Создание атомной бомбы - Ричард Роудс

Однако тем же летом разработка плутониевой бомбы чуть было не закончилась провалом, и связано это было не с химией или металлургией, а с физикой. Более чем за год до того Гленн Сиборг предупреждал, что при облучении урана может образовываться не только нужный 239Pu, но и другой изотоп плутония, 240Pu. Предполагалось, что 240Pu, изотоп с четным числом нуклонов, может быть гораздо более склонен к спонтанному делению, чем 239Pu. В образцах плутония, которые Эмилио Сегре изучал в своей уединенной бревенчатой лаборатории, уровень спонтанного деления был приемлемым. Эти образцы были получены из урана на одном из циклотронов Калифорнийского университета в Беркли. Для получения 239Pu из 238U требуется один нейтрон, а для образования 240Pu – два; урановые элементы, жарящиеся в реакторе Х-10, подвергались бомбардировке гораздо большим числом нейтронов, чем мог произвести циклотрон. Когда Сегре измерил интенсивность спонтанного деления плутония из Х-10, она оказалась гораздо выше, чем в образцах из Беркли. В плутонии из Хэнфорда, который должен был подвергаться воздействию еще более интенсивного нейтронного потока, эта величина должна была быть еще выше. С одной стороны, это означало, что в чрезмерно тщательной очистке плутония от вкраплений более легких элементов нет необходимости. Но это же предвещало катастрофу. Для получения критической массы такого материала нельзя было использовать пушечную конструкцию: даже при сближении плутониевой пули и плутониевой мишени со скоростью 900 метров в секунду они должны были расплавиться и затухнуть еще до соединения этих двух частей.

11 июля Оппенгеймер сообщил об этом Конанту. Шесть дней спустя они встретились в Чикаго с Комптоном, Гровсом, Николсом и Ферми, а на следующий день Оппенгеймер отправил Гровсу письменное изложение тех выводов, к которым они пришли. По-видимому, изотоп 240Pu был долгоживущим, а поскольку речь шла о двух изотопах одного и того же химического элемента, удалить его химическими методами было невозможно. Возможность электромагнитного отделения 239Pu от 240Pu они даже не рассматривали. В случае изотопов, различающихся всего на одну массовую единицу, и к тому же чрезвычайно токсичных, это потребовало бы такой гигантской работы, по сравнению с которой огромное калютронное производство в Ок-Ридже показалось бы ничтожно мелким. Такую работу никак нельзя было завершить до конца войны. «Кажется целесообразным, – писал в заключение своего письма Оппенгеймер, – прекратить интенсивную работу по получению плутония более высокой чистоты и сосредоточиться на методах сборки, успешная работа которых не требует низкого нейтронного фона. В настоящее время методом, которому должен быть присвоен наивысший приоритет, является метод имплозии»[2328].

Это вынужденное решение было болезненным, как явно видно из технической истории Лос-Аламоса: «Единственной надеждой оставалась имплозия, и, по имевшимся данным, эта надежда была не очень основательной»[2329]. Эта проблема настолько сильно мучила Оппенгеймера, что он даже подумывал отказаться от должности директора. Сочувствуя его терзаниям, руководитель Отдела экспериментальной физики Роберт Бахер упорно водил его в эти дни на долгие прогулки и в конце концов уговорил отказаться от этого шага. Других подходящих кандидатов на это место просто нет, утверждал Бахер; без Оппенгеймера бомба не будет создана к тому времени, когда она еще сможет приблизить конец войны и спасти человеческие жизни.

Возвращение к активной деятельности изменило настроение Оппенгеймера. «В это время лаборатория располагала мощными резервами: технологиями и квалифицированными сотрудниками с боевым духом, – говорится в технической истории. – Было решено направить на решение задачи имплозии все имеющиеся ресурсы, взяться за нее “в полную силу”»[2330]. Обсудив перспективы с Бахером и Кистяковским, Оппенгеймер решил выделить из отдела артиллерии Парсонса два новых подразделения: Отдел G (от слова Gadget) под руководством Бахера, посвященный физике имплозии, и Отдел X (от слова eXplosives – взрывчатые вещества) под руководством Кистяковского, посвященный совершенствованию взрывных линз. Как вспоминает Кистяковский, флотский капитан пришел в негодование:

[Оппенгеймер] созвал большое совещание всех руководителей групп и там сообщил ничего не подозревавшему Парсонсу, что я планирую полную перестройку организации работы со взрывчаткой. Парсонс был в ярости – ему казалось, что я действовал за его спиной совершенно недопустимым образом. Я прекрасно понимаю его чувства, но я, как и Оппи, был человеком штатским и не был обязан ставить его в известность… Начиная с этого времени отношения между мной и Парсонсом испортились. Он относился ко мне чрезвычайно подозрительно[2331].

В любом случае Парсонс был до предела занят разработкой урановой пушки, «Малыша», и исследованием возможностей ее применения. Оппенгеймер добился своего: было решено взяться за имплозию в полную силу. В следующие месяцы численности постоянных сотрудников лаборатории, выросшей к 1 мая этого года до 1207 человек[2332], предстояло удвоиться и еще раз удвоиться.

В 1941 году Филипп Абельсон, тот самый молодой физик из Беркли, к которому Луис Альварес прибежал в 1939 году прямо из парикмахерской с сообщением об открытии деления ядра, перешел в Исследовательскую лабораторию ВМФ на работу над обогащением урана для нужд флота. За прошедшие с тех пор годы он добился значительных успехов независимо от Манхэттенского проекта. Флот хотел использовать ядерную энергию в двигателях подводных лодок, чтобы увеличить дальность их действия вообще и хода в подводном положении в частности. Однако реактор такого типа, как строил Ферми, был бы слишком громоздким; «стало вполне очевидно, – вспоминает Абельсон, – что реактор на природном уране должен быть размером с сарай»[2333]. Более высокое отношение содержания 235U к содержанию 238U позволило бы сделать реактор более компактным; при достаточном обогащении он мог бы быть таким маленьким, что его можно было бы разместить в корпусе подводной лодки, на том месте, которое отводилось до этого под дизельный двигатель, батареи и топливо.

Процессы обогащения и разделения преследуют разные цели, но используют одни и те же технологии. Абельсон начал свою работу с рассмотрения уже полученных данных по этим технологиям. Барьерную газовую диффузию изучали в это время в Колумбийском университете, электромагнитное разделение – в Беркли, а разделение центрифугированием – в Университете штата Виргиния. Абельсон решил испытать методику, изобретенную до войны в Германии, – жидкостную термодиффузию (Отто Фриш некогда безуспешно экспериментировал в Бирмингеме со схожим процессом, газовой термодиффузией, используя для этого стеклянные трубки). Термодиффузия основана на стремлении более легких изотопов смещаться в более горячую область, в то время как изотопы более тяжелые смещаются в область более холодную. Такая диффузия может быть осуществлена в весьма простом устройстве: нужно установить горячую трубку внутрь холодной и обеспечить