Атомный проект. История сверхоружия - Антон Первушин

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».