Атомный проект. История сверхоружия

Первушин Антон Иванович

12 июля Вернадский и Хлопин направили письмо Николаю Александровичу Булганину, заместителю председателя Совнаркома, ответственного за химическую и металлургическую промышленность. В письме они обращали внимание на открытие деления атомного ядра и на огромное количество энергии, которое при этом освобождается. То была фактически первая попытка советских ученых предупредить одного из главных членов правительства о том, что открытие деления урана-235 медленными нейтронами дает возможность управлять реакцией деления ядра. На пути практического использования атомной энергии, считали они, стоят весьма значительные трудности, которые «не имеют, однако, принципиального характера». Ученые просили правительство предпринять шаги, «которые обеспечили бы Советскому Союзу возможность не отстать в разрешении этой важнейшей задачи от зарубежных

стран». Перед Академией наук должны быть поставлены задачи сконструировать устройство для разделения изотопов и ускорить проектирование нового «сверхмощного» циклотрона ФИАНа.

30 июля 1940 года на основе письма правительство одобрило учреждение Комиссии по проблеме урана при президиуме Академии наук. Ее председателем стал Виталий Хлопин, а Владимир Вернадский и Абрам Иоффе были назначены его заместителями. Перед комиссией была поставлена задача составить план необходимых исследований, организовать работу по методам разделения изотопов урана, начать изучение управляемых ядерных реакций, а также координировать исследования в этой области. Группе под руководством минералога Александра Ферсмана было предписано еще до конца года отправиться в Среднюю Азию, чтобы исследовать месторождения урана и организовать в Ташкенте соответствующую конференцию. Кроме того, группа Ферсмана должна была представить план создания Государственного уранового фонда.

Урановая комиссия приступила к работе. На одном из первых ее заседаний, на котором присутствовали руководители промышленности и геологи, Виталий Хлопин объяснил, что проведенное недавно исследование «сделало вероятным осуществление так называемой цепной реакции», сопровождающейся выделением исключительно большого количества энергии. Он предупредил, что «на пути стоит очень много трудностей», а сам «механизм этой реакции недостаточно выяснен». Он объяснил, что такая реакция может быть осуществлена на уране-235. Однако необходимо попробовать осуществить ее на уране-238, что «не является совершенно невозможным теоретически». Цепная реакция потребует «количеств, исчисляемых десятками килограммов этой смеси», – сообщил Хлопин, подчеркнув, что накопление запасов урана является теперь фундаментальной задачей: «Прежде всего надо выяснить, какими запасами мы можем располагать, то есть можем ли дать нужное количество. Затем, познакомившись с тем, в каком положении находится наша сырьевая база на сегодняшний день, выяснить, правильно ли проводятся геологические поиски урановых месторождений».

Проблема дефицита урана стояла очень остро. Из-за того, что он почти не пользовался спросом в предыдущий период, его запасы были скудны, а разведанные месторождения можно было пересчитать по пальцам. Для одного из первых экспериментов, выполненных в его лаборатории, Игорь Курчатов отправил своих молодых сотрудников в рейд по фотомагазинам Ленинграда с поручением закупить весь имевшийся там нитрат урана. Теперь такого рода импровизации были неуместны: чтобы получить необходимые данные о перспективах осуществления цепной реакции, ученые нуждались в больших количествах урана. В работе, написанной в начале лета 1940 года, Зельдович и Харитон дали обзор исследований по делению ядра и подсчитали, что для осуществления цепной реакции на медленных нейтронах необходимо 2,5 тонны урана и 15 тонн тяжелой воды. О реакциях на быстрых нейтронах ничего не было сказано.

9 сентября Курчатов написал Хлопину, что ему надо от 500 до 1000 граммов чистого металлического урана для изучения возможности возникновения цепной реакции в уране-238. Немного позднее он написал ему снова, спрашивая, когда металлический уран может быть получен и какие меры следовало бы предпринять, чтобы ускорить дело.

Отметим, что в планах ленинградских физиков того времени не было и намека на исследования по атомной бомбе. Они, конечно, понимали, что деление ядер может быть использовано в военном деле, но основной их интерес в то время состоял в том, чтобы установить, действительно ли возможна цепная реакция, а не в том, чтобы достигнуть какой-либо практической цели.

Будущее ядерных исследований явилось предметом «весьма оживленной» дискуссии на 5-й Всесоюзной конференции по ядерной физике, которая состоялась в Москве 20–26 ноября 1940 года. В ней приняло участие около двухсот ученых. Игорь Курчатов прочитал основной доклад о делении атомного ядра, в котором проанализировал успехи в этой области, достигнутые в предыдущем году, и особо остановился на проблематике цепной реакции. Самое важное – физик представил таблицу, в которой сравнил требуемые количества

урана и тяжелой воды с имеющимися их мировыми запасами: 500 килограммов обогащенного урана против нескольких граммов, 15 тонн тяжелой воды против 500 килограммов, накопленных в лабораториях. По своему тону доклад Курчатова был сдержанным и трезвым, но в нем указывалось на необходимость принятия «чрезвычайных мер», если потребуется получить цепную реакцию.

Дискуссия физиков началась во время перерыва. Основной вопрос заключался в том, достаточно ли известно о цепных реакциях, чтобы оправдать средства, необходимые для серьезных работ по разделению изотопов, получению необходимых количеств урана-235 и производству тяжелой воды. После перерыва академик Хлопин вернулся на сцену и заявил, что пришел к выводу о преждевременности «чрезвычайных мер»: в Европе идет война и деньги нужны для других целей. Он сказал, что необходимо поработать еще как минимум год в лабораторных условиях и только тогда решить, есть ли основания обращаться к правительству и запрашивать несколько миллионов для строительства экспериментального уранового реактора. Курчатов, по-видимому, приготовил записку, в которой просил правительство об увеличении средств, но заявление Хлопина исключало такой ход.

30 ноября, через четыре дня после окончания конференции, Урановая комиссия собралась, чтобы заслушать отчет Александра Ферсмана об экспедициях, которые той же осенью вели разведку урановых месторождений в Средней Азии. Ферсман обрисовал довольно мрачную картину. Через три-четыре года можно будет добывать 10 тонн урана в год, если будет построен рудник. Однако создание сырьевой базы потребует значительных капиталовложений, а потребность в уране для получения атомной энергии может быть оценена лишь приблизительно. Поэтому Ферсман предложил, чтобы были учтены потребности и других отраслей, в которых может быть использован уран, то есть металлургии, красильной и фармацевтической промышленности.

Параллельно Яков Зельдович и Юлий Харитон продолжали изучать условия возникновения цепной реакции. В ходе исследований они поставили тот же вопрос, который был поднят годом ранее Отто Фришем и Рудольфом Пайерлсом: если предположить, что у вас есть достаточно чистого урана-235, то какова должна быть его критическая масса, чтобы вызвать цепную реакцию? Так же как и предшественники, они исходили из допущения, что в уране-235 почти каждое столкновение нейтрона с ядром урана приводит к делению. Вместе с сотрудником Радиевого института Исаем Израилевичем Гуревичем они подсчитали величину критической массы для цепной реакции на быстрых нейтронах в куске чистого урана-235, окруженного отражателем нейтронов. В статье, представленной весной 1941 года в журнал «Успехи физических наук», они бегло сослались на эти расчеты: «Для осуществления цепного деления урана с выделением огромных количеств энергии достаточно десятка килограммов чистого изотопа урана-235». Статья не была опубликована из-за начавшейся войны, а потом ее засекретили – в итоге она увидела свет через сорок лет, когда изложенные в ней данные стали общеизвестны. Полученная советскими физиками оценка (10 килограммов) была на порядок выше той, которую сделали британские коллеги (1 килограмм), но разница невелика в сравнении с более ранними оценками, согласно которым нужны были тонны урана-235. Помимо прочего, Зельдович и Харитон высказали несколько соображений, касающихся инициирования атомного взрыва, и подсчитали, что, если блок урана-235 будет сжат с помощью обычной взрывчатки, может начаться цепная реакция.

Урановая комиссия продолжала свою работу, а исследования проводились широким фронтом, но без особой интенсивности. Поскольку было понятно, что именно уран-235 является делящимся изотопом, интерес к методам разделения изотопов начал возрастать. У советских физиков наибольшей популярностью пользовались два метода: термодиффузия и центрифуга. Многие ядерщики, однако, полагали, что эти методы не очень перспективны для осуществления разделения в промышленных масштабах, потому что процесс разделения потребовал бы затрат такого же количества энергии, которое могло быть получено за счет деления урана-235. К примеру, харьковский физик Владимир Семёнович Шпинель считал, что использование диффузионных методов для разделения изотопов тяжелых элементов очень непроизводительно и что для этих целей подошла бы центрифуга. Исследовались и другие методы. Так, Игорь Курчатов поручил Льву Арцимовичу начать в институте Иоффе эксперименты с электромагнитным методом разделения изотопов, а в Радиевом институте изучали возможность разделения с помощью линейного ускорителя.