Сталин и бомба. Советский Союз и атомная энергия. 1939-1956

Холловэй Дэвид

30 ноября 1940 г., через четыре дня после окончания конференции, Урановая комиссия собралась, чтобы заслушать отчеты Ферсмана и Хлопина об экспедициях, которые под их руководством той же осенью раньше вели разведку урановых месторождений в Средней Азии ^{302} . Ферсман обрисовал мрачную картину. К 1942–1943 гг. можно будет добывать 10 тонн урана в год, сказал он, если будет построен рудник. Но создание сырьевой базы потребует значительных капиталовложений, а потребность в уране для получения атомной энергии может быть оценена лишь приблизительно. Поэтому он предложил, чтобы были учтены потребности и других отраслей, в которых может быть использован уран, т. е. металлургии, красильной и фармацевтической промышленности. Хлопин утверждал, что следует точно установить объем запасов урана и определить масштаб работ по их эксплуатации. Он предложил установить объем резервного запаса, чтобы гарантировать обеспечение ураном-235 или ураном, обогащенным этим изотопом до трех-четырех процентов. Он настаивал также на создании специального запаса из двух тонн урана. Комиссия одобрила это предложение ^{303} . [76]

76

Щербаков позднее писал, что доклад о результатах экспедиции сыграл «значительную роль для последующей практической работы» (Щербаков Д.И. Избр. тр. М.: Наука, 1969. Т. 2. С. 214).

Пока Хлопин сосредоточил свое внимание на поставках урана, Харитон и Зельдович продолжали изучать условия возникновения цепной ядерной реакции. В ходе исследований они поставили тот же вопрос, который был поднят годом

ранее Фришем и Пайерлсом: если предположить, что имеется чистый уран-235, то какова его критическая масса? Так же как Фриш и Пайерлс, они пришли к заключению, основываясь на теории Бора — Уилера, что в уране-235 почти каждое столкновение нейтрона с ядром урана приводит к делению [77] . Вместе с сотрудником Радиевого института Исаем Гуревичем они подсчитали величину критической массы для цепной реакции на быстрых нейтронах в куске чистого урана-235, окруженного отражателем нейтронов ^{304} . [78] В статье, представленной в 1941 г. 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» ^{305} . (Война началась до того, как их статья могла быть опубликована, и она увидела свет только сорока годами позже [79] .) Полученная ими оценка (10 килограммов) была на порядок выше сделанной Фришем и Пайерлсом (один килограмм), но разница была невелика в сравнении с более ранними оценками, по которым нужны были тонны урана-235. [80] Как и Фриш с Пайерлсом, Харитон и Зельдович высказали несколько соображений, касающихся инициирования взрывной цепной реакции, и подсчитали, что если блок урана-235 будет сжат с помощью обычной взрывчатки, может начаться цепная реакция [81] . Разница между работами Фриша и Пайерлса, с одной стороны, и Харитона и Зельдовича — с другой, состояла в том, что первые предложили метод разделения изотопов, а вторые этого не сделали. В 1937 г. Харитон опубликовал работу о разделении изотопов с помощью метода центрифуги, в которой он доказывал, что этот метод будет рациональным только в случае их малых количеств. В 1940 г. он и Зельдович не предложили какого-либо определенного метода разделения ^{306} . [82]

77

Говоря о теории Бора — Уилера, они писали, что «при бомбардировке урана-235 захват нейтрона с вероятностью, не отличающейся от единицы, ведет к делению» (Зельдович Я. Б., Харитон Ю.Б. Механизм деления ядер. II// УФН. 1983. Т. 139, № 3. С. 513.

78

Здесь содержится указание на использование отражателя нейтронов. Трое авторов писали эту статью в мае 1941 г., но она не была опубликована. См.: Памяти И.И. Гуревича// Курчатовец. 1922. Дек. Сб.

79

Это вторая часть статьи о механизме деления. Первая была опубликована в сентябрьском выпуске журнала «Успехи физических паук», который был направлен в печать 15 июля. Следующий номер журнала появился только в 1944 г. К этому времени было решено, что вторая часть статьи не должна публиковаться в открытой печати; она была напечатана в «Успехах физических наук» только в 1983 г.

80

Критическая масса сферы из урана-235 при его нормальной плотности и без отражателя составляет примерно 52 килограмма (см.: Cochran Т. В., Arkin W. В., Hoenig М.М. Nuclear Weapons: Databook. V. 1: US Nuclear Forces and Capabilities. Cambridge: Ballinger, 1984. P. 24).

81

Фриш и Пайерлс писали, что «сфера радиуса менее 3 см могла быть сделана из двух полусфер, стягивающихся с помощью пружин и отделенных друг от друга специальным приспособлением, которое может быть удалено в нужный момент» (цит. по: Gowing M. Britain and Atomic Energy. P. 391). Предложение Харитона и Зельдовича могло быть таким же. Обсуждение, касающееся конструкции, предложенной Флеровым, см. в главе 4.

82

В своей статье Харитон имел в виду не уран, а азот.

Параллель с меморандумом Фриша — Пайерлса поразительна. Меморандум английских физиков, конечно, не был опубликован, и нет ни оснований, ни свидетельств в пользу того, что Зельдович и Харитон знали о нем из данных разведки. Расчеты величины критической массы, выполненные Харитоном и Зельдовичем, были логическим продолжением их ранних исследований. Семенов как директор института, в котором они работали, естественно, знал об их работе и понимал, что она открывает возможность создания атомной бомбы. Он обратился в научно-техническое управление народного комиссариата нефтяной промышленности, которому в то время подчинялся Институт химической физики, с сообщение о том, что теперь появилась возможность создания бомбы, обладающей несравненно большей разрушительной силой, чем у любого существующего взрывчатого вещества, и настаивал на расширении исследовательских работ. Он просил, чтобы его письмо было передано наркому ^{307} . [83] Поскольку копия этого письма не была найдена, невозможно точно утверждать, каково было его содержание, а также и когда оно было написано. Это письмо могло быть написано во второй половине 1940 г. или в первые месяцы 1941 г. Но оно могло быть написано и до того, как Харитон и Зельдович провели свои расчеты критической массы урана-235. Во всяком случае, оно не вызвало никакой реакции. Здесь параллель с меморандумом Фриша — Пайерлса прерывается, потому что работа, выполненная Харитоном и Зельдовичем, не привела к созданию чего-либо подобного Комитету Мод, который был исключительно важной структурой. Семенову следовало бы, наверное, написать кому-нибудь, кто занимал в правительстве более высокое положение [84] .

83

Головин пишет, что письмо было послано в Народный комиссариат тяжелой промышленности, но такого наркомата в 1940 г. уже не было. См. также: Харитон Ю. Б.// Воспоминания об академике Николае Николаевиче Семенове/ Под ред. A. Е. Шилова. М.: Наука, 1993. С. 38.

84

Предложение, озаглавленное «Об использовании атома как взрывчатого элемента», было направлено в Наркомат обороны в октябре 1940 г. B. А. Масловым и В.С. Шнинелем, работавшими в Харьковском физико-техническом институте. Это предложение кочевало по отделам наркомата, который решил в начале 1941 г., что рано еще думать об использовании атомной энергии в Красной Армии. Фактически не было даже приблизительной рабочей концепции. См.: Харитон Ю. Б., Смирнов Ю.Н. О некоторых мифах и легендах вокруг советского атомного и водородного проектов// Материалы юбилейной сессии ученого совета центра. М.: Изд. Инта атомной энергии им. И.В. Курчатова, 1993. C. 41; Бабаев В., Гудков Е. Атомная бомба: харьковский проект// Неделя. 1990. № 22. С. 14, 15.

Во второй половине 1940 г. советские ученые все больше осознавали стратегическую значимость открытия деления ядер. Ситуация в Европе ухудшилась. Германия стала основной силой на континенте, после того как в июне нанесла оглушительное поражение Франции. Красная армия неудачно воевала с Финляндией. В Советском Союзе заметно росло чувство тревоги, и это способствовало тому, чтобы обратить внимание на использование атомной энергии в военных целях. Более того, в конце лета 1940 г. для советских ученых стало очевидным влияние, оказываемое войной на ядерные исследования. Они начали замечать, что публикации о делении ядер в зарубежных журналах стали появляться все реже. Вернадский осознал это в августе 1940 г., и тогда эта тема обсуждалась ленинградскими физиками^{308}. Иоффе в своем письме к Нильсу Бору от 5 декабря 1940 г., написанном сразу по окончании Московской конференции по ядерной физике, намекнул на это. «К несчастью, — писал он, — мы почти не имеем новостей о научных результатах за рубежами нашей страны». Бор вскоре ответил ему из Копенгагена, который был в это время уже оккупирован нацистской Германией, но лишь очень немного сообщил о последних исследованиях^{309}.

V

Урановая комиссия продолжала свою работу, а исследования проводились широким фронтом,

но без особой интенсивности. В марте 1941 г. Хлопин сказал: «Мы, конечно, еще очень далеки от решения этой задачи [использование атомной энергии], однако некоторая надежда на ее положительное решение имеется, и работа в этом направлении идет» ^{310} . Циклотрон Радиевого института начал действовать в конце 1940 г. Курчатов стал уделять внимание постройке циклотрона в институте Иоффе. Он и Алиханов взяли на себя ответственность за эту работу, причем Курчатов занимался расчетами и конструированием, а Алиханов обеспечивал получение необходимых фондов и материалов. К лету 1941 г. строительство циклотрона было почти закончено, и запуск его планировался на 1 января 1942 г. ^{{311} , [85]} Поскольку было понято, что именно уран-235 является делящимся изотопом, интерес к методам разделения начал возрастать. У советских физиков наибольшей популярностью пользовались два метода: термодиффузия и центрифуга. Радиевый институт, биогеохимическая лаборатория и Днепропетровский физико-технический институт — все эти учреждения работали над методом термодиффузии ^{312} . Многие физики, 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 бы быть получено за счет деления урана-235. ^{313} В.С. Шпинель из УФТИ считал, что использование диффузионных методов для разделения изотопов тяжелых элементов очень непроизводительно и что для этих целей подошла бы центрифуга, которую изучал в УФТИ Фриц Ланге. Ее использование представлялась более перспективным подходом к решению проблемы разделения ^{314} . Исследовались и другие методы. Курчатов поручил Арцимовичу начать в институте Иоффе эксперименты с электромагнитным методом разделения изотопов, а в Радиевом институте изучали возможность разделения с помощью линейного ускорителя ^{315} . В январе 1941 г. в биогеохимической лаборатории для целей разделения была предпринята попытка приготовить гексафторид урана (соединение в газовой форме, содержащее уран), и Вернадский начал искать подходящее помещение для этой работы.

85

Закладка здания циклотрона была осуществлена 23 сентября 1939 г., но строительство было приостановлено в 1939–1940 гг. во время войны с Финляндией, когда прекратились работы над гражданскими проектами. Однако в феврале 1941 г. магнит с диаметром электромагнита в 1,2 метра прошел испытания на ленинградском заводе «Электросила».

Размах советских ядерных исследований может быть оценен, если ознакомиться со списком проблем, обсуждавшихся на заседании Урановой комиссии 17 мая 1941 г.: расчет цепной реакции, методы разделения изотопов, использование флюоресцентных методов для обнаружения урана и работы, проводимые в Ленинградском и Харьковском физико-технических институтах^{316}. Однако работа Комиссии была затруднена двумя обстоятельствами. О первом Вернадский записал в своем дневнике так: «рутина и невежество советских бюрократов». Весной 1941 г. правительство предложило приостановить разведку урановых месторождений в Табашаре, хотя до сих пор не было определено, что это за месторождение и как глубоко залегает в нем руда. Лишь протест со стороны Хлопина, Вернадского и Ферсмана убедил правительство в необходимости отмены этого решения^{317}.

Второе препятствие заключалось в напряженности отношений, сложившихся между группой Вернадского и физиками. Отчасти их неприязнь коренилась в давнем соперничестве, но она отражала также разногласия, связанные с тем, чему отдавать приоритет: теории ядра или разведке урана. 16 мая 1941 г. Вернадский записал содержание разговора, который состоялся у него с одним из вице-президентов Академии: «Между прочим я ему указал, что сейчас обструкция в физиках (Иоффе, Вавилов — я не называл лиц). Они направляют усилия на изучение атомного ядра и его теории, и здесь (например, Капица, Ландау) делается много важного, но жизнь требует направления рудно-химического» ^{318} . Двумя неделями позже он писал: «…Физик направляет внимание на теорию ядра, а не на ту прямую задачу, которая стоит перед физико-химиком и геохимиком, — выделения изотопа 235 из урана» ^{319} . [86]

86

Вернадский не был в плохих отношениях со всеми физиками. Во время войны он очень подружился с Мандельштамом, которым восхищался. Его мнение о Иоффе было невысоким. Он считал его «карьеристом, менее талантливым и великим, чем он думает» (АРАН. 518–2-52. С. 311).

Хотя соперничество между группой Вернадского и физиками и существовало, в нем не было идеологической и политической подоплеки. Противоречия были острыми, но ни одна из сторон не обращалась к сталинскому методу аргументации. Не было и обвинений в саботаже или антимарксизме. Эти люди были слишком преданы науке, преданы физике, чтобы прибегать к таким методам. Они не переступали границы той области, где использовался опасный язык сталинской политики.

Плохие отношения между Хлопиным и Иоффе видны из переписки между ними, относящейся к декабрю 1940 г. 2 декабря Иоффе вышел из состава Урановой комиссии. Он писал, что проблема урана претерпевает быстрые изменения и «совершенно необходимо, чтобы принимаемые комиссией решения учитывали все возможные факты. Между тем физики (Курчатов и др.) не участвуют в самых ответственных заседаниях, а остальные члены комиссии», и в том числе Хлопин, «недостаточно полно осведомлены о вновь возникающих возможностях и об устранении других, ставших малонадежными» ^{320} . Непосредственным поводом для этого письма было приглашение Иоффе на заседание Урановой комиссии 30 ноября, которое пришло с опозданием на три дня. Хлопин ответил, что физики присутствовали на всех «ответственных заседаниях»: «…Вы сами, ак. С.И. Вавилов, ак. П.П. Лазарев, ак. А.И. Лейпунский, Ю.Б. Харитон и др. Что касается И.В. Курчатова, то он действительно по непонятной для меня причине ни на одном заседании комиссии не был, хотя приглашение на них, за исключением последнего, получал все время» ^{321} . [87]

87

Лейпунский был действительным членом Академии наук Украины, а не Академии наук СССР.

Ссылка на то, что Курчатов не бывал на заседаниях Урановой комиссии, не может не заинтриговать. В воспоминаниях о Курчатове его часто рисуют как «избранного» для великих свершений, но в тот период было еще мало признаков его силы и того влияния, которое он приобрел позднее. Он был известным ученым, своим коллегам он внушал доверие, но его не считали по-настоящему выдающимся физиком. Когда институт Иоффе представил кандидатуру Курчатова в Академию во время выборов 1938 г., он не был в нее избран^{322}. Он хотел ускорить работы по ядерным цепным реакциям, но предложенный им план Академией не был принят. Для Курчатова это было волнующим временем, потому что область его исследований развивалась очень быстро. Гуревич писал, что после открытия деления ядер он находился в «праздничном настроении», но это было для него и время крушения планов^{323}.

Хотя личные контакты с западными коллегами прекратились, советские ученые продолжали очень внимательно следить за работами, ведущимися за границей. Например, тщательно изучались эксперименты, выполненные группой Жолио в Париже или Ферми в Нью-Йорке. То же справедливо в отношении теории деления Бора и Уилера. Советские ядерщики особенно заинтересовались статьей, опубликованной в «Физикэл Ревью» в июне 1940 г. учеными из университета в Беркли Эдвином Макмилланом и Филиппом Абельсоном, в которой сообщалось о том, что ими получен элемент нептуний, и утверждалось, что существует элемент-94. ^{{324} ,} [88] Это была статья, опубликование которой вызвало протесты физиков Великобритании и Соединенных Штатов и которая повлекла за собой прекращение публикаций по делению ядра.

88

В 1941 г. в работах Хлопина, а также Харитона и Зельдовича появилось несколько ссылок на эту статью. Зельдович и Харитон ссылались на нее во второй части своей статьи о механизме деления ядер (см.: Зельдович Я. Б., Харитон Ю.Б. Механизм деления ядер. II. С. 286), а Хлопин — в своей лекции в марте 1941 г. (см.: Хлопин В.Г. Превращение элементов… С. 1065). 121