Антон Первушин - Атомный проект. История сверхоружия

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.

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.