреля на Холме – так стали называть лабораторию Лос-Аламоса и ее окрестности – собралось первые физики. Оппенгеймер не терял времени и быстро завербовал «светил», с которыми работал в прошлом году. Среди них были немец Ханс Бете, швейцарец Феликс Блох, венгр Эдвард Теллер, американцы Роберт Сербер и Ричард Фейнман. Кроме того, Оппенгеймер желал видеть под своим руководством Энрико Ферми. Но труд над ураново-графитовым реактором в Чикаго был для итальянца слишком важным, чтобы отказаться от него и переехать в Лос-Аламос. В итоге ученые достигли компромисса: Ферми работает в качестве удаленного консультанта и при необходимости приезжает в Лос-Аламос.

Оппенгеймер хотел назначить своим заместителем Исидора Раби, но тот занимался радаром и считал решение этой военной задачи более важным, чем попытки построить оружие массового поражения на новых физических принципах. Впрочем, Оппенгеймеру и его удалось убедить стать консультантом Лос-Аламоса.

15 апреля 1943 года в пустой местной библиотеке состоялось первое собрание физиков Лос-Аламоса, и Роберт Сербер прочитал вступительную лекцию. Генерал Лесли Гровс сделал при этом несколько пессимистических замечаний. Казалось, он готовится к провалу проекта и подумывает, что скажет на заседании Комиссии по атомной энергии Конгресса, которое обязательно состоится и на котором обязательно выяснят, на что Гровс растратил колоссальные деньги.

После этого Сербер прочитал первый доклад, составленный по результатам работ за последний год в области деления ядер быстрыми нейтронами. Сербер слыл не самым лучшим оратором, но в данном случае содержание было гораздо важнее формы. «Цель проекта, – говорил Сербер, – создание реального боевого оружия в форме бомбы, энергия в которой высвобождается в результате цепной реакции на быстрых нейтронах в одном или более веществах, характеризующихся атомным распадом». На лекции выяснилось, что многие присутствующие ученые из-за секретности, окружавшей проект, не имеют целостного представления о том, чем им предстоит заниматься. Одни догадывались о деталях. Другие только о чем-то слышали. Теперь всем им предстояло подготовиться к решению гораздо более масштабной задачи.

На первый взгляд казалось, что сконструировать атомную бомбу достаточно просто. Берутся два куска урана-235 или плутония докритической массы так, чтобы вместе они составили массу значительно выше критической. При получении такой суммарной массы происходит взрыв. Но перед тем как это случится, необходимо решить довольно сложные проблемы.

Главная проблема связана с эффективностью. Необходимая критическая масса урана-235 оценивалась в 200 килограммов – многовато для устройства, которое предстояло сбросить с бомбардировщика. Исследователи предложили увеличить эффективность бомбы, уменьшив массу активного вещества, для чего его предлагалось заключить в «отражатель нейтронов» – оболочку из урана-238 или золота, которая позволила бы возвращать вылетающие нейтроны обратно в активное вещество. В случае с ураном-235 такой отражатель позволит снизить критическую массу примерно до 15 килограммов. Для плутония, заключенного в отражатель из урана-238, критическая масса составит всего 5 килограммов.

Однако критическая масса – это минимум, при котором возникает цепная ядерная реакция, а для боевой бомбы активного вещества потребуется значительно больше. Было ясно, что это количество превысит критическую массу, и его стали называть «сверхкритической массой». При соединении докритических элементов в сверхкритическую массу будет запущена разветвленная (дивергентная) цепная реакция, при которой свободных нейтронов будет производиться больше, чем поглощаться. При этом очень важно было рассчитать время. Вычисления показывали, что один килограмм урана-235 распадется за миллионную долю секунды, энергия взрыва составит 20 000 тонн в тротиловом эквиваленте, а вызванная взрывом начальная температура намного превысит солнечную. При такой температуре уран сразу же испарится, газообразное вещество быстро рассеется, из-за чего будет все сложнее поддерживать цепную реакцию. В определенный момент пар достигнет «вторичной критической точки»: количество нейтронов, высвобождаемых в результате распада, сравняется с количеством нейтронов, покидающих зону реакции, – детонация и взрывное высвобождение энергии завершатся. Получается, что, если компоненты соединятся слишком медленно и сверхкритическая масса взорвется преждевременно (и тут же разлетится в разные стороны), взрыв получится значительно слабее, чем планируется. Одно из решений этой проблемы заключалось в следующем. Цилиндрической пробкой из активного вещества (ее окрестили «затравкой») нужно выстрелить в сферу, имеющую докритическую массу. Таким образом, их суммарная масса превзойдет критическую. Следуя терминологии британских физиков из «Трубных сплавов», такой метод получения сверхкритической массы назвали «пушечным».

На ранних этапах конструирования бомбы пришлось столкнуться с еще одной неясностью. Куски активного вещества должны соединиться достаточно быстро, чтобы не произошло преждевременной детонации. Относительная скорость элементов при этом должна была составлять около 10 000 м/с или более. Максимальная начальная скорость снарядов в неядерных видах оружия составляла около 9600 м/с при весе снаряда 22,5 килограмма. Такими показателями обладала пушка, стоявшая на вооружении армии США, с калибром 120 миллиметров, длиной ствола 6,4 метра, весом 5 тонн. Если предположить, что «затравка» с ураном-235 должна быть в два раза тяжелее снаряда, соответственно, нужна и более тяжелая пушка. «Стрелять» бомбой, начиненной ураном-235, предстояло из пушки, которая весит 10 тонн!

Далее встал вопрос об инициирующем заряде для бомбы. Нельзя было с уверенностью утверждать, что простая сборка компонентов в единый кусок со сверхкритической массой приведет к цепной реакции. Для ее запуска в веществе должны появиться подходящие нейтроны, причем в подходящий момент. Роберт Сербер предлагал использовать в качестве инициирующего заряда небольшое количество бериллия и полония. Как мы помним, полоний радиоактивен, он излучает альфа-частицы, которые могут высвобождать нейтроны бериллия. Этот метод получения свободных нейтронов для бомбардировки ядер использовался задолго до создания первого циклотрона. Идея Сербера заключалась в том, чтобы изолировать полоний и бериллий друг от друга специальным экраном до того момента, пока не выстрелит «затравка». «Пушечный» выстрел должен смешать оба компонента инициирующего заряда, вызвав резкий выброс нейтронов как раз в момент достижения сверхкритической массы.

Несмотря на всю простоту «пушечного» метода, Роберт Сербер рассматривал и альтернативный, более замысловатый, способ сборки критической массы. «Допустим, – говорил Сербер, – мы расположим фрагменты по кольцу. <…> Если взрывчатое вещество распределится по кольцу, те фрагменты, в которых начнется реакция, станут слетаться к центру кольца, образуя сферу». Сербер сделал набросок, показав, как будут расположены клинья из активного вещества и отражатели нейтронов. Если эти клинья под действием инициирующего заряда слетятся к центру кольца, то вместе они создадут сверхкритическую массу.

Следующую лекцию читал специалист по баллистике, и на ней слово попросил Сет Неддермейер, молодой физик из Национального бюро стандартов США. Он предложил еще один способ собрать массу активного вещества в сверхкритическую за счет «имплозии». Его идея заключалась в том, чтобы сконструировать полую сферу из отдельных элементов активного вещества, а затем «схлопнуть» их к центру сферы силой взрыва обычных взрывчатых веществ (сферу нужно предварительно ими обложить). «Схлопывание» сферы внутрь себя позволит собрать сверхкритическую массу ядерного горючего исключительно быстро.

Предложение Сета Неддермейера тут же раскритиковали. Самый серьезный контраргумент звучал так: чтобы взрывная масса активного вещества собралась в правильную сферу, обычная взрывчатка должна давать ударную волну практически идеальной сферической формы. Сам Роберт Оппенгеймер критически отнесся к этой идее. Однако ему и раньше приходилось ошибаться. После лекции он поговорил с Неддермейером и согласился, что предложенный молодым физиком вариант нужно хотя бы теоретически исследовать. Оппенгеймер организовал в артиллерийско-техническом отделе специальную группу, которой поручил обдумать предложенную схему, и назначил Неддермейера ее руководителем.

Роберт Сербер завершил свою лекцию, сформулировав задачу, которую предстояло решить:

Из предыдущего обзора мы видим, что проблемы, требующие преодоления в настоящий момент, тесно связаны с измерением свойств нейтронов в различных веществах, а также с баллистикой. Кроме того, мы должны начать разработку технологий по экспериментальному определению критической массы и по расчету времени, оперируя при этом большими, но докритическими объемами активного вещества.

Любые предположения, что может произойти, если такое оружие действительно будет применено, отошли на задний план. Физики сосредоточились только на тех задачах, которые стояли перед ними здесь и сейчас: нейтроны, преждевременная детонация, критические массы, «пушечный» метод, имплозивные ударные волны. И многие взялись за дело с огромным энтузиазмом. Только Энрико Ферми был в замешательстве. Итальянец воспринимал свою работу над бомбой исключительно как гражданский долг, продиктованный необходимостью военного времени. Он сказал Оппенгеймеру слегка ошеломленно: «Мне кажется, ваши люди действительно хотят создать бомбу».

Атомная индустрия

К осени 1943 года Роберт Оппенгеймер и его исследовательская группа уже ясно представляли себе путь к созданию атомной бомбы и не менее ясно видели проблемы, которые придется преодолеть на этом пути.

В то время в Ок-Ридж возводились два комплекса для крупномасштабного выделения урана-235. Один из них назывался «Y-12». Это был завод для электромагнитного разделения изотопов на базе суперциклотрона, сконструированного Эрнестом Лоуренсом. Лоуренс предполагал, что для выделения 100 граммов урана-235 в день нужно оборудовать суперциклотрон как минимум 2000 коллекторными баками, и все они должны располагаться вертикально между лицевыми поверхностями полюсов тысяч и тысяч тонн магнита. Баки и магниты должны образовать овальные блоки, получившие название «беговых дорожек», – по 96 баков в каждой «дорожке». Лесли Гровс счел, что постройка 2000 коллекторных баков – это нереальная задача для строительной компании, и снизил их количество до 500 (то есть до 5 «дорожек»), предполагая, что совершенствование технологии, которое будет ощутимо еще до завершения строительства, позволит ускорить темпы производства урана и компенсировать разницу.

Чтобы комплекс заработал, нужны были вакуумная система и магниты, которые никогда еще не приходилось конструировать в таких огромных масштабах. Длина каждого магнита составляла 76 метров, вес – от 3000 до 10 000 тонн. На их конструкцию ушла почти вся добытая в США медь. Министерство финансов ссудило для проекта 15 000 тонн серебра, из которого изготавливались обмотки электромагнитных катушек. Магниты требовали больше энергии, чем крупный город. На заводе было занято 13 000 рабочих. Первая «дорожка» под названием «Альфа-1» начала работу в ноябре 1943 года.

Несмотря на колоссальные масштабы «Y-12», Лесли Гровс все еще с сомнением относился к перспективам электромагнитного метода. Примерно в 13 километрах юго-западнее «Y-12» расположился комплекс с газодиффузионной установкой – он назывался «К-25» и также пока еще находился на стадии возведения. Этот завод располагался в U-образном строении длиной километр и шириной три километра. В то время это было самое крупное здание в мире. На заводе должно было работать 12 000 человек. Метод газовой диффузии считался более освоенной технологией, нежели электромагнитное разделение. Но укрощение и этой технологии все еще напоминало авантюру: в Колумбийском университете процесс газовой диффузии по-прежнему активно изучали, но еще не решены были проблемы, связанные с коррозией от гексафторида урана.

Другое направление работ было связано с плутонием. После того как в декабре 1942 года Энрико Ферми успешно продемонстрировал самоподдерживающуюся ядерную реакцию, ученые приступили к сборке гораздо более крупного реактора, предназначенного для производства плутония. Комплекс сооружали в «Зоне W» – на территории города Хэнфорд, на юге штата Вашингтон. Работы начались в марте 1943 года, в строительстве было занято 45 000 человек. Первый ядерный реактор, названный «В» (или «105-В»), на основе ураново-графитовой модели, предложенной Ферми, начали строить в августе 1943 года. При этом на возведение завода должно было уйти около года. Следовательно, первая значительная партия плутония, достаточная для применения в атомной бомбе, могла быть получена не ранее 1945 года.

Кроме того, пока оставалось неясным, будет ли эффективен «пушечный» метод в плутониевой бомбе. На тот момент ученые слишком мало знали о физических свойствах нового элемента (в частности, о спонтанном распаде и о преждевременной детонации), чтобы делать какие-то выводы. Если плутоний покажет выраженную тенденцию к преждевременной детонации, начальной скорости заряда не хватит даже при выстреле из самой большой пушки. Плутониевая «затравка» войдет в докритическую массу слишком медленно, чтобы вызвать взрыв. В отличие от «пушечного» метода, имплозия позволяла собрать сверхкритическую массу быстрее и надежнее. Более того, Эдвард Теллер предположил, что докритическую массу плутония в сверхкритическую способна сжать сильная взрывная волна: обычный взрыв буквально спрессует элементы бомбы, после чего уже последует атомный взрыв.

Математик и физик Джон фон Нейман показал, что ударная волна должна быть практически идеальной сферой с погрешностью не более 5 %. В начале июля Сет Неддермейер приступил к небольшим имплозивным экспериментам, которые проходили на плато к юго-востоку от лаборатории Лос-Аламос. Опыт выглядел так. Обычные взрывчатые вещества, обернутые вокруг коротких отрезков трубы, подрывали, и в итоге трубы должны были тесно сблизиться друг с другом, образуя таким образом плоские металлические слитки. Сначала результаты были неудовлетворительными: трубы кривились и сгибались – это означало, что ударная волна имеет неправильную форму.

Согласно расчетам, урановая или плутониевая бомба, основанная на «пушечном» методе, должна быть длинной и тонкой – 5 метров в длину и примерно 60 сантиметров в диаметре. Роберт Сербер назвал эту модель «Худыш» – как персонажа одноименного детективного романа Дэшила Хэммета, написанного в 1933 году. Предполагалось, что плутониевая имплозивная бомба, если имплозию действительно удастся осуществить, должна быть около 3 метров в длину и чуть больше 1,5 метра в диаметре. Такую бомбу Роберт Сербер назвал «Толстяком» в честь Каспера Гатмена – персонажа, сыгранного Сидни Гринстритом в фильме «Мальтийский сокол» по роману все того же Дэшила Хэммета.

Испытания по сбросу бомб таких размеров с бомбардировщика «Б-29» начались в августе 1943 года. Крупномасштабное производство самолетов этой модели для военных целей в Америке только начиналось, и машину требовалось усовершенствовать – так, чтобы она могла донести бомбы до цели. В ходе экспериментов нужно было определить, какие именно изменения понадобится внести в конструкцию самолета. Для сохранения секретности при телефонных разговорах авиационные служащие говорили о самолетах так, как будто они предназначались для перелетов Франклина Рузвельта («Худыш») и Уинстона Черчилля («Толстяк»).

В это время итальянский физик Эмилио Сегре сделал открытие, значительно приблизившее день создания атомной бомбы. В декабре 1943 года он обосновался в небольшом деревянном домике в укромном каньоне Пахарито в нескольких милях от основной лаборатории. Здесь Сегре повторял эксперименты, направленные на изучение спонтанного деления ядер природного урана, которые ранее проводил в Беркли. В целом результаты были такими же, но явно указывали на большее содержание урана-235. Сегре попытался выяснить почему. Оказалось, что дело в высоте. На плато (2225 метров над уровнем моря) образцы Сегре рассеивали гораздо больше нейтронов – из-за воздействия космических лучей, проникавших через верхние слои атмосферы. Чем ближе к верхним слоям атмосферы находился образец, тем больше нейтронов рассеивалось и тем выше была скорость деления. В Беркли удавалось получить гораздо меньше рассеянных нейтронов, так как по отношению к уровню моря город располагался ниже. Это означало, что, если защитить бомбу от рассеянных нейтронов, риск ее преждевременной детонации значительно снизится. Материал активной зоны может быть гораздо менее чистым, чем предполагалось ранее. Кроме того, можно снизить начальную скорость заряда в пушке, требуемую для сбора сверхкритической массы, а значит, можно уменьшить длину ствола и сделать бомбу гораздо компактнее. С 5 метров (длины «Худыша») размер бомбы теперь уменьшился примерно до 1,8 метра. Новая модель получила название «Малыш» – младший брат «Худыша».

Но оставалось еще одно. Согласно оценкам Эрнеста Лоуренса, за время, отведенное на «Манхэттенский проект», можно выделить такое количество урана-235, которого хватит лишь на одну бомбу. Нельзя угрожать атомной бомбой, не имея ее в наличии. Допустим, союзники по антигитлеровской коалиции используют атомную бомбу в начале 1945 года, но они не смогут подкрепить ее разрушительный эффект угрозой повторного применения. Или придется пойти на очень опасный блеф. А что, если немцы ответят собственной бомбой?..

В Ок-Ридже действовал небольшой экспериментальный ядерный реактор – «Х-10», впервые достигший критической массы в ноябре 1943 года. Он предназначался для производства плутония, который собирались применять в лабораторных опытах. И, работая на этом реакторе, физики из Лос-Аламоса обнаружили проблему, которая поставила под сомнение само существование плутониевой бомбы. Оказалось, что свойства плутония из «Х-10» значительно отличаются от свойств микроскопических доз плутония, которые были получены в циклотроне. Годом ранее Гленн Сиборг предупреждал о том, что плутоний, производимый в реакторе, может содержать небольшие количества изотопа плутоний-240, образующегося из плутония-239 после захвата еще одного нейтрона. Сиборг был прав, но ошибся в количестве. Чем дольше плутоний накапливался в реакторе, тем выше становилась доля плутония-240. И этот изотоп оказался очень нестабильным, активно излучал альфа-частицы и был постоянным источником фоновых нейтронов. Считалось, что при применении «пушечного» метода компоненты с докритической массой дают сверхкритическую в течение примерно одной десятитысячной доли секунды. Высокая же скорость спонтанного деления плутония-240 вызовет попадание целого потока нейтронов в собираемую массу еще до достижения оптимальной конфигурации заряда – значит, преждевременная детонация неизбежна. При этом бомба «займется», но не взорвется.

Чтобы очистить плутоний, нужно было отделить плутоний-240 от плутония-239. Из-за того что ядра двух изотопов отличались только на один нейтрон, задача была значительно сложнее, нежели отделение урана-235 от урана-238. Перспектива получить плутоний, а значит, получить доступ к ядерному топливу, которое не требовало трудоемкого разделения изотопов, теперь представлялась совершенно нереальной.

Для обсуждения проблемы Роберт Оппенгеймер встретился 17 июля 1944 года с Джеймсом Конентом, Артуром Комптоном, Энрико Ферми и Лесли Гровсом в Чикаго. Методов очистки плутония, реализуемых на практике, не существовало. Применять же неочищенное топливо в бомбе, сконструированной по «пушечному» принципу, было нельзя. Конент предложил в качестве альтернативы использовать смесь урана с плутонием. Но это будет маломощное оружие, а его взрывная сила не превысит нескольких сотен тонн тротила. Конечно, создав такое оружие, физики получат опыт, необходимый для конструирования более мощных бомб, но Оппенгеймер решительно возразил, что в таком случае в работе возникнет недопустимая задержка. В заключительном отчете, подготовленном на следующий день, он написал:

Представляется целесообразным прекратить интенсивные работы, направленные на получение высокоочищенного плутония, и сосредоточиться на разработке методов, не требующих низкого нейтронного фона. В настоящее время наивысший приоритет следует присвоить имплозивному методу.

Взрывные линзы

Сет Неддермейер и его группа, изучавшая имплозию в артиллерийско-техническом отделе, подошла к проблеме достаточно старательно и академично. «Я чувствовал, что [Оппенгеймер] был очень недоволен тем, что я не спешу с результатами, что я как будто работаю не над военным проектом, а над обыденной научной проблемой», – признавал позже Неддермейер.

Однако решение проблемы имплозии предложил не он, а Джеймс Так – физик из Манчестера, специализировавшийся на кумулятивном эффекте и прибывший в США вместе с другими британскими учеными. Неддермейер пытался создать ударную волну практически идеальной сферической формы, изменяя контуры взрыва, вид взрывчатого вещества, количество детонаторов и их расположение. Взрывная волна, порождаемая точечным детонатором, распространялась по взрывчатому веществу точно так же, как расходятся круги по воде, если бросить в воду камешек. При размещении рядом нескольких детонаторов получались непредсказуемые комбинации сходящихся и расходящихся взрывных волн, как если бы в воду бросили целую горсть камней. Джеймс Так утверждал, что эта проблема не нова: американцы и англичане уже давно разрабатывали бронебойные снаряды, в которых вся взрывная сила заряда направлялась внутрь атакуемой брони, в результате чего образовывались так называемые «взрывные линзы». Эффект возникал по тем же законам, которые действовали при фокусировке световых волн обычными линзами. Оптическая линза влияет на скорость проходящего через нее света так, что в различных частях линзы эта скорость становится разной и свет «собирается» к центру. Взрывная линза состоит из серии зарядов с различной скоростью детонации – в результате взрывная волна «собирается» и фокусируется. Если окружить сферическое плутониевое ядро взрывными линзами, а затем синхронно детонировать все заряды, то, по мнению Джеймса Така, можно получить взрывную волну идеальной сферической формы, направленную точно в центр ядра.

Его предложение не сразу было признано искомым решением проблемы. Создать взрывные линзы было гораздо сложнее, чем просто попытаться получить сферическую взрывную волну с помощью обычной взрывчатки. Однако начальные опыты с имплозией, которые проводил Сет Неддермейер, казались многообещающими. Джеффри Тейлор, ведущий британский специалист по гидродинамике, приехал в Лос-Аламос в мае 1944 года и высказал свое веское мнение. Его расчеты свидетельствовали о том, что обычными методами проблему не решить, и физики Лос-Аламоса стали постепенно приходить к пониманию того, что взрывные линзы – это единственный выход.

Роберт Оппенгеймер решил в корне изменить направление деятельности. В августе 1944 года он разделил артиллерийско-технический отдел на два новых: отдел G (от «gadget» – «устройство, штуковина, прибамбас»), в задачу которого входило изучение имплозии и разработка бомбы «Толстяк», и отдел X (от «eXplosives» – взрывчатое вещество), основной задачей которого стала разработка взрывных линз. Во главе второго отдела Оппенгеймер поставил Георгия Кистяковского, американского физика российского происхождения, который до этого бывал на Холме в качестве консультанта. Через несколько месяцев отдел «Х» включал более 600 специалистов, в том числе 400 военных физиков и инженеров, набранных в Специальное инженерное подразделение. В его состав входили рядовые и сержанты, многие из которых имели специальное образование, а некоторые и докторскую степень.

Обогащенный уран начал поступать в Лос-Аламос из Ок-Риджа в начале 1945 года. Отто Фриш, поселившийся на Холме вместе с другими британскими физиками, разработал хитроумный способ точно определить, сколько именно ядерного топлива понадобится для создания бомбы. Ученые уже имели большой опыт работы с конструкциями из уложенных друг на друга блоков гидрида урана. Массу приближали к критической, снижая долю водорода и пропорционально увеличивая содержание урана-235. Такая «голая» конструкция, которую Фриш называл «Леди Годива», была довольно опасна в эксплуатации. Сам Фриш получил изрядную долю радиации, когда прислонился к установке. От его тела отразилась часть нейтронов. Если бы не препятствие в виде тела ученого, нейтроны вылетели бы из конструкции. А так они вернулись обратно, и сборка стала критической. Фриш заметил, как маленькие красные лампочки, индикаторы интенсивности нейтронов, перестали мигать – они ярко светились, а счетчики нейтронов были перегружены. Фриш поспешно остановил эксперимент.

Теперь предстояло узнать, как обеспечить при работе с критическими и сверхкритическими сборками относительную безопасность. Фриш предлагал собирать блоки из обогащенного гидрида урана в конфигурации, близкие к критическим, но оставлять в центре сборки сквозное отверстие, а затем загнать в это отверстие еще один блок обогащенного гидрида урана (его назвали «ядром»), чтобы сборка стала критической мгновенно, в момент прохождения ядра через сборку и еще до того, как оно из конструкции выпадет. Ричард Фейнман, выступавший в роли эксперта, интуитивно понял, что эксперимент многообещающий, уподобив его «дерганию за хвост спящего дракона». С тех пор этот опыт стали называть «драконьим». Практически это означало, что ученые могли запустить атомный взрыв, ничего на самом деле не взрывая. Но если ядро застрянет, проскакивая через сборку, масса станет критической, и физики получат смертельные дозы радиации.

Возглавив отдел «G», Отто Фриш сконструировал первую из серии таких сборок в небольшой лаборатории в каньоне Омега, немного отдаленной от основного комплекса Лос-Аламоса. Фриш работал круглыми сутками, чтобы провести первые точные измерения критической массы урана-235. Эксперименты были очень успешными. Ядро проскакивало через сборку за доли секунды, и в это мгновение происходил огромный выброс нейтронов, а температура аппарата возрастала на несколько градусов. Максимальный показатель выделения энергии составил 12 миллионов ватт; выброс, длившийся в течение всего лишь трех тысячных долей секунды, увеличил температуру сборки на 6 °C. Это был первый опыт изучения сверхкритической массы урана в лабораторных условиях.

В то же время отдел «X», руководимый Георгием Кистяковским, развил бурную деятельность. Леса, окружавшие Лос-Аламос, гудели от бесконечной череды взрывов, грохотавших все чаще по мере того, как ученые наращивали мощь своих экспериментов. Группа расходовала примерно по тонне фугасной взрывчатки ежедневно, наполняя ею формы и создавая кумулятивные заряды, каждый из которых весил около 23 килограммов и требовал ювелирной точности при обработке. Изучая имплозию, сотрудники отдела «G» придумали серию диагностических испытаний: в них можно было проверить, насколько симметричной получалась взрывная волна. Джон фон Нейман разработал разновидность взрывных линз, состоявших из быстро сгоравшего внешнего слоя и медленно горевшего внутреннего компонента – вместе они действовали как увеличительное стекло, формируя контуры взрывной волны и направляя ее прямо к ядру бомбы. Каждая линза преобразовывала волну от исходного взрыва из сферической, распространяющейся во все стороны, в сферическую, сходящуюся к центральной точке. Второй слой быстро сгоравшего топлива наращивал и усиливал взрывную волну.

7 февраля 1945 года испытания дали обнадеживающие результаты, хотя сферического сжатия твердого ядра всё еще достичь не удалось. 28 февраля состоялось совещание, на котором в числе прочих присутствовали Роберт Оппенгеймер, Лесли Гровс, Джеймс Конент и Георгий Кистяковский. В ходе обсуждения ученые окончательно определили химический состав взрывных линз и общие принципы конструирования плутониевой бомбы.

1 марта Оппенгеймер создал комитет «Ковбой», руководить которым поручил физику Сэмюелю Эллисону, недавно освобожденному от работ в «Метлабе». Задачей «Ковбоя» было «гнать процесс» на заключительных стадиях разработки бомбы. Кистяковский не доверял Эллисону и считал, что Оппенгеймер приказал новоприбывшему коллеге наблюдать за ним. Давление возрастало, нервы у физиков начинали сдавать.

Хотя в Ок-Ридже надежно наладили производство оружейного урана-235, до вероятного конца войны вряд ли было возможно создать хотя бы одну бомбу. С другой стороны, в Хэнфорде полным ходом шла наработка плутония, которого хватило бы на несколько бомб, но обычная «пушечная» схема детонации не могла применяться с реакторным плутонием. Получалось, что все зависело от успеха работ с имплозией. Кистяковский оказался на своеобразной линии фронта. Неважно, насколько ценен был плутоний, прибывавший из Хэнфорда: ученые в Лос-Аламосе сомневались, что «Толстяк» взорвется. Поэтому требовалось провести полномасштабное испытание.

«Троица»

План такого испытания начал разрабатываться годом ранее. Тогда определили место – на краю полигона Аламогордо в пустыне в Нью-Мексико. Его использовала военная авиация для учебных бомбометаний. Полигон имел почти 39 километров в длину и 29 километров в ширину. Когда пришло время дать полигону название, эрудированный Роберт Оппенгеймер вспомнил XIV-й сонет Джона Донна:

В итоге полигон стал называться «Трехликий Господь», то есть «Троица» («Тринити»). Таким же кодовым словом пользовались и для обозначения самого испытания. Подготовку полигона Оппенгеймер поручил гарвардскому физику Кеннету Бейнбриджу.

В середине марта 1945 года ученые получили экспериментальное доказательство сжатия твердого ядра взрывной волной, симметрия которой была настолько близка к идеалу, что результаты четко соответствовали теоретическим прогнозам. Можно было вздохнуть с облегчением. 11 апреля Оппенгеймер написал письмо генералу Лесли Гровсу, поделившись с ним добрыми известиями. Темпы производства урана-235 в Ок-Ридже позволяли предположить, что первая атомная бомба на этом изотопе будет готова к 1 июля. Теперь Оппенгеймер сообщил Гровсу, что и плутониевая бомба может быть собрана в июле.

На следующий день, 12 апреля, умер Франклин Рузвельт. Президент позировал портретисту, когда вдруг внезапно скончался от инсульта.

Весь Лос-Аламос был в шоке. Многие оплакивали уход любимого лидера нации, занимавшего свой пост в течение 13 лет. Некоторые задавались вопросом, продолжится ли существование «Манхэттенского проекта». Во время панихиды, состоявшейся на Холме в следующее воскресенье, 15 апреля, Роберт Оппенгеймер произнес поминальную речь. Он начал ее цитатой из священной индийской книги «Бхагавадгита»:

«Вера каждого соответствует его природе. Человек образован верой; он таков, какова его вера». Рузвельт верил в то же, что и миллионы мужчин и женщин во всем мире. Поэтому мы можем сохранять надежду, поэтому было бы правильно, если бы мы все посвятили себя надежде, что доброе дело Рузвельта не завершится с наступлением его смерти.

Гарри Трумэн, преемник Рузвельта, завоевал определенную известность благодаря своей кампании по борьбе с чрезмерными военными расходами и созданием специального сенатского комитета по исследованию национальной программы обороны, вошедшего в историю как «Комитет Трумэна». Он постоянно думал о том, куда исчезает огромная разница между декларируемым бюджетом Министерства обороны и реальными расходами. Дело в том, что Трумэн не входил в число членов «внутреннего круга» американской администрации и ему не сообщали о «Манхэттенском проекте». И вот теперь человеку, очень далекому от проблем ядерной физики и ее использования в оружейном качестве, предстояло решить ее судьбу. Гарри Трумэн очень быстро понял, что «супербомба» – это мощнейший геополитический козырь в послевоенном мире. Но чтобы этот козырь воспринимали всерьез, требовалось продемонстрировать его в действии.

Предстояло определить цели. Последнее и самое важное совещание по этому поводу состоялось 25 мая 1945 года в Пентагоне. Консультантом от физиков выступал сам Роберт Оппенгеймер. Вел заседание генерал Лесли Гровс. Понятно, что против Германии применить бомбу было уже невозможно – она капитулировала. Оставалась Япония.

Ранее для дальнейшего рассмотрения определили четыре цели. Лесли Гровс вспоминал:

Комитет наметил, а я утвердил в качестве целей следующие объекты:

1) арсенал в городе Кокура, крупнейший в Японии центр военного производства и снабжения самым различным военным снаряжением. Он занимал площадь 44 квадратных километра. Вплотную к нему примыкали железнодорожные депо, машиностроительные заводы и электростанции;

2) Хиросима – крупный центр по переброске морем японских сухопутных войск и пункт формирования морского конвоя. Это город, в котором размещался штаб местных сухопутных войск, а также контингент в 25 тысяч солдат. Вдоль восточной границы города располагались железнодорожные депо, армейские склады и порты, где происходила погрузка войск на суда. К главной части города примыкало несколько крупных промышленных объектов;

3) Ниигата – порт в Японском море, в последнее время приобретавший большое значение. В нем имелись алюминиевый завод и очень крупный металлургический комбинат, а также нефтеперегонные заводы и порт заправки танкеров;

4) Киото – культурно-промышленный центр с населением около миллиона человек. В прошлом столица Японии. В последнее время в этот город были эвакуированы многие отрасли промышленности и большое количество населения из разрушенных городов. Большая площадь, занимаемая этим городом, позволяла ожидать, что область разрушений окажется внутри его территории, а это поможет определить разрушительную силу бомбы.