Разработка советского ядерного оружия началась с добычи в начале 1930-х годов образцов радия. В 1939 году советские физики Юлий Харитон и Яков Зельдович рассчитали цепную реакцию деления ядер тяжёлых атомов. В следующем году учёные Украинского физико-технического института отправили заявки на создание атомной бомбы, а также способы наработки урана-235. Впервые исследователи предложили использовать обычную взрывчатку в качестве средства для воспламенения заряда, которое позволило бы создать критическую массу и запустить цепную реакцию.
Однако в изобретении харьковских физиков были свои недостатки, и поэтому их заявка, успев побывать в самых различных инстанциях, в итоге была отклонена. Решающее слово осталось за директором Радиевого института АН СССР академиком Виталием Хлопиным: «…заявка не имеет под собой реального основания. Кроме этого, в ней и по сути много фантастического... Даже если бы и удалось реализовать цепную реакцию, то энергию, которая выделится, лучше использовать для приведения в действие двигателей, например, самолётов».
Безрезультатными оказались и обращения учёных накануне Великой Отечественной войны к наркому обороны Сергею Тимошенко. В итоге проект изобретения был похоронен на полке с грифом «совершенно секретно».
- Владимир Семёнович Шпинель
- Wikimedia Commons
В 1990 году журналисты спросили одного из авторов проекта бомбы Владимира Шпинеля: «Если бы ваши предложения в 1939—1940 годах были по достоинству оценены на правительственном уровне и вам дали бы поддержку, когда бы СССР мог иметь атомное оружие?»
«Думаю, что при таких возможностях, которые позднее имел Игорь Курчатов, мы бы получили её в 1945 году», — ответил Шпинель.
Однако именно Курчатову удалось использовать в своих разработках успешные американские схемы создания плутониевой бомбы, добытые советской разведкой.
Атомная гонка
С началом Великой Отечественной войны ядерные исследования были временно остановлены. Главные научные институты двух столиц эвакуировали в удалённые регионы.
Руководитель стратегической разведки Лаврентий Берия был осведомлён о наработках западных физиков в области ядерного оружия. Впервые о возможности создания сверхоружия советское руководство узнало от «отца» американской атомной бомбы Роберта Оппенгеймера, посетившего Советский Союз в сентябре 1939 года. В начале 1940-х годов и политики, и учёные осознали реальность получения ядерной бомбы, а также то, что её появление в арсенале противника поставит под угрозу безопасность других держав.
В 1941 году советское правительство получило первые разведданные из США и Великобритании, где уже началась активная работа по созданию сверхоружия. Главным осведомителем был советский «атомный шпион» Клаус Фукс — физик из Германии, участвующий в работах по ядерным программам США и Великобритании.
- Академик АН СССР физик Пётр Капица
- РИА Новости
- В. Носков
Академик Пётр Капица, выступая 12 октября 1941 года на антифашистском митинге учёных, заявил: «Одним из важных средств современной войны являются взрывчатые вещества. Наука указывает принципиальные возможности увеличить взрывную силу в 1,5—2 раза... Теоретические подсчёты показывают, что если современная мощная бомба может, например, уничтожить целый квартал, то атомная бомба даже небольшого размера, если она осуществима, с лёгкостью могла бы уничтожить крупный столичный город с несколькими миллионами населения. Моё личное мнение, что технические трудности, стоящие на пути использования внутриатомной энергии, ещё очень велики. Пока это дело ещё сомнительное, но очень вероятно, что здесь имеются большие возможности».
В сентябре 1942 года советское правительство приняло постановление «Об организации работ по урану». Весной следующего года для производства первой советской бомбы была создана Лаборатория №2 АН СССР. Наконец, 11 февраля 1943 года Сталин подписал решение ГКО о программе работ по созданию атомной бомбы. Поначалу руководить важной задачей поручили заместителю председателя ГКО Вячеславу Молотову. Именно ему предстояло найти научного руководителя новой лаборатории.
Сам Молотов в записи от 9 июля 1971 года так вспоминает о своём решении: «У нас по этой теме работы велись с 1943 года. Мне было поручено за них отвечать, найти такого человека, который бы мог осуществить создание атомной бомбы. Чекисты дали мне список надёжных физиков, на которых можно было положиться, и я выбирал. Вызвал Капицу к себе, академика. Он сказал, что мы к этому не готовы и атомная бомба — оружие не этой войны, дело будущего. Спрашивали Иоффе — он тоже как-то неясно к этому отнёсся. Короче, был у меня самый молодой и никому ещё не известный Курчатов, ему не давали ходу. Я его вызвал, поговорили, он произвёл на меня хорошее впечатление. Но он сказал, что у него ещё много неясностей. Тогда я решил ему дать материалы нашей разведки — разведчики сделали очень важное дело. Курчатов несколько дней сидел в Кремле, у меня, над этими материалами».
Следующие пару недель Курчатов досконально изучил полученные разведкой данные и составил экспертное заключение: «Материалы имеют громадное, неоценимое значение для нашего государства и науки... Совокупность сведений указывает на техническую возможность решения всей проблемы урана в значительно более короткий срок, чем это думают наши учёные, не знакомые с ходом работ по этой проблеме за границей».
В середине марта Игорь Курчатов занял пост научного руководителя Лаборатории №2. В апреле 1946 года для нужд этой лаборатории было решено создать конструкторское бюро КБ-11. Сверхсекретный объект располагался на территории бывшего Саровского монастыря в нескольких десятках километров от Арзамаса.
- Игорь Курчатов (справа) с группой сотрудников Ленинградского физико-технического института
- РИА Новости
Специалисты КБ-11 должны были создать атомную бомбу, использующую в качестве рабочего вещества плутоний. При этом в процессе создания первого в СССР ядерного оружия отечественные учёные опирались на схемы плутониевой бомбы США, прошедшей успешные испытания в 1945 году. Однако поскольку производством плутония в Советском Союзе ещё не занимались, физики на первоначальном этапе использовали уран, добытый в чехословацких рудниках, а также на территориях Восточной Германии, Казахстана и Колымы.
Первая советская атомная бомба была названа РДС-1 («Реактивный двигатель специальный»). Загрузить в неё достаточное количество урана и запустить в реакторе цепную реакцию группе специалистов под руководством Курчатова удалось 10 июня 1948 года. Следующий шаг заключался в использовании плутония.
«Это и есть атомная молния»
В плутониевый «Толстяк», сброшенный на Нагасаки 9 августа 1945 года, американские учёные заложили 10 килограммов радиоактивного металла. Такое количество вещества СССР удалось накопить к июню 1949 года. Руководитель эксперимента Курчатов сообщил куратору атомного проекта Лаврентию Берии о готовности испытать РДС-1 29 августа.
В качестве полигона для испытаний выбрали часть казахстанской степи площадью около 20 километров. В её центральной части специалисты соорудили металлическую башню высотой почти 40 метров. Именно на ней установили РДС-1, масса которого составляла 4,7 тонны.
Советский физик Игорь Головин так описывает обстановку, царившую на полигоне за несколько минут до начала испытаний: «Всё хорошо. И вдруг при общем молчании за десять минут до «часа» раздаётся голос Берии: «А ничего у вас, Игорь Васильевич, не получится!» — «Что вы, Лаврентий Павлович! Обязательно получится!» — восклицает Курчатов и продолжает наблюдать, только шея его побагровела и лицо сделалось мрачно-сосредоточенным».
Крупному учёному в сфере атомного права Абраму Иойрышу состояние Курчатова кажется схожим с религиозным переживанием: «Курчатов бросился вон из каземата, взбежал на земляной вал и с криком «Она!» широко взмахнул руками, повторяя: «Она, она!» — и просветление разлилось по его лицу. Столб взрыва клубился и уходил в стратосферу. К командному пункту приближалась ударная волна, ясно видимая на траве. Курчатов бросился навстречу ей. За ним рванулся Флёров, схватил его за руку, насильно увлёк в каземат и закрыл дверь». Автор биографии Курчатова Пётр Асташенков наделяет своего героя следующими словами: «Это и есть атомная молния. Теперь она в наших руках...»
Сразу после взрыва металлическая башня разрушилась до основания, а на её месте осталась лишь воронка. Мощная ударная волна отбросила на пару десятков метров шоссейные мосты, а находившиеся рядом машины разлетелись по просторам почти на 70 метров от места взрыва.
- Ядерный гриб наземного взрыва РДС-1 29 августа 1949 года
- Архив РФЯЦ-ВНИИЭФ
Однажды после очередного испытания Курчатова спросили: «А вас не тревожит моральная сторона этого изобретения?»
«Вы задали закономерный вопрос, — ответил он. — Но мне кажется, он неправильно адресован. Его лучше адресовать не нам, а тем, кто развязал эти силы... Страшна не физика, а авантюристическая игра, не наука, а использование её подлецами... Когда наука совершает рывок и открывает возможность для действий, затрагивающих миллионы людей, возникает необходимость переосмыслить нормы морали, чтобы поставить эти действия под контроль. Но ничего похожего не произошло. Скорее наоборот. Вы вдумайтесь — речь Черчилля в Фултоне, военные базы, бомбардировщики вдоль наших границ. Намерения предельно ясны. Науку превратили в орудие шантажа и главный решающий фактор политики. Неужто вы полагаете, что их остановит мораль? А если дело обстоит так, а оно обстоит именно так, приходится разговаривать с ними на их языке. Да, я знаю: оружие, которое создали мы, является инструментом насилия, но нас вынудили его создать во избежание более отвратительного насилия!» — описывается ответ учёного в книге Абрама Иойрыша и физика-атомщика Игоря Морохова «А-бомба».
Всего было изготовлено пять бомб РДС-1. Все они хранились в закрытом городе Арзамас-16. Сейчас увидеть макет бомбы можно в музее ядерного оружия в Сарове (бывший Арзамас-16).
12 августа 1953 года в 7.30 утра на Семипалатинском полигоне была испытана первая советская водородная бомба , которая имела служебное название "Изделие РДС‑6c". Это было четвертое по счету советское испытание ядерного оружия.
Начало первых работ по термоядерной программе в СССР относится ещё к 1945 году . Тогда была получена информация об исследованиях, ведущихся в США над термоядерной проблемой. Они были начаты по инициативе американского физика Эдварда Теллера в 1942 году. За основу была взята теллеровская концепция термоядерного оружия, получившая в кругах советских ученых‑ядерщиков название "труба" ‑ цилиндрический контейнер с жидким дейтерием, который должен был нагреваться от взрыва инициирующего устройства типа обычной атомной бомбы. Только в 1950 году американцы установили, что "труба" бесперспективна, и они продолжили разработку других конструкций. Но к этому времени советскими физиками уже была самостоятельно разработана другая концепция термоядерного оружия, которая вскоре ‑ в 1953 году ‑ привела к успеху.
Альтернативную схему водородной бомбы придумал Андрей Сахаров. В основу бомбы им была положена идея "слойки" и применения дейтерида лития‑6. Разработанный в КБ‑11 (сегодня это город Саров, бывший Арзамас‑16, Нижегородская область) термоядерный заряд РДС‑6с представлял собой сферическую систему из слоев урана и термоядерного горючего, окруженных химическим взрывчатым веществом.
Для увеличения энерговыделения заряда в его конструкции был использован тритий. Основная задача при создании подобного оружия заключалась в том, чтобы с помощью энергии, выделенной при взрыве атомной бомбы, нагреть и поджечь тяжелый водород — дейтерий, осуществить термоядерные реакции с выделением энергии, способные сами себя поддерживать. Для увеличения доли "сгоревшего" дейтерия Сахаров предложил окружить дейтерий оболочкой из обычного природного урана, который должен был замедлить разлет и, главное, существенно повысить плотность дейтерия. Явление ионизационного сжатия термоядерного горючего, ставшее основой первой советской водородной бомбы, до сих пор называют "сахаризацией".
По результатам работ над первой водородной бомбой Андрей Сахаров получил звание Героя Соцтруда и лауреата Сталинской премии.
"Изделие РДС‑6с" было выполнено в виде транспортабельной бомбы весом 7 тонн, которая помещалась в бомбовом люке бомбардировщика Ту‑16. Для сравнения — бомба, созданная американцами, весила 54 тонн и была размером с трехэтажный дом.
Чтобы оценить разрушительные воздействия новой бомбы, на Семипалатинском полигоне построили город из промышленных и административных зданий. В общей сложности на поле имелось 190 различных сооружений. В этом испытании впервые были применены вакуумные заборники радиохимических проб, автоматически открывавшиеся под действием ударной волны. Всего к испытаниям РДС‑6с было подготовлено 500 различных измерительных, регистрирующих и киносъемочных приборов, установленных в подземных казематах и прочных наземных сооружениях. Авиационно‑техническое обеспечение испытаний — измерение давления ударной волны на самолет, находящийся в воздухе в момент взрыва изделия, забор проб воздуха из радиоактивного облака, аэрофотосъемка района осуществлялось специальной летной частью. Подрыв бомбы осуществлялся дистанционно, подачей сигнала с пульта, который находился в бункере.
Было решено произвести взрыв на стальной башне высотой 40 метров, заряд был расположен на высоте 30 метров . Радиоактивный грунт от прошлых испытаний был удален на безопасное расстояние, специальные сооружения были отстроены на своих же местах на старых фундаментах, в 5 метрах от башни был сооружен бункер для установки разработанной в ИХФ АН СССР аппаратуры, регистрирующей термоядерные процессы.
На поле установили военную технику всех родов войск. В ходе испытаний были уничтожены все опытные сооружения в радиусе до четырех километров. Взрыв водородной бомбы мог бы полностью разрушить город в 8 километров в поперечнике. Экологические последствия взрыва оказались ужасающими: на долю первого взрыва приходится 82% стронция‑90 и 75% цезия‑137.
Мощность бомбы достигла 400 килотонн, в 20 раз больше первых атомных бомб в США и СССР.
Работа по созданию водородной бомбы стала первой в мире интеллектуальной "битвой умов" поистине мирового масштаба. Создание водородной бомбы инициировало появление совершенно новых научных направлений — физики высокотемпературной плазмы, физики сверхвысоких плотностей энергии, физики аномальных давлений. Впервые в истории человечества было масштабно использовано математическое моделирование.
Работы по "изделию РДС‑6с" создали научно‑технический задел, который затем был использован в разработке несравнимо более совершенной водородной бомбы принципиально нового типа — водородной бомбы двухстадийной конструкции.
Водородная бомба сахаровской конструкции не только стала серьезным контраргументом в политическом противостоянии между США и СССР, но и послужила причиной бурного развития советской космонавтики тех лет. Именно после успешных ядерных испытаний ОКБ Королева получило важное правительственное задание разработать межконтинентальную баллистическую ракету для доставки к цели созданного заряда. В дальнейшем ракета, получившая название "семерка", вывела в космос первый искусственный спутник Земли , и именно на ней стартовал первый космонавт планеты Юрий Гагарин.
Материал подготовлен на основе информации открытых источников
В каких условиях и какими усилиями страна, пережившая самую страшную войну ХХ века, создавала свой атомный щит
Почти семь десятилетий назад, 29 октября 1949 года, Президиум Верховного совета СССР издал четыре сверхсекретных указа о награждении 845 человек званиями Героев Социалистического Труда, орденами Ленина, Трудового Красного Знамени и «Знак Почета». Ни в одном из них по отношению ни к одному из награжденных не было сказано, за что именно он отмечен: везде фигурировала стандартная формулировка «за исключительные заслуги перед государством при выполнении специального задания». Даже для привыкшего к секретности Советского Союза это было редким явлением. Между тем сами награжденные прекрасно знали, конечно же, какие именно «исключительные заслуги» имеются в виду. Все 845 человек были в большей или меньшей степени непосредственно связаны с созданием первой ядерной бомбы СССР.
Для награжденных не было странным, что и сам проект, и его успех окутывает плотная завеса секретности. Ведь все они хорошо знали, что в немалой степени своим успехом обязаны мужеству и профессионализму советских разведчиков, на протяжении восьми лет снабжавших ученых и инженеров сверхсекретной информацией из-за рубежа. И столь высокая оценка, которую заслужили создатели советской атомной бомбы, не была преувеличенной. Как вспоминал один из создателей бомбы, академик Юлий Харитон, на церемонии вручения Сталин внезапно произнес: «Если бы мы опоздали на один–полтора года, то, наверное, испробовали бы этот заряд на себе». И это не преувеличение…
Атомная бомба образца… 1940 года
К идее создания бомбы, в которой используется энергия цепной ядерной реакции, в Советском Союзе пришли практически одновременно с Германией и США. Первый официально рассматривавшийся проект такого типа вооружения был представлен в 1940 году группой ученых из Харьковского физико-технического института под руководством Фридриха Ланге. Именно в этом проекте впервые в СССР была предложена ставшая позже классической для всех ядерных боеприпасов схема подрыва обычной взрывчатки, за счет которого из двух докритических масс урана почти моментально складывается надкритическая.
Проект получил отрицательные отзывы и в дальнейшем не рассматривался. Но работы, положенные в его основу, продолжались, и не только в Харькове. Атомной тематикой в предвоенном СССР занималось как минимум четыре крупных института - в Ленинграде, Харькове и Москве, а курировал работы председатель Совнаркома Вячеслав Молотов. Вскоре после представления проекта Ланге, в январе 1941-го советское правительство приняло закономерное решение засекретить отечественные атомные исследования. Было ясно, что они действительно могут привести к созданию нового типа мощного , а разбрасываться такими сведениями не следует, тем паче что именно в это время были получены первые разведданные по американскому атомному проекту - и рисковать своим в Москве не хотели.
Естественное течение событий прервало начало Великой Отечественной войны. Но, несмотря на то, что вся советская промышленность и наука очень быстро были переведены на военные рельсы и принялись обеспечивать армию самыми насущными разработками и изобретениями, на продолжение атомного проекта тоже нашлись силы и средства. Хотя и не сразу. Возобновление исследований надо отсчитывать от постановления Государственного комитета обороны от 11 февраля 1943 года, оговорившего начало практических работ по созданию атомной бомбы.
Проект «Энормоз»
К этому времени советская внешняя разведка уже вовсю работала над добычей сведений по проекту «Энормоз» - так в оперативных документах именовался американский атомный проект. Первые содержательные данные, свидетельствующие, что Запад всерьез занимается созданием уранового оружия, поступили от лондонской резидентуры в сентябре 1941-го. А в конце того же года из того же источника приходит сообщение, что Америка и Великобритания договорились координировать усилия своих ученых в сфере исследования атомной энергии. В условиях войны это могло быть интерпретировано только одним образом: союзники ведут работы по созданию атомного оружия. А в феврале 1942 года разведка получила документальные подтверждения, что и в Германии активно занимаются тем же самым.
По мере того как продвигались усилия советских ученых, работавших по собственным планам, активизировалась и работа разведки по получению информации об американском и английском атомных проектах. В декабре 1942-го стало окончательно понятно, что США явно опережают Британию в этой сфере, и основные усилия были сосредоточены на добыче данных из-за океана. Фактически каждый шаг участников «Манхэттенского проекта», как именовались работы по созданию атомной бомбы в США, плотно контролировался советской разведкой. Достаточно сказать, что подробнейшие сведения об устройстве первой реальной атомной бомбы в Москве получили меньше чем через две недели после того, как ее собрали в Америке.
Именно поэтому хвастливое сообщение нового президента США Гарри Трумэна, решившего огорошить Сталина на Потсдамской конференции заявлением о наличии у Америки нового оружия небывалой разрушительной силы, не вызвало той реакции, на которую рассчитывал американец. Советский лидер спокойно выслушал его, кивнул - и ничего не ответил. Иностранцы были уверены, что Сталин просто ничего не понял. В действительности же руководитель СССР здраво оценил слова Трумэна и в тот же день вечером потребовал от советских специалистов максимально ускорить работы по созданию собственной атомной бомбы. Но перегнать Америку уже было невозможно. Через неполный месяц первый атомный гриб вырос над Хиросимой, три дня спустя - над Нагасаки. А над Советским Союзом нависла тень новой, атомной войны, причем не с кем-нибудь, а с бывшими союзниками.
Время, вперед!
Сейчас, семьдесят лет спустя, никого уже не удивляет, что Советский Союз получил так необходимый ему запас времени на создание собственной супербомбы, несмотря на резко ухудшившиеся отношения с экс-партнерами по антигитлеровской коалиции. Ведь уже 5 марта 1946 года, через полгода после первых атомных бомбардировок прозвучала знаменитая Фултонская речь Уинстона Черчилля, положившая начало холодной войне. Но в горячую, по замыслу Вашингтона и его союзников, она должна была перерасти позднее - в конце 1949-го. Ведь, как рассчитывали за океаном, СССР не должен был получить собственное атомное оружие раньше середины 1950-х, а значит, и спешить было некуда.
Испытания атомной бомбы. Фото: U.S. Air Force / АР
С высоты сегодняшнего дня кажется удивительным совпадение даты начала новой мировой войны - точнее, одной из дат одного из основных планов, «Флитвуд» - и даты испытания первой советской ядерной бомбы: 1949 год. Но в действительности все закономерно. Внешнеполитическая обстановка накалялась быстро, бывшие союзники все резче и резче разговаривали друг с другом. А в 1948 году стало совершенно ясно, что договориться между собой Москва и Вашингтон уже, видимо, не смогут. Отсюда и нужно отсчитывать время до начала новой войны: год - крайний срок, за который недавно вышедшие из колоссальной войны страны могут полноценно подготовиться к новой, к тому же с государством, вынесшим на своих плечах основную тяжесть Победы. Даже атомная монополия не давала США возможности сократить срок подготовки к войне.
Иностранные «акценты» советской атомной бомбы
Все это прекрасно понимали и у нас. С 1945 года резко активизировались все работы, связанные с атомным проектом. В течение первых двух послевоенных лет СССР, истерзанному войной, потерявшему немалую часть своего промышленного потенциала, удалось с нуля создать колоссальную атомную индустрию. Возникли будущие ядерные центры, такие как «Челябинск-40», «Арзамас-16», Обнинск, сложились крупные научные институты и производственные мощности.
Еще не так давно распространенной точкой зрения на советского атомного проекта была такая: дескать, если бы не разведка, ученые СССР не смогли бы создать никакой атомной бомбы. На деле же все обстояло далеко не так однозначно, как пытались показать ревизионисты отечественной истории. В действительности добытые советской разведкой данные об американском атомном проекте позволили нашим ученым избежать многих ошибок, которые неизбежно пришлось совершить ушедшим вперед их американским коллегам (которым, напомним, война всерьез работать не мешала: враг не вторгался на территорию США, и страна не теряла в течение нескольких месяцев половину промышленности). Кроме того, данные разведки, несомненно, помогли советским специалистам оценить наиболее выигрышные конструкции и технические решения, позволившие собрать свою, более совершенную атомную бомбу.
А если говорить о степени иностранного влияния на советский атомный проект, то, скорее, нужно вспомнить о нескольких сотнях немецких специалистов-атомщиков, которые работали на двух секретных объектах под Сухуми - в прообразе будущего Сухумского физико-технического института. Вот они действительно очень сильно помогли продвинуть вперед работы над «изделием» - первой атомной бомбой СССР, причем настолько, что многие из них теми же секретными указами от 29 октября 1949 года были награждены советскими орденами. Большинство этих специалистов пять лет спустя уехали обратно в Германию, поселившись в большинстве своем в ГДР (хотя были и такие, кто отправился на Запад).
Объективно говоря, у первой советской атомной бомбы был, если можно так выразиться, не один «акцент». Ведь она родилась в итоге колоссальной кооперации усилий множества людей - и тех, кто занимался проектом по своей воле, и тех, кого привлекли к работам в качестве военнопленных или интернированных специалистов. Но страна, которой во что бы то ни стало требовалось как можно быстрее получить оружие, уравнивающее ее шансы с экс-союзниками, стремительно превратившимися в смертельных врагов, было не до сантиментов.
Россия делает сама!
В документах, касающихся создания первой ядерной бомбы СССР, еще не встречался ставший потом популярным термин «изделие». Гораздо чаще она официально именовалась «реактивным двигателем специальным», или сокращенно РДС. Хотя, конечно, ничем реактивным в работах над этой конструкцией и не пахло: все дело было только в строжайших требованиях секретности.
С легкой руки академика Юлия Харитона за аббревиатурой РДС очень быстро закрепилась неофициальная расшифровка «Россия делает сама». В этом была и немалая доля иронии, поскольку все знали, как много дали нашим атомщикам добытые разведкой сведения, но и большая доля истины. Ведь если конструкция первой советской ядерной бомбы была очень похожа на американскую (просто потому, что выбиралась наиболее оптимальная, а законы физики и математики не имеют национальных особенностей), то, скажем, баллистический корпус и электронная начинка первой бомбы были сугубо отечественной разработкой.
Когда работы по советскому атомному проекту продвинулись достаточно далеко, руководство СССР сформулировало тактико-технические требования к первым атомным бомбам. Решено было одновременно дорабатывать два типа: плутониевую бомбу имплозивного типа и урановую - пушечного, аналогичного использованному американцами. Первая получила индекс РДС-1, вторая, соответственно, РДС-2.
По плану РДС-1 должна была быть представлена на государственные испытания взрывом в январе 1948 года. Но эти сроки выдержать не удалось: возникли проблемы с изготовлением и обработкой необходимого количества оружейного плутония для ее снаряжения. Он был получен лишь полтора года спустя, в августе 1949-го - и тут же отправился в «Арзамас-16», где ждала почти готовая первая советская атомная бомба. В течение нескольких дней специалисты будущего ВНИИЭФа закончили сборку «изделия», и оно отправилось на Семипалатинский полигон на испытания.
Первая заклепка ядерного щита России
Первая ядерная бомба СССР была взорвана в семь часов утра 29 августа 1949 года. Прошел почти месяц, прежде чем за океаном отошли от шока, вызванного разведданными об успешном испытании в нашей стране собственной «большой дубинки». Лишь 23 сентября Гарри Трумэн, не так давно хвастливо сообщавший Сталину об успехах Америки в создании атомного оружия, выступил с заявлением, что таким же типом вооружений теперь располагают и в СССР.
Презентация мультимедийной инсталляции в честь 65-летия создания первой советской атомной бомбы. Фото: Геодакян Артем / ТАСС
Как ни странно, в Москве вовсе не торопились подтверждать заявления американцев. Напротив, ТАСС выступил фактически с опровержением американского заявления, утверждая, что все дело в колоссальном размахе строительства в СССР, при котором используются и взрывные работы с применением новейших технологий. Правда, в конце тассовского заявления содержался более чем прозрачный намек на обладание собственным ядерным оружием. Агентство напоминало всем заинтересованным, что еще 6 ноября 1947 года министр иностранных дел СССР Вячеслав Молотов заявил, что никакого секрета атомной бомбы давно не существует.
И это было дважды правдой. К 1947 году для СССР уже не были секретом никакие сведения об атомном оружии, а к концу лета 1949-го ни для кого уже не было секретом, что Советский Союз восстановил стратегический паритет со своим основным соперником - Соединенными Штатами. Паритет, который сохраняется вот уже шесть десятков лет. Паритет, поддерживать который помогает ядерный щит России и начало которому было положено накануне Великой Отечественной войны.
Вопрос о создателях первой советской ядерной бомбы достаточно противоречив и требует более детального изучения, а о том, кто в действительности отец советской атомной бомбы, существует несколько укоренившихся мнений. Большинство физиков и историков считают, что основной вклад в создание советского ядерного оружия внес Игорь Васильевич Курчатов. Однако некоторые высказывают мнение, что без Юлия Борисовича Харитона, основателя Арзамаса - 16 и создателя промышленной основы для получения обогащенных расщепляющихся изотопов, первое испытание этого вида оружия в Советском Союзе затянулось бы еще на несколько лет.
Рассмотрим историческую последовательность проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию практического образца атомной бомбы, оставив в стороне теоретические исследования расщепляющихся материалов и условий возникновения цепной реакции, без которых ядерный взрыв невозможен.
Впервые серия заявок на получение авторских свидетельств на изобретение (патенты) атомной бомбы была подана в 1940 году сотрудниками Харьковского физико-технического института Ф. Ланге, В. Шпинелем и В. Масловым. Авторы рассматривали вопросы и предлагали решения по обогащению урана и использованию его как взрывчатого вещества. Предложенная бомба имела классическую схему подрыва (пушечного типа), которая в дальнейшем, с некоторыми изменениями, использовалась для инициализации ядерного взрыва в американских ядерных бомбах на основе урана.
Начавшаяся Великая Отечественная война замедлила теоретические и экспериментальные исследования в области ядерной физики, а крупнейшие центры (Харьковский физико-технический институт и Радиевый институт – Ленинград) прекратили свою деятельность и частично были эвакуированы.
Начиная с сентября 1941 года, разведывательные органы НКВД и Главного разведуправления Красной Армии стали получать все возрастающее количество информации об особом интересе, проявляемом в военных кругах Великобритании к созданию взрывчатых веществ на основе делящихся изотопов. В мае 1942 года Главное разведуправление, обобщив полученные материалы, доложило Государственному комитету обороны (ГКО) о военном назначении проводимых ядерных исследований.
Примерно в это же время техник-лейтенант Георгий Николаевич Флёров, который в 1940 году был одним из открывателей спонтанного деления ядер урана, пишет письмо лично И.В. Сталину. В своем послании будущий академик, один из создателей советского ядерного оружия, обращает внимание на то, что из научной печати Германии, Великобритании и Соединенных Штатов исчезли публикации о работах, связанных с делением атомного ядра. По мнению ученого, это может свидетельствовать о переориентации «чистой» науки в практическую военную область.
В октябре – ноябре 1942 года внешняя разведка НКВД докладывает Л.П. Берии всю имеющуюся информацию о работах в области ядерных исследований, добытую разведчиками-нелегалами в Англии и США, на основании которой нарком пишет докладную записку руководителю государства.
В конце сентября 1942 года И.В. Сталин подписывает постановление Государственного комитета обороны о возобновлении и интенсификации «работ по урану», а в феврале 1943 года после изучения материалов, представленных Л.П. Берией, принимается решение о переводе всех исследований по созданию ядерного оружия (атомной бомбы) в «практическое русло». Общее руководство и координация всех видов работ были возложены на заместителя Председателя ГКО В.М. Молотова, научное руководство проектом поручалось И.В. Курчатову. Руководство работами по поиску месторождений и добыче урановой руды было возложено на А.П. Завенягина, за создание предприятий по обогащению урана и производству тяжелой воды отвечал М.Г. Первухин, а Народному Комиссару цветной металлургии П.Ф. Ломако «доверялось» к 1944 году накопить 0,5 тонны металлического (обогащенного до необходимых кондиций) урана.
На этом первый этап (сроки исполнения которого были сорваны), предусматривающий создание атомной бомбы в СССР, был закончен.
После того, как США сбросили атомные бомбы на японские города, руководство СССР воочию увидело отставание научных исследований и практических работ по созданию ядерного оружия от своих конкурентов. Для интенсификации и создания атомной бомбы в максимально короткие сроки 20 августа 1945 года выходит специальное постановление ГКО о создании Спецкомитета №1, в функции которого входила организация и координация всех видов работ по созданию ядерной бомбы. Руководителем этого чрезвычайного органа с неограниченными полномочиями назначается Л.П. Берия, научное руководство поручается И.В. Курчатову. Непосредственно управление всеми научно-исследовательскими, проектно-конструкторскими и производственными предприятиями должен был осуществлять нарком вооружений Б.Л. Ванников.
Благодаря тому, что научные, теоретические и экспериментальные исследования были закончены, разведывательные данные об организации промышленного производства урана и плутония получены, разведчиками были добыты схемы американских атомных бомб, наибольшую сложность представлял перевод всех видов работ на промышленную основу. Для создания предприятий по получению плутония на пустом месте был выстроен город Челябинск – 40 (научный руководитель И.В. Курчатов). В поселке Саров (будущий Арзамас – 16) был построен завод по сборке и производству в промышленных масштабах самих атомных бомб (научный руководитель – главный конструктор Ю.Б. Харитон).
Благодаря оптимизации всех видов работ и жесткому контролю за ними со стороны Л.П. Берии, который, однако, не препятствовал творческому развитию заложенных в проекты идей, в июле 1946 года были разработаны технические задания на создание первых двух советских атомных бомб:
- «РДС - 1» - бомба с плутониевым зарядом, подрыв которого осуществлялся по имплозивному типу;
- «РДС - 2» - бомба с пушечным подрывом уранового заряда.
Научным руководителем работ по созданию обоих типов ядерного оружия был назначен И.В. Курчатов.
Права отцовства
Испытания первой, созданной в СССР атомной бомбы «РДС - 1» (аббревиатура в разных источниках расшифровывается как – «реактивный двигатель С» или «Россия делает сама») состоялись в последних числах августа 1949 года в Семипалатинске под непосредственным руководством Ю.Б. Харитона. Мощность ядерного заряда составляла 22 килотонны. Однако приписывать отцовство этому изделию кому-либо из российских (советских) граждан, с точки зрения современного авторского права, невозможно. Ранее, при разработке первого практического образца, пригодного для военного использования, Правительством СССР и руководством Спецпроекта №1 было принято решение о максимальном копировании отечественной имплозивной бомбы с плутониевым зарядом с американского прототипа «Толстяк», сброшенного на японский город Нагасаки. Таким образом, «отцовство» первой ядерной бомбы СССР скорее принадлежит генералу Лесли Гровсу (Leslie Groves) – военному руководителю «Манхэттенского» проекта и Роберту Оппенгеймеру (Robert Oppenheimer), известному во всем мире как «отец атомной бомбы» и осуществлявшему научное руководство над проектом «Манхэттен». Основное отличие советского образца от американского заключается в использовании отечественной электроники в системе подрыва и изменении аэродинамической формы корпуса бомбы.
Первой «чисто» советской атомной бомбой можно считать изделие «РДС - 2». Несмотря на то, что первоначально планировалось копирование американского уранового прототипа «Малыш», советская урановая атомная бомба «РДС - 2» была создана в имплозивном варианте, аналогов у которого на тот момент не было. В ее создании участвовали Л.П. Берия – общее руководство проектом, И.В. Курчатов – научный руководитель всех видов работ и Ю.Б. Харитон – научный руководитель и главный конструктор, ответственный за изготовление практического образца бомбы и его испытания.
Говоря о том, кто отец первой советской атомной бомбы, нельзя упускать из внимания тот факт, что и «РДС - 1», и «РДС - 2» были взорваны на полигоне. Первой атомной бомбой, сброшенной с бомбардировщика «Ту - 4», было изделие «РДС - 3». Его конструкция повторяла бомбу имплозивного типа «РДС - 2», но имела комбинированный ураново-плутониевый заряд, благодаря чему удалось увеличить его мощность, при тех же габаритах, до 40 килотонн. Поэтому во многих публикациях «научным» отцом первой, реально сброшенной с самолета атомной бомбы считается академик Игорь Курчатов, так как его коллега по научному цеху, Юлий Харитон был категорически против внесения каких-либо изменений. В пользу «отцовства» говорит и тот факт, что за всю историю СССР Л.П. Берия и И.В Курчатов были единственными, кто в 1949 году удостоились звания Почётного Гражданина СССР – «...за осуществление советского атомного проекта, создание атомной бомбы».
Мир атома настолько фантастичен, что для его понимания требуется коренная ломка привычных понятий о пространстве и времени. Атомы так малы, что если бы каплю воды можно было увеличить до размеров Земли, то каждый атом в этой капле был бы меньше апельсина. В самом деле, одна капля воды состоит из 6000 миллиардов миллиардов (6000000000000000000000) атомов водорода и кислорода. И тем не менее, несмотря на свои микроскопические размеры, атом имеет строение до некоторой степени сходное со строением нашей солнечной системы. В его непостижимо малом центре, радиус которого менее одной триллионной сантиметра, находится относительно огромное «солнце» - ядро атома.
Вокруг этого атомного «солнца» вращаются крохотные «планеты» - электроны. Ядро состоит из двух основных строительных кирпичиков Вселенной - протонов и нейтронов (они имеют объединяющее название - нуклоны). Электрон и протон - заряженные частицы, причем количество заряда в каждом из них совершенно одинаково, однако заряды различаются по знаку: протон всегда заряжен положительно, а электрон - отрицательно. Нейтрон не несет электрического заряда и вследствие этого имеет очень большую проницаемость.
В атомной шкале измерений масса протона и нейтрона принята за единицу. Атомный вес любого химического элемента поэтому зависит от количества протонов и нейтронов, заключенных в его ядре. Например, атом водорода, ядро которого состоит только из одного протона, имеет атомную массу равную 1. Атом гелия, с ядром из двух протонов и двух нейтронов, имеет атомную массу, равную 4.
Ядра атомов одного и того же элемента всегда содержат одинаковое число протонов, но число нейтронов может быть разным. Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но отличающиеся по числу нейтронов и относящиеся к разновидностям одного и того же элемента, называются изотопами. Чтобы отличить их друг от друга, к символу элемента приписывают число, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа.
Может возникнуть вопрос: почему ядро атома не разваливается? Ведь входящие в него протоны - электрически заряженные частицы с одинаковым зарядом, которые должны отталкиваться друг от друга с большой силой. Объясняется это тем, что внутри ядра действуют еще и так называемые внутриядерные силы, притягивающие частицы ядра друг к другу. Эти силы компенсируют силы отталкивания протонов и не дают ядру самопроизвольно разлететься.
Внутриядерные силы очень велики, но действуют только на очень близком расстоянии. Поэтому ядра тяжелых элементов, состоящие из сотен нуклонов, оказываются нестабильными. Частицы ядра находятся здесь в беспрерывном движении (в пределах объема ядра), и если добавить им какое-то дополнительное количество энергии, они могут преодолеть внутренние силы - ядро разделится на части. Величину этой избыточной энергии называют энергией возбуждения. Среди изотопов тяжелых элементов есть такие, которые как бы находятся на самой грани самораспада. Достаточно лишь небольшого «толчка», например, простого попадания в ядро нейтрона (причем он даже не должен разгоняться до большой скорости), чтобы пошла реакция ядерного деления. Некоторые из этих «делящихся» изотопов позже научились получать искусственно. В природе же существует только один такой изотоп - это уран-235.
Уран был открыт в 1783 году Клапротом, который выделил его из урановой смолки и назвал в честь недавно открытой планеты Уран. Как оказалось в дальнейшем, это был, собственно, не сам уран, а его оксид. Чистый уран - металл серебристо-белого цвета - был получен
только в 1842 году Пелиго. Новый элемент не обладал никакими замечательными свойствами и не привлекал к себе внимания вплоть до 1896 года, когда Беккерель открыл явление радиоактивности солей урана. После этого уран сделался объектом научных исследований и экспериментов, но практического применения по-прежнему не имел.
Когда в первой трети XX века физикам более или менее стало понятно строение атомного ядра, они прежде всего попробовали осуществить давнюю мечту алхимиков - постарались превратить один химический элемент в другой. В 1934 году французские исследователи супруги Фредерик и Ирен Жолио-Кюри доложили Французской академии наук о следующем опыте: при бомбардировке пластин алюминия альфа-частицами (ядрами атома гелия) атомы алюминия превращались в атомы фосфора, но не обычные, а радиоактивные, которые свою очередь переходили в устойчивый изотоп кремния. Таким образом, атом алюминия, присоединив один протон и два нейтрона, превращался в более тяжелый атом кремния.
Этот опыт навел на мысль, что если «обстреливать» нейтронами ядра самого тяжелого из существующих в природе элементов - урана, то можно получить такой элемент, которого в естественных условиях нет. В 1938 году немецкие химики Отто Ган и Фриц Штрассман повторили в общих чертах опыт супругов Жолио-Кюри, взяв вместо алюминия уран. Результаты эксперимента оказались совсем не те, что они ожидали - вместо нового сверхтяжелого элемента с массовым числом больше, чем у урана, Ган и Штрассман получили легкие элементы из средней части периодической системы: барий, криптон, бром и некоторые другие. Сами экспериментаторы не смогли объяснить наблюдаемое явление. Только в следующем году физик Лиза Мейтнер, которой Ган сообщил о своих затруднениях, нашла правильное объяснение наблюдаемому феномену, предположив, что при обстреле урана нейтронами происходит расщепление (деление) его ядра. При этом должны были образовываться ядра более легких элементов (вот откуда брались барий, криптон и другие вещества), а также выделяться 2-3 свободных нейтрона. Дальнейшие исследования позволили детально прояснить картину происходящего.
Природный уран состоит из смеси трех изотопов с массами 238, 234 и 235. Основное количество урана приходится на изотоп-238, в ядро которого входят 92 протона и 146 нейтронов. Уран-235 составляет всего 1/140 природного урана (0, 7% (он имеет в своем ядре 92 протона и 143 нейтрона), а уран-234 (92 протона, 142 нейтрона) лишь - 1/17500 от общей массы урана (0, 006%. Наименее стабильным из этих изотопов является уран-235.
Время от времени ядра его атомов самопроизвольно делятся на части, вследствие чего образуются более легкие элементы периодической системы. Процесс сопровождается выделением двух или трех свободных нейтронов, которые мчатся с огромной скоростью - около 10 тыс. км/с (их называют быстрыми нейтронами). Эти нейтроны могут попадать в другие ядра урана, вызывая ядерные реакции. Каждый изотоп ведет себя в этом случае по-разному. Ядра урана-238 в большинстве случаев просто захватывают эти нейтроны без каких-либо дальнейших превращений. Но примерно в одном случае из пяти при столкновении быстрого нейтрона с ядром изотопа-238 происходит любопытная ядерная реакция: один из нейтронов урана-238 испускает электрон, превращаясь в протон, то есть изотоп урана обращается в более
тяжелый элемент - нептуний-239 (93 протона + 146 нейтронов). Но нептуний нестабилен - через несколько минут один из его нейтронов испускает электрон, превращаясь в протон, после чего изотоп нептуния обращается в следующий по счету элемент периодической системы - плутоний-239 (94 протона + 145 нейтронов). Если же нейтрон попадает в ядро неустойчивого урана-235, то немедленно происходит деление - атомы распадаются с испусканием двух или трех нейтронов. Понятно, что в природном уране, большинство атомов которого относятся к изотопу-238, никаких видимых последствий эта реакция не имеет - все свободные нейтроны окажутся в конце концов поглощенными этим изотопом.
Ну а если представить себе достаточно массивный кусок урана, целиком состоящий из изотопа-235?
Здесь процесс пойдет по-другому: нейтроны, выделившиеся при делении нескольких ядер, в свою очередь, попадая в соседние ядра, вызывают их деление. В результате выделяется новая порция нейтронов, которая расщепляет следующие ядра. При благоприятных условиях эта реакция протекает лавинообразно и носит название цепной реакции. Для ее начала может быть достаточно считанного количества бомбардирующих частиц.
Действительно, пусть уран-235 бомбардируют всего 100 нейтронов. Они разделят 100 ядер урана. При этом выделится 250 новых нейтронов второго поколения (в среднем 2, 5 за одно деление). Нейтроны второго поколения произведут уже 250 делений, при котором выделится 625 нейтронов. В следующем поколении оно станет равным 1562, затем 3906, далее 9670 и т.д. Число делений будет увеличиваться безгранично, если процесс не остановить.
Однако реально лишь незначительная часть нейтронов попадает в ядра атомов. Остальные, стремительно промчавшись между ними, уносятся в окружающее пространство. Самоподдерживающаяся цепная реакция может возникнуть только в достаточно большом массиве урана-235, обладающим, как говорят, критической массой. (Эта масса при нормальных условиях равна 50 кг.) Важно отметить, что деление каждого ядра сопровождается выделением огромного количества энергии, которая оказывается примерно в 300 миллионов раз больше энергии, затраченной на расщепление! (Подсчитано, что при полном делении 1 кг урана-235 выделяется столько же тепла, сколько при сжигании 3 тыс. тонн угля.)
Этот колоссальный выплеск энергии, освобождающейся в считанные мгновения, проявляет себя как взрыв чудовищной силы и лежит в основе действия ядерного оружия. Но для того чтобы это оружие стало реальностью, необходимо, чтобы заряд состоял не из природного урана, а из редкого изотопа - 235 (такой уран называют обогащенным). Позже было установлено, что чистый плутоний также является делящимся материалом и может быть использован в атомном заряде вместо урана-235.
Все эти важные открытия были сделаны накануне Второй мировой войны. Вскоре в Германии и в других странах начались секретные работы по созданию атомной бомбы. В США этой проблемой занялись в 1941 году. Всему комплексу работ было присвоено наименование «Манхэттенского проекта».
Административное руководство проектом осуществлял генерал Гровс, а научное - профессор Калифорнийского университета Роберт Оппенгеймер. Оба хорошо понимали огромную сложность стоящей перед ними задачи. Поэтому первой заботой Оппенгеймера стало комплектование высокоинтеллектуального научного коллектива. В США тогда было много физиков, эмигрировавших из фашистской Германии. Нелегко было привлечь их к созданию оружия, направленного против их прежней родины. Оппенгеймер лично говорил с каждым, пуская в ход всю силу своего обаяния. Вскоре ему удалось собрать небольшую группу теоретиков, которых он шутливо называл «светилами». И в самом деле, в нее входили крупнейшие специалисты того времени в области физики и химии. (Среди них 13 лауреатов Нобелевской премии, в том числе Бор, Ферми, Франк, Чедвик, Лоуренс.) Кроме них, было много других специалистов самого разного профиля.
Правительство США не скупилось на расходы, и работы с самого начала приняли грандиозный размах. В 1942 году была основана крупнейшая в мире исследовательская лаборатория в Лос-Аламосе. Население этого научного города вскоре достигло 9 тысяч человек. По составу ученых, размаху научных экспериментов, числу привлекаемых к работе специалистов и рабочих Лос-Аламосская лаборатория не имела себе равных в мировой истории. «Манхэттенский проект» имел свою полицию, контрразведку, систему связи, склады, поселки, заводы, лаборатории, свой колоссальный бюджет.
Главная цель проекта состояла в получении достаточного количества делящегося материала, из которого можно было бы создать несколько атомных бомб. Кроме урана-235 зарядом для бомбы, как уже говорилось, мог служить искусственный элемент плутоний-239, то есть бомба могла быть как урановой, так и плутониевой.
Гровс и Оппенгеймер согласились, что работы должны вестись одновременно по двум направлениям, поскольку невозможно наперед решить, какое из них окажется более перспективным. Оба способа принципиально отличались друг от друга: накопление урана-235 должно было осуществляться путем его отделения от основной массы природного урана, а плутоний мог быть получен только в результате управляемой ядерной реакции при облучении нейтронами урана-238. И тот и другой путь представлялся необычайно трудным и не сулил легких решений.
В самом деле, как можно отделить друг от друга два изотопа, которые лишь незначительно отличаются своим весом и химически ведут себя совершенно одинаково? Ни наука, ни техника никогда еще не сталкивались с такой проблемой. Производство плутония тоже поначалу казалось очень проблематичным. До этого весь опыт ядерных превращений сводился к нескольким лабораторным экспериментам. Теперь же предстояло в промышленном масштабе освоить производство килограммов плутония, разработать и создать для этого специальную установку - ядерный реактор, и научиться управлять течением ядерной реакции.
И там и здесь предстояло разрешить целый комплекс сложных задач. Поэтому «Манхэттенский проект» состоял из нескольких подпроектов, во главе которых стояли видные ученые. Сам Оппенгеймер был главой Лос-Аламосской научной лаборатории. Лоуренс заведовал Радиационной лабораторией Калифорнийского университета. Ферми вел в Чикагском университете исследования по созданию ядерного реактора.
Поначалу важнейшей проблемой было получение урана. До войны этот металл фактически не имел применения. Теперь, когда он потребовался сразу в огромных количествах, оказалось, что не существует промышленного способа его производства.
Компания «Вестингауз» взялась за его разработку и быстро добилась успеха. После очистки урановой смолы (в таком виде уран встречается в природе) и получения окиси урана, ее превращали в тетрафторид (UF4), из которого путем электролиза выделялся металлический уран. Если в конце 1941 года в распоряжении американских ученых было всего несколько граммов металлического урана, то уже в ноябре 1942 года его промышленное производство на заводах фирмы «Вестингауз» достигло 6000 фунтов в месяц.
Одновременно шла работа над созданием ядерного реактора. Процесс производства плутония фактически сводился к облучению урановых стержней нейтронами, в результате чего часть урана-238 должна была обратиться в плутоний. Источниками нейтронов при этом могли быть делящиеся атомы урана-235, рассеянные в достаточном количестве среди атомов урана-238. Но для того чтобы поддерживать постоянное воспроизводство нейтронов, должна была начаться цепная реакция деления атомов урана-235. Между тем, как уже говорилось, на каждый атом урана-235 приходилось 140 атомов урана-238. Ясно, что у разлетающихся во все стороны нейтронов было гораздо больше вероятности встретить на своем пути именно их. То есть, огромное число выделившихся нейтронов оказывалось без всякой пользы поглощенным основным изотопом. Очевидно, что при таких условиях цепная реакция идти не могла. Как же быть?
Сначала представлялось, что без разделения двух изотопов работа реактора вообще невозможна, но вскоре было установлено одно важное обстоятельство: оказалось, что уран-235 и уран-238 восприимчивы к нейтронам разных энергий. Расщепить ядро атома урана-235 можно нейтроном сравнительно небольшой энергии, имеющим скорость около 22 м/с. Такие медленные нейтроны не захватываются ядрами урана-238 - для этого те должны иметь скорость порядка сотен тысяч метров в секунду. Другими словами уран-238 бессилен помешать началу и ходу цепной реакции в уране-235, вызванной нейтронами, замедленными до крайне малых скоростей - не более 22 м/с. Это явление было открыто итальянским физиком Ферми, который с 1938 года жил в США и руководил здесь работами по созданию первого реактора. В качестве замедлителя нейтронов Ферми решил применить графит. По его расчетам, вылетевшие из урана-235 нейтроны, пройдя через слой графита в 40 см, должны были снизить свою скорость до 22 м/с и начать самоподдерживающуюся цепную реакцию в уране-235.
Другим замедлителем могла служить так называемая «тяжелая» вода. Поскольку атомы водорода, входящие в нее, по размерам и массе очень близки к нейтронам, они могли лучше всего замедлять их. (С быстрыми нейтронами происходит примерно то же, что с шарами: если маленький шар ударяется о большой, он откатывается назад, почти не теряя скорости, при встрече же с маленьким шаром он передает ему значительную часть своей энергии - точно так же нейтрон при упругом столкновении отскакивает от тяжелого ядра лишь незначительно замедляясь, а при столкновении с ядрами атомов водорода очень быстро теряет всю свою энергию.) Однако обычная вода не подходит для замедления, так как ее водород имеет тенденцию поглощать нейтроны. Вот почему для этой цели следует использовать дейтерий, входящий в состав «тяжелой» воды.
В начале 1942 года под руководством Ферми в помещении теннисного корта под западными трибунами Чикагского стадиона началось строительство первого в истории ядерного реактора. Все работы ученые проводили сами. Управление реакцией можно осуществлять единственным способом - регулируя число нейтронов, участвующих в цепной реакции. Ферми предполагал добиться этого с помощью стержней, изготовленных из таких веществ, как бор и кадмий, которые сильно поглощают нейтроны. Замедлителем служили графитовые кирпичи, из которых физики возвели колоны высотой в 3 м и шириной в 1, 2 м. Между ними были установлены прямоугольные блоки с окисью урана. На всю конструкцию пошло около 46 тонн окиси урана и 385 тонн графита. Для замедления реакции служили введенные в реактор стержни из кадмия и бора.
Если бы этого оказалось недостаточно, то для страховки на платформе, расположенной над реактором, стояли двое ученых с ведрами, наполненными раствором солей кадмия - они должны были вылить их на реактор, если бы реакция вышла из-под контроля. К счастью, этого не потребовалось. 2 декабря 1942 года Ферми приказал выдвинуть все контрольные стержни, и эксперимент начался. Через четыре минуты нейтронные счетчики стали щелкать все громче и громче. С каждой минутой интенсивность нейтронного потока становилась больше. Это говорило о том, что в реакторе идет цепная реакция. Она продолжалась в течение 28 минут. Затем Ферми дал знак, и опущенные стержни прекратили процесс. Так впервые человек освободил энергию атомного ядра и доказал, что может контролировать ее по своей воле. Теперь уже не было сомнения, что ядерное оружие - реальность.
В 1943 году реактор Ферми демонтировали и перевезли в Арагонскую национальную лабораторию (50 км от Чикаго). Здесь был вскоре
построен еще один ядерный реактор, в котором в качестве замедлителя использовалась тяжелая вода. Он состоял из цилиндрической алюминиевой цистерны, содержащей 6, 5 тонн тяжелой воды, в которую было вертикально погружено 120 стержней из металлического урана, заключенные в алюминиевую оболочку. Семь управляющих стержней были сделаны из кадмия. Вокруг цистерны располагался графитовый отражатель, затем экран из сплавов свинца и кадмия. Вся конструкция заключалась в бетонный панцирь с толщиной стенок около 2, 5 м.
Эксперименты на этих опытных реакторах подтвердили возможность промышленного производства плутония.
Главным центром «Манхэттенского проекта» вскоре стал городок Ок-Ридж в долине реки Теннеси, население которого за несколько месяцев выросло до 79 тысяч человек. Здесь в короткий срок был построен первый в истории завод по производству обогащенного урана. Тут же в 1943 году был пущен промышленный реактор, вырабатывавший плутоний. В феврале 1944 года из него ежедневно извлекали около 300 кг урана, с поверхности которого путем химического разделения получали плутоний. (Для этого плутоний сначала растворяли, а потом осаждали.) Очищенный уран после этого вновь возвращался в реактор. В том же году в бесплодной унылой пустыне на южном берегу реки Колумбия началось строительство огромного Хэнфордского завода. Здесь размещалось три мощных атомных реактора, ежедневно дававших несколько сот граммов плутония.
Параллельно полным ходом шли исследования по разработке промышленного процесса обогащения урана.
Рассмотрев разные варианты, Гровс и Оппенгеймер решили сосредоточить усилия на двух методах: газодиффузионном и электромагнитном.
Газодиффузионный метод основывался на принципе, известном под названием закона Грэхэма (он был впервые сформулирован в 1829 году шотландским химиком Томасом Грэхэмом и разработан в 1896 году английским физиком Рейли). В соответствии с этим законом, если два газа, один из которых легче другого, пропускать через фильтр с ничтожно малыми отверстиями, то через него пройдет несколько больше легкого газа, чем тяжелого. В ноябре 1942 года Юри и Даннинг из Колумбийского университета создали на основе метода Рейли газодиффузионный метод разделения изотопов урана.
Так как природный уран - твердое вещество, то его сначала превращали во фтористый уран (UF6). Затем этот газ пропускали через микроскопические - порядка тысячных долей миллиметра - отверстия в перегородке фильтра.
Так как разница в молярных весах газов была очень мала, то за перегородкой содержание урана-235 увеличивалось всего в 1, 0002 раза.
Для того чтобы увеличить количество урана-235 еще больше, полученную смесь снова пропускают через перегородку, и количество урана опять увеличивается в 1, 0002 раза. Таким образом, чтобы повысить содержание урана-235 до 99%, нужно было пропускать газ через 4000 фильтров. Это происходило на огромном газодиффузионном заводе в Ок-Ридж.
В 1940 году под руководством Эрнста Лоуренса в Калифорнийском университете начались исследования по разделению изотопов урана электромагнитным методом. Необходимо было найти такие физические процессы, которые позволили бы разделять изотопы, пользуясь разностью их масс. Лоуренс предпринял попытку разделить изотопы, используя принцип масс-спектрографа - прибора, с помощью которого определяют массы атомов.
Принцип его действия сводился к следующему: предварительно ионизированные атомы ускорялись электрическим полем, а затем пропускались через магнитное поле, в котором они описывали окружности, расположенные в плоскости, перпендикулярной направлению поля. Так как радиусы этих траекторий были пропорциональны массе, легкие ионы оказывались на окружностях меньшего радиуса, чем тяжелые. Если на пути атомов размещали ловушки, то можно было таким образом раздельно собирать различные изотопы.
Таков был метод. В лабораторных условиях он дал неплохие результаты. Но строительство установки, на которой разделение изотопов могло бы производиться в промышленных масштабах, оказалось чрезвычайно сложным. Однако Лоуренсу в конце концов удалось преодолеть все трудности. Результатом его усилий стало появление калутрона, который был установлен на гигантском заводе в Ок-Ридже.
Этот электромагнитный завод был построен в 1943 году и оказался едва ли не самым дорогостоящим детищем «Манхэттенского проекта». Метод Лоуренса требовал большого количества сложных, еще не разработанных устройств, связанных с высоким напряжением, высоким вакуумом и сильными магнитными полями. Масштабы затрат оказались огромны. Калутрон имел гигантский электромагнит, длина которого достигала 75 м при весе около 4000 тонн.
На обмотки для этого электромагнита пошло несколько тысяч тонн серебряной проволоки.
Все работы (не считая стоимости серебра на сумму 300 миллионов долларов, которое государственное казначейство предоставило только на время) обошлись в 400 миллионов долларов. Только за электроэнергию, затраченную калутроном, министерство обороны заплатило 10 миллионов. Большая часть оборудования ок-риджского завода превосходила по масштабам и точности изготовления все, что когда-либо разрабатывалось в этой области техники.
Но все эти затраты оказались не напрасными. Издержав в общей сложности около 2 миллиардов долларов, ученые США к 1944 году создали уникальную технологию обогащения урана и производства плутония. Тем временем в Лос-Аламосской лаборатории работали над проектом самой бомбы. Принцип ее действия был в общих чертах ясен уже давно: делящееся вещество (плутоний или уран-235) следовало в момент взрыва перевести в критическое состояние (для осуществления цепной реакции масса заряда должна быть даже заметно больше критической) и облучить пучком нейтронов, что влекло за собой начало цепной реакции.
По расчетам, критическая масса заряда превосходила 50 килограмм, но ее смогли значительно уменьшить. Вообще на величину критической массы сильно влияют несколько факторов. Чем больше поверхностная площадь заряда - тем больше нейтронов бесполезно излучается в окружающее пространство. Наименьшей площадью поверхности обладает сфера. Следовательно, сферические заряды при прочих равных условиях имеют наименьшую критическую массу. Кроме того, величина критической массы зависит от чистоты и вида делящихся материалов. Она обратно пропорциональна квадрату плотности этого материала, что позволяет, например, при увеличении плотности вдвое, уменьшить критическую массу в четыре раза. Нужную степень подкритичности можно получить, к примеру, уплотнением делящегося материала за счет взрыва заряда обычного взрывчатого вещества, выполненного в виде сферической оболочки, окружающей ядерный заряд. Критическую массу, кроме того, можно уменьшить, окружив заряд экраном, хорошо отражающим нейтроны. В качестве такого экрана могут быть использованы свинец, бериллий, вольфрам, природный уран, железо и многие другие.
Одна из возможных конструкций атомной бомбы состоит из двух кусков урана, которые, соединяясь, образуют массу больше критической. Для того чтобы вызвать взрыв бомбы, надо как можно быстрее сблизить их. Второй метод основан на использовании сходящегося внутрь взрыва. В этом случае поток газов от обычного взрывчатого вещества направлялся на расположенный внутри делящийся материал и сжимал его до тех пор, пока он не достигал критической массы. Соединение заряда и интенсивное облучение его нейтронами, как уже говорилось, вызывает цепную реакцию, в результате которой в первую же секунду температура возрастает до 1 миллиона градусов. За это время успевало разделиться всего около 5% критической массы. Остальная часть заряда в бомбах ранней конструкции испарялась без
всякой пользы.
Первая в истории атомная бомба (ей было дано имя «Тринити») была собрана летом 1945 года. А 16 июня 1945 года на атомном полигоне в пустыне Аламогордо (штат Нью-Мексико) был произведен первый на Земле атомный взрыв. Бомбу поместили в центре полигона на вершине стальной 30-метровой башни. Вокруг нее на большом расстоянии размещалась регистрирующая аппаратура. В 9 км находился наблюдательный пункт, а в 16 км - командный. На всех свидетелей этого события атомный взрыв произвел потрясающее впечатление. По описанию очевидцев, было такое ощущение, будто множество солнц соединилось в одно и разом осветило полигон. Затем над равниной возник огромный огненный шар и к нему медленно и зловеще стало подниматься круглое облако пыли и света.
Оторвавшись от земли, этот огненный шар за несколько секунд взлетел на высоту более трех километров. С каждым мгновением он разрастался в размерах, вскоре его диаметр достиг 1, 5 км, и он медленно поднялся в стратосферу. Затем огненный шар уступил место столбу клубящегося дыма, который вытянулся на высоту 12 км, приняв форму гигантского гриба. Все это сопровождалось ужасным грохотом, от которого дрожала земля. Мощность взорвавшейся бомбы превзошла все ожидания.
Как только позволила радиационная обстановка, несколько танков «Шерман», выложенные изнутри свинцовыми плитами, ринулись в район взрыва. На одном из них находился Ферми, которому не терпелось увидеть результаты своего труда. Его глазам предстала мертвая выжженная земля, на которой в радиусе 1, 5 км было уничтожено все живое. Песок спекся в стекловидную зеленоватую корку, покрывавшую землю. В огромной воронке лежали изуродованные остатки стальной опорной башни. Сила взрыва была оценена в 20000 тонн тротила.
Следующим шагом должно было стать боевое применение бомбы против Японии, которая после капитуляции фашистской Германии одна продолжала войну с США и их союзниками. Ракет-носителей тогда еще не было, поэтому бомбардировку предстояло осуществить с самолета. Компоненты двух бомб были с большой осторожностью доставлены крейсером «Индианаполис» на остров Тиниан, где базировалась 509-я сводная группа ВВС США. По типу заряда и конструкции эти бомбы несколько отличались друг от друга.
Первая бомба - «Малыш» - представляла собой крупногабаритную авиационную бомбу с атомным зарядом из сильно обогащенного урана-235. Длина ее была около 3 м, диаметр - 62 см, вес - 4, 1 т.
Вторая бомба - «Толстяк» - с зарядом плутония-239 имела яйцеобразную форму с крупногабаритным стабилизатором. Длина ее
составляла 3, 2 м, диаметр 1, 5 м, вес - 4, 5 т.
6 августа бомбардировщик Б-29 «Энола Гэй» полковника Тиббетса сбросил «Малыша» на крупный японский город Хиросиму. Бомба опускалась на парашюте и взорвалась, как это и было предусмотрено, на высоте 600 м от земли.
Последствия взрыва были ужасны. Даже на самих пилотов вид уничтоженного ими в одно мгновение мирного города произвел гнетущее впечатление. Позже один из них признался, что они видели в эту секунду самое плохое, что только может увидеть человек.
Для тех же, кто находился на земле, происходящее напоминало подлинный ад. Прежде всего, над Хиросимой прошла тепловая волна. Ее действие длилось всего несколько мгновений, но было настолько мощным, что расплавило даже черепицу и кристаллы кварца в гранитных плитах, превратило в уголь телефонные столбы на расстоянии 4 км и, наконец, настолько испепелило человеческие тела, что от них остались только тени на асфальте мостовых или на стенах домов. Затем из-под огненного шара вырвался чудовищный порыв ветра и промчался над городом со скоростью 800 км/ч, сметая все на своем пути. Не выдержавшие его яростного натиска дома рушились как подкошенные. В гигантском круге диаметром 4 км не осталось ни одного целого здания. Через несколько минут после взрыва над городом прошел черный радиоактивный дождь - это превращенная в пар влага сконденсировалась в высоких слоях атмосферы и выпала на землю в виде крупных капель, смешанных с радиоактивной пылью.
После дождя на город обрушился новый порыв ветра, на этот раз дувший в направлении эпицентра. Он был слабее первого, но все же достаточно силен, чтобы вырывать с корнем деревья. Ветер раздул гигантский пожар, в котором горело все, что только могло гореть. Из 76 тысяч зданий полностью разрушилось и сгорело 55 тысяч. Свидетели этой ужасной катастрофы вспоминали о людях-факелах, с которых сгоревшая одежда спадала на землю вместе с лохмотьями кожи, и о толпах обезумевших людей, покрытых ужасными ожогами, которые с криком метались по улицам. В воздухе стоял удушающий смрад от горелого человеческого мяса. Всюду валялись люди, мертвые и умирающие. Было много таких, которые ослепли и оглохли и, тычась во все стороны, не могли ничего разобрать в царившем вокруг хаосе.
Несчастные, находившиеся от эпицентра на расстоянии до 800 м, за доли секунды сгорели в буквальном смысле слова - их внутренности испарились, а тела превратились в комки дымящихся углей. Находившиеся от эпицентра на расстоянии 1 км, были поражены лучевой болезнью в крайне тяжелой форме. Уже через несколько часов у них началась сильнейшая рвота, температура подскочила до 39-40 градусов, появились одышка и кровотечения. Затем на коже высыпали незаживающие язвы, состав крови резко изменился, волосы выпали. После ужасных страданий, обычно на второй или третий день, наступала смерть.
Всего от взрыва и лучевой болезни погибло около 240 тысяч человек. Около 160 тысяч получили лучевую болезнь в более легкой форме - их мучительная смерть оказалась отсроченной на несколько месяцев или лет. Когда известие о катастрофе распространилось по стране, вся Япония была парализована страхом. Он еще увеличился, после того как 9 августа самолет «Бокс Кар» майора Суини сбросил вторую бомбу на Нагасаки. Здесь также погибло и было ранено несколько сот тысяч жителей. Не в силах противостоять новому оружию, японское правительство капитулировало - атомная бомба положила конец Второй мировой войне.
Война закончилась. Она продолжалась всего шесть лет, но успела изменить мир и людей почти до неузнаваемости.
Человеческая цивилизация до 1939 года и человеческая цивилизация после 1945 года разительно не похожи друг на друга. Тому есть много причин, но одна из важнейших - появление ядерного оружия. Можно без преувеличений сказать, что тень Хиросимы лежит на всей второй половине XX века. Она стала глубоким нравственным ожогом для многих миллионов людей, как бывших современниками этой катастрофы, так и родившихся через десятилетия после нее. Современный человек уже не может думать о мире так, как думали о нем до 6 августа 1945 года - он слишком ясно понимает, что этот мир может за несколько мгновений превратиться в ничто.
Современный человек не может смотреть на войну, так как смотрели его деды и прадеды - он достоверно знает, что эта война будет последней, и в ней не окажется ни победителей, ни побежденных. Ядерное оружие наложило свой отпечаток на все сферы общественной жизни, и современная цивилизация не может жить по тем же законам, что шестьдесят или восемьдесят лет назад. Никто не понимал этого лучше самих создателей атомной бомбы.
«Люди нашей планеты , - писал Роберт Оппенгеймер, - должны объединиться. Ужас и разрушение, посеянные последней войной, диктуют нам эту мысль. Взрывы атомных бомб доказали ее со всей жестокостью. Другие люди в другое время уже говорили подобные слова - только о другом оружии и о других войнах. Они не добились успеха. Но тот, кто и сегодня скажет, что эти слова бесполезны, введен в заблуждение превратностями истории. Нас нельзя убедить в этом. Результаты нашего труда не оставляют человечеству другого выбора, кроме как создать объединенный мир. Мир, основанный на законности и гуманизме».
