Навигация:
Отто Роберт Фриш и Рудольф Пайерлс приходят к выводу о возможности создания атомной бомбы
Гексафторид урана
Меморандум Отто Роберта Фриша и Рудольфа Пайерлса
Первая проба плутония
Авария в Лейпциге на экспериментальном ядерном реакторе L-IV
Манхэттенский инженерный участок
Первый в мире атомный реактор
Первый промышленный реактор для наработки плутония, ядерный комплекс Hanford Engineer Works (HEW)
Электромагнитный метод разделения изотопов урана
Джон фон Нейман
Джим Такк и концепция «взрывных линз»
Первый плавки металлического плутония и клуб UPPU
Кризис Манхэттенского проекта
Полониевый инициатор атомного взрыва
Дорогостоящие эксперименты участников Манхэттенского проекта
Ричард Фейнман и его хобби взламывать комбинации сейфовых замков
Подготовка к первому испытанияю атомной бомбы на полигоне Аламогордо
Группа Кистяковского и отливки взрывных линз
Подготовка к испытанию «Trinity»
Бардак с радиосвязью на испытательном полигоне
Первый атомный взрыв
Летом 1939 года Отто Роберт Фриш поехал из Копенгагена в Бирмингем. Его пригласил Марк Олифант, руководитель Физического института Бирмингемского университета, занятый разработкой сверхсекретного радара. После того как началась война, Фриш больше не возвращается в Данию — из страха перед скорым вторжением немецкого вермахта. Олифант дает ему возможность работать в своем институте — для начала руководителем практических занятий студентов.
Фришу не дают покоя нерешенные проблемы расщепления ядра. У него есть идея, как отделить уран-235 от урана-238 и без использования циклотрона. Клаус Клузиус, на тот момент профессор физической химии в Мюнхене и член «уранового клуба», в 1938 году разработал простой способ разделения. Длинная, вертикально стоящая трубка наполняется газообразным соединением элемента, изотопы которого нужно отделить друг от друга. Трубка нагревается с одного конца, и более легкие атомы собираются у теплого конца трубки, а более тяжелые — у холодного.
В ту пору Фриш разделяет взгляды Нильса Бора, который хоть и считает атомную бомбу теоретически возможной, однако технические трудности находит непреодолимыми. И все же из чистого любопытства Фриш пытается прикинуть, какое количество урана было бы необходимо для бомбы. Каков среднеарифметический путь нейтрона в шаре из урана-235 до столкновения с первым ядром? Как высока вероятность того, что он расколет это ядро? Каков должен быть минимальный размер шара, чтобы нейтроны не вылетали из него наружу, распыляясь вхолостую? Фриш вставляет уже проверенные значения в известные формулы и приходит к поразительному результату. Чтобы запустить взрывную цепную реакцию, не нужно накапливать тонны урана-235, как предполагало до сих пор большинство теоретиков. Достаточно одного-двух фунтов ценного вещества, чтобы образовалась критическая масса.
Теперь Отто Фриш рассчитывает оптимальный градус действия сепаратора для отделения урана-235. К этому времени он подружился с немецко-еврейским физиком Рудольфом Пайерлсом, который бежал от нацистов и работал в том же институте в Бирмингеме. Сообща они перепроверяют расчеты и приходят к заключению, «что со ста тысячами таких трубок за несколько недель можно получить один фунт достаточно чистого урана-235. Мы уставились друг на друга, и нам стало ясно, что атомную бомбу, пожалуй, все-таки можно построить».
Теперь Пайерлс уточняет исходные данные Фриша и выясняет, что цепная реакция должна совершиться за четырехмиллионную долю секунды, иначе два фунта урана только распылятся, а взрыва не произойдет. За этот невообразимо малый промежуток времени восемьдесят предполагаемых поколений нейтронов должны «произвести температуры, сопоставимые с жаром в недрах Солнца, и давление, превосходящее то, что царит в ядре Земли, где железо становится текучим».
Когда Фриш в первый раз встречается с Джеймсом Чедвиком, тот оглядывает его, «по-птичьи вертя головой туда-сюда. ...И через полминуты вдруг говорит: «Так сколько гекса вы хотите?». Гексафторид урана — единственное газообразное соединение урана, которое можно использовать для разделения изотопов в термодиффузионных трубках. Но Фриш не единственный, кто пришел к мысли экспериментировать с «гексом».
Пауль Хартек в Гамбурге следует той же стратегии. Правда, вместе со своим ассистентом Вильгельмом Гротом он обнаруживает: едкий гексафторид урана разъедает внутренние стенки термодиффузионной трубы. В поисках устойчивого к коррозии материала компания «I.G. Farben» рекомендует попробовать никель. Даже Курту Дибнеру из Управления вооружений не так просто раздобыть требуемые шестьдесят пять килограммов стратегического металла. Тем не менее в октябре 1940-го Хартек и Грот уже могут приступить к изготовлению трубы длиной в восемь метров. Они уверены, что с этим гигантским приспособлением уже скоро смогут изолировать первое весомое количество пригодного для расщепления урана-235.
Меморандум Отто Роберта Фриша и Рудольфа Пайерлса между тем достиг желаемого результата. Двадцать седьмого октября 1941 года на стол американского президента ложится отчет Национальной академии наук о реализуемости атомной бомбы. Документ основан где на расчетах, а где и на силе воображения двух работающих в Англии enemy aliens. Он должен подвигнуть Франклина Д. Рузвельта к тому, чтобы санкционировать обширную атомную программу.
«Ультрамикрохимики» в Чикаго под руководством Гленна Сиборга вынуждены сами мастерить для себя инструменты: крошечные инъекционные иглы, капиллярные трубки и микроманипуляторы. Но самое умопомрачительное — это весы, состоящие из единственной кварцевой фибры. Чтобы защитить волоконце от малейшего дуновения ветерка, оно подвешено в стеклянном домике. Чаша весов сформирована из кусочка платиновой фольги. Она укреплена на конце волоконца и едва различима невооруженным глазом. Вес микромасс определяется косвенно — по градусу поворота волоконца.
Первые фанерные ящики с 270 фунтами облученного урана из циклотрона Сент-Луиса прибывают в Чикаго в июле 1942 года на грузовике. Это желтые блоки, похожие на каменную соль. Чтобы отгородиться от их сильного излучения, груз заслонен свинцовыми кирпичами. Два сотрудника перетаскивают ящики в лабораторию Сиборга на четвертый этаж. Кое-где фанера сломана, и сквозь дыры видны радиоактивные кристаллы урана. Сиборг может предложить рабочим в качестве защиты разве что резиновые перчатки и лабораторные халаты.
Кропотливая работа экстракции — манипуляторами, кислотами и веществами-носителями — за толстыми свинцовыми щитами приводит две недели спустя к тысячной доле литра — это около двадцати капель — препарата, состоящего из плутония, соединений калия и других веществ-носителей. Еще несколько дней спустя, восемнадцатого августа, после дальнейших выпариваний и обогащений, первая проба чистого плутония лежит на платиновой фольге крошечных весов. После нескольких часов на воздухе субстанция «приобретает розовый цвет». И после двух дополнительных недель группа может впервые взвесить взрывное вещество. Кварцево-фибровые весы показывают гордые 2,7 миллионных долей грамма. «Простое» отделение плутония от урана, предсказанное вскользь еще за год до того Карлом Фридрихом фон Вайцзеккером в его патентной заявке, на деле оказалось слишком оптимистическим прогнозом. Лишь с помощью специально разработанной для этой цели микрохимии урана Сиборгу удалось — после многонедельных трудов — выделить крохотную пробу плутония.
Двадцать третьего июня Шпеер задерживается в рейхсканцелярии, чтобы лично доложить Гитлеру свой взгляд на немецкие исследования в области ядерной энергии. Как ни странно, у фюрера, по впечатлению Шпеера, наблюдается почти мистический страх перед атомным оружием: «При случае он шутил, что ученые, оторвавшись от жизни в своем стремлении к разоблачению всех земных тайн, могут в один прекрасный день поджечь земной шар».
В тот же день двадцать третьего июня 1942 года и в те же часы Роберт Дёпель занят в Лейпциге измерениями на своем успешном реакторе. Алюминиевый шар с новой слоистой конструкцией из трехсот килограммов металлического урана и тяжелой воды уже три недели висит в его резервуаре с водой. Внезапно Дёпель видит, что из резервуара поднимаются пузыри. Заподозрив негерметичность шара, он и его сотрудники поднимают из воды «38-ю машину». Едва успел техник Пашен открыть запорный вентиль, как из шара вырвался уже горящий радиоактивный порошок урана, а за ним высокий язык пламени. Мужчины сумели потушить огонь и для охлаждения снова погрузили шар в резервуар с водой. Примчавшийся по вызову Гейзенберг рассматривает повреждения. Дёпель заверяет его, что все под контролем, так что он может спокойно продолжить свои семинарские занятия. Однако реактор, которому полагалось остыть, становится все горячее.
Руководитель эксперимента решает продолбить машину под водой. Но уже поздно. Бегом вернувшийся в лабораторию Гейзенберг только и успел увидеть, как шар в воде раздувается, и вместе с остальными пустился из лаборатории наутек. «В следующее мгновение в нескольких местах из-под воды вырвалось обширное пламя, сопровождаемое приглушенным гулом взрыва... Металлический уран огненным фонтаном выбросило до шестиметрового потолка». Верхнее полушарие весом в четыреста килограммов было привинчено к нижней половине больше чем сотней болтов. Один из взрывов разорвал его по этой разделительной линии, откинув в сторону и разнеся на куски. Лаборатория была разрушена, и вызванной пожарной команде стоило больших трудов «погасить бесчисленные языки огня от раскиданного повсюду уранового порошка». Урановые костерки продолжали тлеть еще два дня, пока все реакции не угасли. Металлический уран превратился в грязную массу, и большая часть драгоценной тяжелой воды тоже была уничтожена.
Из случившейся в Лейпциге неожиданной аварии Гейзенберг сделал вывод, что впредь будет работать с пластинами металлического урана, отливать которые для него должна компания «Ауэр». Пока ему приходится ждать эту новую форму топлива, в распоряжении Дибнера оказываются большие количества отвергнутого порошка оксида урана. План Дибнера звучит так, будто минувшим летом ему удалось заслать своего шпиона, внедрив его в нью-йоркскую группу Ферми. Ибо теперь и в Готтове в дело идут урановые кубики. Для этого Дибнер распоряжается изготовить деревянные кубики с длиной стороны ровно десять сантиметров и установить их на парафиновую пластину с небольшими интервалами так, чтобы возникла структура пчелиных сот. Затем пустоты между кубиками заливаются горячим парафином. Кубики снова извлекаются, после того как парафин застынет. Потом в отверстия из-под кубиков аккуратно, по ложечке, засыпается оксид урана и плотно там утрамбовывается. В дело идут двадцать пять тонн урана и четыре с половиной тонны парафина. В алюминиевый котел шириной и высотой в два с половиной метра укладывают девятнадцать таких слоев, в которых умещается шесть тысяч восемьсот урановых кубиков, набитых в парафин.
Даже один такой кубик должен был бы, по первым прикидочным расчетам Оппенгеймера, сделанным когда-то в 1939 году, «сам по себе взорваться к чертям собачьим». В конструкции Дибнера, однако, маленькие адские машинки не выказывают склонности выламываться из своих парафиновых обойм. Сотрудникам известно, что столь длительное обращение с ядовитым оксидом урана чрезвычайно вредно для здоровья. Они работают в это лето 1942 года, невзирая на палящий зной, «в пыленепроницаемых защитных костюмах, резиновых сапогах, резиновых перчатках и респираторах». На такую защиту не могут рассчитывать две тысячи женщин из концлагеря Заксенхаузен, которые на ораниенбургской фабрике компании «Ауэр» голыми руками добывают оксид урана из захваченного в Бельгии сырья. В конце работы готтовская группа Дибнера выказывает осторожный оптимизм: без применения замедляющего вещества — такого, как тяжелая вода или графит, — можно не бояться размножения нейтронов.
Буш и члены его комитета хотят наконец довести дело до конца. Лабораторных масштабов уже недостаточно. Теперь необходимо сконструировать и построить дорогостоящие фабричные сооружения для производства плутония и урана-235. И они принимают решение поручить организацию атомного проекта военным. Под руководством надлежащего офицерского чина должны координироваться и, кроме того, содержаться в строгой секретности — атомная физика и ультрамикрохимия, проектирование фабрики и промышленное управление, равно как и машиностроение и оружейный дизайн. На восемнадцатом этаже небоскреба в Манхэттене, на Бродвее, на углу Чемберс-стрит, находится штаб-квартира Army Corps of Engineers, организации проектов военного строительства. Здесь одиннадцатого августа 1942 года бюрократически сдержанным актом учреждено новое местное отделение — Манхэттенский инженерный участок. На первый взгляд совершенно нормальный процесс. В конце концов соответствующие инженерные участки есть и в Питтсбурге или в Денвере. Безобидное название должно отвлекать внимание от истинных намерений и в будущем служить маскировочным обозначением для атомного проекта американского правительства.
Те, кто в эту последнюю неделю ноября 1942 года действительно имеет разрешение входить в зал для игры в сквош под западными трибунами футбольного стадиона, должны показать пропуск двум солдатам у входных ворот. В зале, несмотря на свет прожекторов, мало что можно увидеть, поскольку свет застит дым открытого огня, горящего в выставленных в ряд бочках из-под нефти. В бочках тлеет высокочистый графит — обрезки подпиленных кирпичей. Это благодушная попытка сделать немного терпимее здешний холод. Наряду с дымом и сажей свет застит и летающая повсюду графитовая пыль. Бетонный пол после обработки почти четырехсот тонн графита покрыт скользким, блестящим черным слоем, превратившим его в каток. Респираторы тут не любят, и сотрудники вдыхают графитовую пыль полной грудью. Поскольку людские ресурсы в военное время — дефицит, здесь зарабатывают свои несколько долларов тридцать подростков, бросивших школу, и бродяг из скотобойного квартала Чикаго. Они прессуют оксид урана в круглые литые формы. Рядом с прессами стоит клетка с мышами в качестве живого сигнализатора тревоги. Если животные, круглые сутки вдыхая оксид урана, выживают и остаются здоровыми, то и люди — по здешнему разумению — с их двенадцатичасовой рабочей сменой у пресса тоже не пострадают.
Немного в сторонке стоит серый кубический баллон от компании «Goodyear», длина его ребра составляет добрых восемь метров. Его нижняя грань касается пола, а верхняя закреплена на потолке зала. Одно из шести резиновых полотнищ закатано вверх, подобно входу в палатку. А внутри громоздится графитовое яйцо, закрепленное на подпорках из сосновых колод: приплющенный шар диаметром восемь метров и высотой шесть метров. До последнего времени группы физиков, плотников, студентов и подсобных рабочих, не понимавших конечного смысла происходящего, круглые сутки подпиливали до унифицированного размера, шлифовали и укладывали штабелями графитовые кирпичи — числом более сорока тысяч. Они просверлили в кирпичах девятнадцать тысяч отверстий, чтобы запрессовать в графит тридцать пять тонн оксида урана и пять тонн металлического урана в форме двадцати двух тысяч шаров и цилиндров. Оболочка аэростата — это джокер эксперимента. Если чистота графита окажется недостаточной, чтобы запустить цепную реакцию, то Ферми заключит реактор в баллон и создаст в нем вакуум, чтобы откачать воздух из крошечных углублений пористой графитовой массы. Ибо он-то и способствует абсорбции нейтронов.
Расположение яйцевидных цилиндров из высококалорийного металлического урана не случайно. Оно точно рассчитано, эти цилиндры сосредоточены в центре реактора вокруг источника нейтронов. Сквозь массивное графитовое образование проходят каналы для контрольных стержней. Они представляют собой плоские рейки четырехметровой длины из древесины бука, обшитые кадмиевой жестью. Кадмий отлично подходит для поглощения нейтронов, и таким образом стержни могут предотвратить опасность неконтролируемой цепной реакции. После каждого вновь положенного слоя контрольные стержни вынимаются, чтобы замерить интенсивность нейтронов. По расчетам Ферми, по достижении пятидесяти шести слоев реактор должен обрести критическую массу. Однако для того, чтобы действовать наверняка, он решается на дополнительный слой.
В ночь с первого на второе декабря 1942 года Герберт Андерсон присматривает за укладкой пятьдесят седьмого слоя графитовых кирпичей. Он распоряжается вынуть все кадмиевые стержни, кроме одного, и обнаруживает, что лишь эта последняя блокада только и сдерживает цепную реакцию в почти критическом котле. Но это ощутимо близкое мгновение триумфа должно, конечно, состояться — как и договаривались — лишь в присутствии Ферми. На следующее утро термометры показывают минус двадцать градусов Цельсия. Энрико Ферми, Герберт Андерсон и Леона Вудс, единственная женщина в группе метлаба, сообща позавтракав, шагают вдоль Эллис-авеню, по скрипучему снегу к сиротливому и полуразрушенному футбольному стадиону. Бензин вот уже два дня как выдают по карточкам. Поэтому транспорта почти нет.
В зале для сквоша под западными трибунами все подготовлено к большому эксперименту. Импульсные счетчики позволят услышать процесс размножения нейтронов. Трое студентов стоят, словно отважная «команда самоубийц», на грузоподъемнике под самым потолком зала. На тот случай, если цепная реакция все-таки выйдет из-под контроля, они должны будут вылить на реактор три канистры сульфата кадмия. У противоположной стены пристроена небольшая галерея, на ней сейчас стоят дюжины две зрителей в зимней одежде, среди них и Артур Комптон, руководитель метлаба. Он привел с собой Кроуфорда Гринвальта, представлявшего фирму «Дюпон», которой придется как можно скорее воспроизвести в виде промышленной установки это создание Ферми — коль скоро оно окажется дееспособным.
Энрико Ферми стоит у своих контрольных приборов и измерительных инструментов. Он в общих чертах объясняет принцип действия реактора, особо подчеркивая, что сейчас главное — довести эксперимент до конца. Что котел не рассчитан на то, чтобы отводить от него энергию расщепления ядра и производить из нее электричество. Что в его намерения входит скорее власть над реактором и возможность управлять им так, чтобы он произвел не более полуватта энергии — ровно столько, чтобы мигнула одна электрическая лампочка. Георг Вейль, сотрудник Ферми с колумбийских времен, единственный стоит прямо перед реактором. Все кадмиевые стержни, за исключением одного, вынуты.
Взглянув на измерительные инструменты, Ферми вооружился логарифмической линейкой, сравнивая значение интенсивности нейтронов с результатами Андерсона, полученными минувшей ночью. Потом он дает сигнал Вейлю вытянуть последний стержень на пятнадцать сантиметров. Инструменты не могут зарегистрировать возросший вдруг поток нейтронов, и их приходится кропотливо настраивать заново.
Зрители молча следят, как игла самописца выводит кривую круто вверх. Ферми сияет. Теперь число нейтронов удваивается каждые две минуты. Серому кубическому аэростату уже не придется выполнять предначертанную функцию. Котел стал критическим сам по себе.
Юджин Вигнер возглавляет группу теоретиков в метлабе, в эту группу входят семеро молодых физиков. Они должны спроектировать котел для «гарнизона W». Главный конструктор Вигнер работает на пределе возможностей, подгоняемый страхом, что немцы их опередят. Всего через пять недель после триумфа Ферми в зале для сквоша Вигнер и его сотрудники представляют фирме «Дюпон» свой готовый концепт реактора на двести пятьдесят мегаватт. Даже начальство метлаба не в курсе первостепенной цели: производить на этой первой в мире атомной электростанции взрывчатое вещество невероятной мощи. Официально слово «плутоний» в США теперь больше не существует. Его кодовое название «49», образованное от обратного числа порядкового номера элемента 94.
Сердцевиной хенфордского реактора Вигнера является цилиндр из тысячи ста тонн графита диаметром восемь с половиной метров и длиной одиннадцать метров. В него вставлено больше тысячи алюминиевых трубок, которые служат вместилищем для двухсот тонн урана в форме стержней. Уран омывают в минуту двести восемьдесят тысяч литров охлаждающей воды из реки Колумбии, отводя двести пятьдесят мегаватт теплоты, которую производит вещество-замедлитель. Ровно через три месяца один из каждых четырех тысяч атомов урана превратится в атом плутония. Затем облученные горячие стержни урана извлекают и дают их активности угаснуть в глубоком резервуаре с водой. Еще через два месяца их снова достают и отправляют для химического отделения, очистки и обогащения конечного «продукта 49» в цех, расположенный в шестнадцати километрах.
В природном уране на тысячу атомов урана-238 приходится семь атомов расщепляемого урана-235. Еще не вполне ясно, каким методом лучше осуществлять отделение этого редкого изотопа — то ли при помощи электромагнитов, то ли сложным тепловым процессом. Электромагнитный вариант Эрнеста Лоуренса из Беркли действует так: электрически заряженные атомы прогоняют через магнитное поле, при этом они ускоряются, двигаясь по траектории, похожей на большую букву «С». Более легкие атомы урана-235 описывают при этом дугу меньшего радиуса, приземляются на какой-то сантиметр ближе, чем тяжелые 238-е, и поэтому могут быть собраны в отдельный сосуд. Еще полтора года назад Лоуренс на своем пятиметровом циклотроне выделил сто микрограммов урана-235 и тем самым доказал, что электромагнитный способ разделения в принципе работоспособен. Теперь он должен расширить свой метод до промышленных масштабов. Лоуренс стремится довести дневную продукцию до ста граммов урана-235, чтобы за триста дней накопить тридцать килограммов для начинки бомбы, как того потребовал Оппенгеймер. Чтобы достичь этой цели, он намерен заказать изготовление двух тысяч С-образных резервуаров диаметром по 1,2 метра каждый, в которых и должно происходить разделение. Их выстраивают колонной один за другим. Между ними устанавливают магниты весом в несколько тысяч тонн. «Они были такие мощные, что рабочие и работницы ощущали силу их притяжения на гвоздях в своих подметках и на шпильках в волосах». Вскоре приходится приваривать к полу стальными скобами даже тяжелые резервуары весом по четырнадцать тонн, потому что магниты заставляют их плясать.
В начале лета 1943 года Эрнест Лоуренс видит, как его мечта обретает реальные черты. Двадцать тысяч строителей возводят на площади в двадцать футбольных полей двести шестьдесят восемь зданий, включая восемь трансформаторных подстанций и девятнадцать градирен — «и все это ради дневной выработки, которая даже в лучшие времена выражается в нескольких граммах». Генерал Гровс хотя и дал согласие Эрнесту Лоуренсу лишь на пятьсот резервуаров, однако сам провернул фокус, благодаря которому только и удается осуществить задуманное.
Поскольку дефицит меди в военное время не позволяет строить мощные электромагниты, Гровс недолго думая обращается в Министерство финансов и запрашивает из государственных резервов ровно двенадцать тысяч тонн серебряных слитков в качестве заменителя меди. Серебро придется раскатать в тонкие полоски и пустить их на обмотку магнитов. Люди, с которыми он ведет переговоры, возмущены, но из чувства патриотизма и ради военных побед они в конце концов выделяют ему драгоценный металл на сумму триста миллионов долларов.
Манхэтгенскому проекту остро не хватает математиков-вычислителей. Положение в корне меняется, когда на сцену Лос-Аламоса осенью 1943 года вступает венгерский математик Джон фон Нейман. Захваченный динамичной деятельностью «Джонни», даже Эдвард Теллер выбирается из паучьих углов своей оскорбленности, возобновляет старинное юношеское знакомство со своим земляком и проявляет заметное рвение к расчетам. В то время как Ганс Бете спрашивает себя, а не является ли прилив интеллектуальных сил известного во всем мире пожарного укротителя очагов математических возгораний симптомом появления новой специальности, которая превзойдет возможности человека. При множественных взрывателях Неддермейера взаимодействия разнонаправленных ударных волн вызывают неравномерности и не позволяют произвести эффективный «взрыв обжатия», направленный внутрь. Но взрывные эксперименты с цилиндрическим объектом — всего лишь упражнения ...
Джим Такк, один из «научных мозгов», прибывших сюда вместе с Отто Фришем из Англии, придал новый импульс теоретикам-взрывникам, выступив с концепцией «взрывных линз». Как световые волны распространяются в стекле с другой скоростью, чем в воздухе, точно так же и ударные волны в различных взрывчатых веществах — таких, как динамит и тротил, например — продвигаются не одинаково быстро. И как оптические линзы могут фокусировать свет в пучок, так же и ударные волны при правильной комбинации разных взрывчатых веществ должны сбегаться и оказывать на сердцевину бомбы равномерное давление.
Пока в Хенфорде, штат Вашингтон, в напряженных трудах возводится атомный реактор, в Окридже маленький пилотный котел с воздушным охлаждением с марта 1944 года производит первые пробы плутония для Лос-Аламоса в масштабе граммов. Туда слетаются на горяченькое металлурги и химики, чтобы изучить свойства взрывчатого вещества, по большей части пока неизвестные. Молодые металлурги Тед Магель и Ник Даллес из чикагского метлаба только что перевербованы сюда лично Робертом Оппенгеймером, поскольку добрая слава бежит впереди них. Они примкнули к ста шестнадцати сотрудникам металлургической группы Лос-Аламоса как раз вовремя, чтобы первый реакторный плутоний из Теннесси превратить в металлический плутоний. Этот фокус — произвести грамм высокочистого плутония в форме пуговки — удается им при помощи обыкновенной центрифуги. Теперь люди впервые могут разглядывать вожделенное вещество невооруженным глазом.
В следующие недели Магель и Даллес производят еще семь таких плутониевых пуговок. При этом они постоянно находятся под наблюдением врачей. Медики стараются выяснить, какое количество плутониевой пыли попадает через дыхательные пути в легкие и как она распределяется в организме. Вскоре оба причисляют себя к клубу избранных, этот клуб называется UPPU — You Pee Pu. Ты писаешь плутонием. Молодые сорвиголовы понимают свою зараженную мочу как дело чести и патриотизма. В конце концов, ведь идет война и каждый отдает лучшее, что у него есть. Они даже составляют еженедельные списки лучших UPPU, и Тед Магель однажды добирается со своими мочевыми показателями до шестого места самых зараженных Pu среди двадцати шести членов клуба. К концу сентября, когда осины снова окрашиваются в золотистый цвет, а дорогу к взрывному полигону окаймляют дикие красные астры, ученые из Лос-Аламоса могут похвастаться уже более чем двумя тысячами экспериментов, проведенных с плутонием.
Эмилио Сегре, сотрудник Энрико Ферми в Риме довоенных времен, продолжает сохранять за собой неприятную обязанность вестника плохих новостей. Он подтверждает прежние опасения Гленна Сиборга, что при облучении урана в реакторе наряду с желанным плутонием-239 неизбежно образуются и изотопы, состоящие из двухсот сорока ядерных кирпичиков. Они нежелательны, потому что квота их спонтанного расщепления так высока, что в пушечной модели бомбы существенно возрастает опасность преждевременной детонации. Сегре исследует плутоний из Окриджа. Результаты исследования убийственны. Загрязнение плутония-240, по его словам, настолько велико, что из-за множества спонтанно высвобождающихся нейтронов запускается цепная реакция. «Пуля» и «мишень» расплавятся еще до того, как встретятся, чтобы образовать критическую массу. А ведь будущий хенфордский реактор рассчитан так, что доля 240-го изотопа в выходе плутония окажется еще выше, чем в имеющихся пробах из маленького окриджского реактора. На том же гарнизоне построены сложные высокотехничные установки для отделения урана-235 от урана-238. Чтобы уловить различие в три единицы массы между двумя химически идентичными изотопами, потребовались огромные затраты. Тогда как различие между плутония-239 и плутония-240 составляет всего-навсего одну единицу массы.
Таким образом, удаление нежелательного изотопа становится почти безысходным делом. Для такой задачи атомный парк у дубрав штата Теннесси следовало бы еще раз расширить. Кризисный штаб, в состав которого входят Гровс, Оппенгеймер, Комптон и Ферми, приходит к заключению, что такое оборудование при нынешнем состоянии дел нереалистично. Так Оппенгеймер семнадцатого июля 1944 года принимает решение отказаться от «Худого» — от пушечной модели плутониевой бомбы. Теперь на первый план событий выдвигается рабочая группа Джорджа Кистяковского. Она должна добиться успеха «Толстяка», имплозионной модели плутониевой бомбы, иначе окажутся напрасными все труды Ферми и все гигантские издержки и старания, которые сейчас прилагают сорок две тысячи работников в Хенфорде, чтобы претворить в жизнь его планы.
Перед лицом практических проблем, которые подбрасывает еще и техника взрыва обжатия, даже уверенный в себе Оппенгеймер впадает в депрессию и думает о том, чтобы подать в отставку. Если бы не убеждение, что они бегут наперегонки с немцами, очень может быть, что даже такой непоколебимый руководитель, как генерал Лесли Гровс, поставил бы крест на плутониевой бомбе в этой точке спада Манхэттенского проекта.
Когда Мария Кюри открыла новый радиоактивный элемент, она назвала его полонием в честь страны своего рождения. Чтобы выделить десятую долю миллиграмма этого вещества, ей пришлось переработать тонну смоляной обманки из Рудных гор. Сорок шесть лет спустя химики в Лос-Аламосе сталкиваются с одним необъяснимым удивительным свойством полония. Добытый из окриджского опытного реактора с воздушным охлаждением металл с серебристым отливом аккуратно наносится на платиновую фольгу и в специальных надежных футлярах отправляется в Нью-Мексико. И очень редко бывает так, чтобы количество вещества, указанное в накладной, совпало с тем, что обнаруживается на фольге по прибытии груза на место. В конце концов ученые заметили, что полоний расползается по стенкам футляра, и собрать его снова удается с большим трудом. Этот редкий элемент с альфа-излучением, в пять тысяч раз превышающим излучение радия, должен служить в качестве источника нейтронов для «Толстяка» и запускать в нем цепную реакцию. Завернутый в фольгу из бериллия, этот «инициатор» размером с лесной орех должен размещаться в центре плутониевого заряда.
Сотрудники Кистяковского, контролируя качество отлитых взрывных линз, используют рентгеновский аппарат, чтобы отследить мельчайшие микротрещины в материале. Пока что соотношение между браком и качественной продукцией никак не сдвигается в пользу удачных отливок. Техническое задание таково: для «Толстяка» требуется 96 прецизионных линз, которые должны взорваться одновременно в продолжение одной пятидесятимиллионной доли секунды, чтобы оказать равномерное обжимающее давление на все точки плутониевого ядра. В других отделах тоже производится много брака, а некоторые идеи, поначалу казавшиеся грандиозными, в итоге были отброшены как несостоятельные — хотя и стоили немалых денег.
Так, Эдвард Теллер и Роберт Оппенгеймер хотели воспрепятствовать тому, чтобы при выбросе «Толстяка» из недр стратегического бомбардировщика В-29 какой-нибудь случайный нейтрон в воздухе проник в плутониевое ядро и привел его к преждевременному взрыву. И вот они конструируют фольгу из бора, которая должна впитывать нейтроны, как губка. Разработка этого шаблона стоит десять миллионов долларов. Фольга в итоге так и затерялась на какой-то полке, оказавшись ненужной. Вот и металлурги с поистине широким размахом обращаются с высокоценными ресурсами, которые в Лос-Аламосе в сравнении с абсолютными сокровищами уран-235 и плутоний-239 девальвируются в хлам.
Члены Клуба писающих плутонием однажды изготавливают две полусферы из чистого золота, чтобы измерить, насколько сильно благородный металл отражает нейтроны. Вскоре уже никто не вспоминал про золото, пока Ричард Фейнман, сопровождая по лабораториям одного посетителя, не привел его в помещение, в котором хранилось бомбовое вещество: «На цоколе лежал маленький, поблескивающий серебром шар. Можно было положить на него ладонь. Он был теплый. Он был радиоактивный. То был плутоний». Когда Фейнман и его гость покидали святая святых, они обнаружили, что коллеги из UPPU все-таки нашли достойное применение для одной из двух золотых полусфер. Она служила стопором для двери плутониевой кладовой.
Иногда Ричард Фейнман кается, что его страсть решать проблемы и взламывать сложные коды приобретает болезненные черты. Однако это раскаяние, конечно, чистое кокетство. Он прямо-таки одержим взломом сейфовых комбинаций. И чем более неразрешимой кажется задача, тем неотступнее она его держит. Самое большое притяжение на него оказывает сейф, в котором хранятся все документы по атомной бомбе: расчеты, формулы, нормы высвобождения нейтронов и указания по конструкции. За два года, которые он провел в Лос-Аламосе, он разработал метод, с помощью которого можно взломать любой сейф в городе за три минуты, если знать последние две цифры комбинации. И он систематически овладевает ими, когда — будто бы случайно — заходит в кабинеты и начинает болтать, непринужденно привалившись спиной к сейфу, а сам в это время одной рукой покручивает колесико. Чудачества взломщика брони Фейнмана демонстрируют его перепуганным коллегам, насколько слабо защищена государственная тайна номер один.
После теста со ста тоннами тринитротолуола Бейнбридж смог убедить генерала Гровса срочно проложить тридцать километров новой асфальтовой дороги и не допустить того, чтобы сломалась ось транспорта, перевозящего «Толстяка» по ухабистой пустыне. Кроме того, песок и глинистая пыль, вздымаемая армейскими джипами, проникает в сейсмографы и счетчики Гейгера и повышает опасность того, что испытание пройдет неудачно. Руководитель испытания привел в действие все рычаги, чтобы пилоты Air Force опять не спутали освещенный лагерь из палаток и бараков с тренировочными мишенями для сброса их бомб. Вообще-то тренировочные мишени представляют собой деревянные трехсторонние пирамиды, оснащенные лампочками накаливания на всех ребрах, чтобы можно было тренировать и ночные вылеты.
Бейнбриджу хоть и известно, что территория испытания принадлежит военной закрытой зоне бомбового полигона Аламогордо, однако он не рассчитывал на «дружественный огонь» экзаменующихся летчиков, полных избыточного рвения. В мае во время выпускного экзамена пилотов бомбардировщиков случился такой непредвиденный обстрел. Бомба угодила в мастерскую плотников, в которой на тот момент, к счастью, никого не оказалось. Вторая бомба подожгла сарай.
В трех километрах к северо-западу от ранчо Дэвида Макдоналда Бейнбридж назначил нулевую точку взрыва. Теперь монтеры возводят здесь стальную тридцатиметровую башню. Бетонный фундамент для четырех ее опор уходит в землю на глубину шесть метров. На вершине башни должна быть построена платформа из таких же тяжелых дубовых брусьев, какие при тротиловом испытании столь убедительно перешли в менее компактное состояние. Электрическая тяжелогрузная лебедка предназначена для того, чтобы поднять «Толстяка» на его танцплощадку. В трех местах — к северу, к западу и к югу от башни point zero, на расстоянии ровно девять километров от нее — построены подземные бункеры. Их кровли также сколочены из дубовых брусьев, но дополнительно усилены слоем бетона. В западном бункере должна быть установлена батарея прожекторов и некоторые измерительные инструменты, которые запишут силу взрыва, нейтронное и гамма-излучение, но в первую очередь — еще неведомые процессы имплозии. Северный бункер из стали и бетона имеет круглые окна из бронированного стекла. За ними будут установлены высокоскоростные камеры, которые заснимут взрыв со скоростью восемь тысяч кадров в секунду. А в южном бункере будет оборудован центр контроля за испытанием.
Осенью 1944 года, когда выбор территории для взрыва бомбы пал на Хорнаду, Роберт Оппенгеймер придумал кодовое название для испытания: «Trinity», что означает «Троица». В то время он часто вспоминал сонет Джона Донна, рассказывает генерал Гровс, этот сонет начинается с просьбы поэта к триединому Богу, чтобы испепелил его и создал заново. Нельзя не заметить и созвучие «Trinity» с «тринитротолуолом». Взрывная сила тротила служит единицей измерения энергии, высвобожденной при взрывах всех прочих веществ. В Лос-Аламосе тротил вездесущ.
За два дня до запланированной перевозки бомбы к испытательному полигону давление на Кистяковского и его группу усиливается неимоверно. Литейное производство взрывных линз хоть и разрослось за последнее время в настоящую фабрику с более чем двумястами сотрудниками, однако все равно в распоряжении Кистяковского пока еще мало качественных отливок. А тут Оппенгеймер требует еще и второй комплект линзового устройства в две тонны весом.
Перед собственно испытанием в пустыне Аламогордо точная копия «Толстяка» — но без плутониевого ядра — должна пройти тест на испытательном стенде «магнитного наблюдения», чтобы получить однозначную информацию о возможных несовершенствах имплозионной волны. Кистяковский резко возражает против этой идеи, однако Оппенгеймер осторожничает, хочет сперва провести генеральную репетицию. Неужто Кистяковскому суждено под конец войти в историю Лос-Аламоса неудачником, который производит больше брака, чем качественного продукта? В этом отчаянном положении ему в голову приходит спасительная идея. Он раздобыл себе зубоврачебную бор-машину и одинокой ночью еще раз делает рентгеновские снимки отбракованных отливок и рассверливает дефектные места. Он замешивает пасту из расплава взрывчатки, заполняет ею пустоты, и ему остается лишь надеяться, что этот родившийся от нужды и еще никогда не практиковавшийся способ починки решит его проблему. Что касается опасности такой работы для собственной жизни, то он не питает в эту ночь никаких иллюзий: «Я думал, если у меня в руках рванет двадцать три килограмма взрывчатки, я вряд ли это почувствую».
В четверг, двенадцатого июля, в семь часов утра из Лос-Аламоса трогается охраняемый конвой и привозит в пустыню Аламогордо легкий и неприметный груз. Шар размером с апельсин лежит в противоударном, выстланном резиновыми амортизаторами черном чемоданчике на заднем сиденье армейского лимузина. За последнее время его покрыли еще одним слоем никеля для защиты от коррозии. Сирил Смит, отвечавший за металлургию, очень неохотно выпускал сокровище из рук, потому что под слоем никеля образовались пузырьки и Смит не мог гарантировать точность подгонки полушарий. Эта непредвиденная неприятность могла привести при имплозии к преждевременной вспышке источника нейтронов. Смит подготавливает все, чтобы на полигоне Тринити провести последние пассы над плутониевым шаром. В одном из лимузинов конвоя сидят физики Филипп Моррисон, Бойс Макдэниел и еще один коллега. Моррисон имеет при себе источник нейтронов для испытания Тринити, равно как и муляж, который не отличишь от оригинала. Чтобы скоротать долгую поездку, он играет со своими коллегами на заднем сиденье в наперстки, ловкими пальцами перепутывая оба шара и заставляя игроков отгадывать, какой из них «боевой». У Макдэниела гора с плеч падает, когда он понимает, что Моррисон может определить их на ощупь, ибо полоний испускает быстрые альфа-частицы, отчего шар становится теплым, тогда как муляж остается холодным. И можно не опасаться, что пустышка по недосмотру угодит в бомбу Тринити. Старший лейтенант Ричардсон точно так же, как и другие солдаты, откомандированные для охраны конвоя, понятия не имеет, что за груз они тут сопровождают. Ему велено только одно: глаз не спускать с ящиков, вручить их Кеннету Бейнбриджу и взять с него расписку в получении. Моррисон, как видно, боится не столько излучения полония, сколько женщины за рулем. Его водительница слывет в Лос-Аламосе самой лихой шоферкой по здешнему бездорожью.
Пока сердцевина «Толстяка» мягко покачивается на кочках пустыни, Норрис Брэдбери как руководитель сборки бомбы и его ассистенты встраивают в корпус Тринити 96 взрывных линз. Изначальная конструкция имплозионной бомбы, которая скоро должна упасть из бомбового люка бомбардировщика В-29 на один из японских городов, имеет добрых три метра в длину и похожа на куриное яйцо с квадратным хвостовым стабилизатором. Этот же стоящий перед ними аппарат — наоборот, почти шарообразный. Ему не нужна аэродинамическая форма, потому что ему не придется лететь по воздуху. Отливки располагаются так, что сначала возникает полушарие в полтора метра диаметром с отверстием в середине. Шар из природного урана спускается вниз на лебедке и вкладывается в отверстие. Когда поздним вечером двенадцатого июля собраны и остальные блоки взрывчатки в виде верхнего полушария, Джордж Кистяковский и Норрис Брэдбери все еще стоят перед бомбой и заклеивают отверстия для капсюлей-детонаторов самым кустарным способом — липкой лентой, потому что на пластическую операцию с отрывной оболочкой из искусственного материала уже нет времени. Упакованный в водонепроницаемый чехол и в транспортировочный ящик из сосновой древесины, прототип атомной бомбы погружается на армейский грузовик, крепко там привязывается и накрывается брезентом.
Вторая группа из отдела Кистяковского в это же время монтирует точную копию — так называемую «Chinese copy». Ей предстоит выдержать магнитную генеральную репетицию. Сообща с другим техническим отделом сотрудники Кистяковского разработали детонаторы нового типа с не виданной доселе точностью по времени. Чтобы синхронизировать их, что совершенно необходимо для процесса имплозии, они построили новый электронный прибор — так называемый X-элемент. Один из его разработчиков — двадцатипятилетний физический химик д-р Доналд Хорниг из Гарвардского университета. Один такой прибор он привез на испытательный полигон и поднял его на башню над нулевым пунктом. Теперь инженеры могут разобраться с новым прибором и настроить на него свои инструменты. После обеда собирается гроза, и все торопятся покинуть башню. Неожиданно X-элемент начинает искрить. Каждому ясно, что бы сейчас было, если бы этот кое-как опробованный прибор оказался уже связан с детонаторами бомбы. На Хорнига вешают тяжкую ответственность за сбой. Однако вскоре причина обнаруживается: кто-то, должно быть в спешке, выдернул из X-элемента провод заземления, и молнии, судя по всему, зарядили аппарат статическим электричеством.
Утром пятницы, тринадцатого июля, в фермерском доме за простым столом собирается группа монтажа. На столе расстелена коричневая упаковочная бумага. Окна оклеены черной изолентой, чтобы пыль внешнего мира не проникла в сердцевину бомбы. На столе лежат два поблескивающих в никелевой оболочке полушария из плутония, серебристо-серый шарик полония и отдельные части из сливово-синего металлического урана. Мужчины не спешат, они отвели себе на тщательную сборку всю первую половину дня и еще половину второй.
Фаррелл не упускает случая еще раз взвесить в ладонях оба полушария: «Они были теплые на ощупь, как живые кролики». Тут и металлург Сирил Смит добирается наконец до своих злосчастных пузырьков в никелевой оболочке и закрывает сложенной золотой фольгой крошечные зазоры между полусферами. Заготовки из металлического урана составляются в единый цилиндрический палец. Теперь Смит вдвигает плутониевый шар с заключенным внутрь него источником нейтронов в предназначенную для него полость внутри пальца: «Я был последним, кто притрагивался к этому роковому теплому металлу». Бомбовое ядро весом тридцать шесть килограммов готово.
Вскоре после пятнадцати часов в палатку входят с бомбовым ядром коллеги с ранчо Макдоналд. Одна из взрывчатых линз была удалена, так что Бойс Макдэниел из группы сборки бомбы мог увидеть помещенный в середину урановый шар. В нем пустовало цилиндрическое отверстие, предназначенное для пальца с плутониевым ядром. Допуск зазора между двумя подогнанными узлами готовых частей этого паззла составляет лишь несколько сотых долей миллиметра. Но, к замешательству всех присутствующих в палатке, палец застревает в предназначенном ему гнезде на половине пути. Никто не понимает, в чем причина такой неожиданной загвоздки. Макдэниел не выдерживает нервного напряжения и выбегает вон из палатки. Горячий сухой ветер вздымает в этот момент песчаную бурю. И вдали, над горным хребтом на востоке, вспыхивают первые молнии ежедневной вечерней грозы. Одинокая башня посреди равнинного ландшафта видится ему на фоне этой грозовой кулисы гигантским громоотводом. Когда он, немного походив вокруг и поостыв, возвращается в палатку, возбужденные умы уже успокоились. Палец за это время уже просунулся немного глубже в свое гнездо внутри уранового шара. При таком обилии собравшихся физиков не пришлось долго ждать подходящего к случаю закона природы: «Продолжительное пребывание на жаре в доме на ранчо и последовавшая затем перевозка под палящим солнцем настолько разогрели палец, что он расширился и лишь тогда подошел к своему гнезду внутри более холодного шара, когда температуры обеих частей сравнялись». В субботу утром, сразу после восьми часов палатку убирают, и бомбу Тринити при помощи электрической лебедки поднимают на дубовый помост башни.
Ранним утром в каньоне взорвали «китайца». И взорвался он совсем не так, как хотелось. Имплозия этой копии бомбы Тринити без плутониевого ядра, как показала обработка замеров магнитного поля, оказалась недостаточно равномерной и была сочтена грандиозным провалом. Это убийственное известие могло означать крах испытания Тринити, а в конечном счете могло оказаться и верным знаком невозможности плутониевой бомбы. И вот все напустились на Кистяковского, на этого бедного лузера. Козла отпущения подвергли многочасовому допросу, ему пришлось претерпеть канонаду ругани, обрушенную на него. А не он ли собственной персоной был участником коммунистической революции?
Кистяковский самоуверенно ставит под сомнение результаты замеров магнитного поля, которые он с самого начала рассматривал как пустую трату времени. В ответ на это его укоряют, что он ставит под сомнение уравнения Максвелла — научную основу всех магнитных и электрических явлений во Вселенной. Теперь он считается уже и еретиком. Однако Джордж Кистяковский верит в свою концепцию имплозии и в свою конструкцию линз. Он хладнокровно предлагает Оппенгеймеру пари — ставит свой месячный оклад против десяти долларов, что успешно взорвет Тринити. Оппенгеймер принимает пари.
В воскресное утро следует спасительный звонок от Ганса Бете, руководителя теоретического отдела. Он еще раз основательно проанализировал испытание «китайца» и пришел к выводу, что магнитные записи и в самом деле не имели смысла. Эксперимент проводился, по его словам, с неумелой расстановкой инструментов. Результаты измерений с таким же успехом могут быть истолкованы и как идеально симметричная имплозия. Кистяковский реабилитирован. Он с облегчением поднимается на башню и осматривает работу своей группы. Все тридцать два капсюля-детонатора привинчены к своим обоймам на поверхности бомбы. Дону Хорнигу еще осталось подключить новый X-элемент. Путаница кабелей покрывает выпуклый бок, которым бомба повернута к камерам северного бункера.
Органы безопасности выделили Бейнбриджу собственную полосу радиочастот для связи на испытательном полигоне, но теперь руководитель испытания с ужасом обнаруживает, что коротковолновые приборы ловят тот же диапазон, который занимает товарная железнодорожная станция, расположенная в тысяче километрах отсюда, в Сан-Антонио, штат Техас: «Мы могли слышать, как они командуют маневрами своих поездов, и вполне допускали, что и железнодорожники могли нас слышать точно так же».
Роберт Оппенгеймер вцепился в опору бункера, устремив напряженный взгляд вперед. Все остальные уже снаружи и лежат в предписанной позиции лицом в песок. Знаменитые гости Compacia Hill слушают голос Сэма Эллисона из коротковолнового приемника, а до Сэма в этот момент доходит, что он, наверное, первый ученый, которому при физическом эксперименте приходится вслух считать задом наперед. В эти последние секунды до нуля местная музыкальная радиостанция передает сюиту из «Щелкунчика» Петра Чайковского.
При восклицании Эллисона «Now!» таймер Маккиббена замыкает электрическую цепь запала. И вот огромное количество электронов устремляется привычным путем по кабелю, упрятанному в садовый шланг под землей. Он соединяет контрольный пункт в южном бункере с X-генератором Дона Хорнига на башне. Тот передает свой электрический заряд на 32 капсюля-детонатора, закрепленные на стальном кожухе «Толстяка». Они взрываются синхронно в пятнадцатимиллионную долю секунды. Детонационные волны несутся через быстро реагирующую наружную оболочку взрывчатки. Это «композиция В» из расплава тротила, суспензии парафина и высокобризантного кристаллического порошка. Затем они натыкаются на «взрывную сердцевину» Джорджа Кистяковского из некогда униженного Черчиллем баратола. Она затормаживает первую волну, пока все последующие волны не догонят ее. И вот единая шарообразная ударная волна проникает во второй блок с «композицией В», умножая при этом свою силу. Урановый шар сглаживает последние неровности ударной волны на ее пути к плутониевому ядру. Ядро сжимает со всех сторон так, что оно коллабирует и уплотняется до размеров камешка.
Под звуки сюиты из «Щелкунчика» Чайковского детонационная волна захлестывает источник нейтронов размером с лесной орех. Полоний, открытый Марией Кюри, испускает альфа-частицы, которые, в свою очередь, высвобождают из атомов бериллия пригоршню нейтронов. Те мчатся в плутониевый шарик — в сверхплотный комочек материи, плотнее не бывает на земле — и вызывают цепную реакцию. Расщепление ядер продолжают более восьмидесяти поколений нейтронов. Выделяющаяся при этом энергия разжигает чудовищный жар. За миллионную долю секунды температура в центре «Толстяка» вырастает до десяти миллионов градусов Цельсия — как внутри Солнца.