Атомный аврал

Только в 1943 году ядерные исследования были возобновлены в новой секретной лаборатории № 2 под руководством Курчатова.

Конструкция атомной бомбы требовала точного расчета условий для создания мгновенной сверхкритичности ядерного топлива с помощью обычной химической взрывчатки. Харитон был прекрасным специалистом как в области кинетики ядерного деления урана, так и в области взрывов пороховых зарядов. Мягкий и интеллигентный, скромный и порой застенчивый, Юлий Борисович внешне не соответствовал стандартному представлению о большом начальнике сталинской эпохи, но Курчатов знал его прекрасно ещё с 1925 года по совместной работе у Иоффе и был уверен в своем выборе.

Кандидатура Харитона на должность главного конструктора атомной бомбы тщательно обсуждалась в кабинетах НКВД. Были серьезные сомнения в связи с подозрительными пятнами в биографии. Не был ли завербован в Англии или, хуже того, в Германии, куда заезжал на обратном пути после стажировки для встречи с матерью? Отец расстрелян, мать в Палестине. Конечно, это ещё не основание для полного недоверия. Например, всемирно известного генетика Николая Вавилова как врага народа уморили в тюрьме. А его брату, Сергею Вавилову, доверили пост Президента Академии Наук. С такой биографией, как у Харитона, люди всю жизнь оставались под неусыпным контролем. Как бы висели на крючке. И прекрасно знали об этом. Поэтому опасались за свою жизнь, старались доказать свою преданность, служили изуверскому режиму беззаветно и безупречно. Может быть, отсюда проистекали придирчивость, самокритичность и требовательность Харитона к себе и подчиненным («мы должны знать в десять раз больше, чем это необходимо для непосредственной работы»).

Так или иначе, Курчатов попал «в десятку».

Юлия Борисовича привлекала новизна проблемы и конкретность поставленной задачи. После некоторого размышления он дал свое согласие. С этого момента в НКВД на него было заведено подробнейшее досье…

Конструкция АБ к 1943 году была определена лишь в общих чертах.

Мгновенная надкритичность делящегося материала может быть достигнута объединением двух подкритических масс заряда в одну. Но конструкция бомбы должна предотвратить преждевременный разброс ядерного материала и задержать «обрыв» цепной реакции хотя бы на микросекунды, чтобы обеспечить вступление в ядерную реакцию как можно большего количества исходной атомной взрывчатки. Именно от этого будет зависеть коэффициент полезного действия АБ. Скорость образования и время удержания заряда в надкритическом состоянии определяют конечный результат. Может получиться так, что цепная реакция только начнется, и тут же мгновенно заглохнет из-за быстрого разогрева, расширения и разлета делящегося материала. Такой вероятный результат ядерщики назвали «нейтронной вспышкой»: хлопок с разбросом драгоценного ядерного материала без образования мощной взрывной волны. Или попросту говоря: «Пшик!»

Поэтому необходимо было добиться наивысшей скорости объединения двух подкритических масс. Задача представлялась достижимой, если одной частью ядерного заряда, как артиллерийским снарядом, «выстрелить» в другую часть, играющую роль мишени. Или даже «выстрелить» ими одновременно навстречу друг другу. Такой метод подрыва атомной бомбы получил название «пушечного» или «ствольного».

Конструкция АБ в этом случае представлялась довольно простой.

Уже в 1944 году в сарае, построенном недалеко от лаборатории, Харитон с несколькими коллегами начал проведение экспериментов по изучению пушечного метода подрыва, используя для этого два 76-миллиметровых орудия, направленных своими стволами навстречу друг другу.

Но весной 1945 года группе Харитона пришлось круто изменить направление своей работы. В феврале от нашего самого ценного разведывательного источника, физика Клауса Фукса, работавшего в лос-аламосской лаборатории, пришло важное сообщение о конструкции АБ.

Американские ученые пришли к выводу, что пушечный метод подрыва пригоден для АБ с начинкой из урана-235, но не пригоден для плутония.

Дело оказалось не только в том, что цепная реакция в плутонии развивается намного быстрее, чем в уране. Было обнаружено, что один из изотопов плутония — с атомным весом 240 — имеет значительную скорость спонтанного деления с выделением нейтронов. Поэтому в плутониевом заряде всегда присутствует некоторый вредный «нейтронный фон», зависящий от процентного содержания изотопа 240. При пушечном выстреле скорость получения подкритической массы для плутония будет недостаточной, и спонтанные (фоновые) нейтроны могут вызвать преждевременную детонацию. В этом случае цепная реакция и взрыв произойдут рано. До полного сжатия ядерного заряда! В результате взрыв будет очень слабым, с низким КПД, а вполне вероятно, и просто с нулевым эффектом. Поэтому в случае использования плутония в качестве заряда субкритические массы должны быть соединены намного быстрее, чем это возможно при «пушечной» схеме. «Более быстрое сжатие, чем «пушечное», — сообщал Фукс, — может быть достигнуто путем «имплозии».

Сущность этого метода заключается в том, что взрывчатка обычного типа размещается вокруг делящегося материала, а взрывная волна при подрыве направляется исключительно внутрь бомбы. Энергия этого порохового взрыва используется для сжатия атомного заряда и многократного увеличения его плотности. Вероятность деления ядер плутония пропорциональна объемной концентрации этих ядер. Поэтому мгновенное увеличение плотности должно привести атомный заряд в надкритическое состояние. Степень и скорость сжатия ядерного заряда определяют конечную мощность атомного взрыва.

Секрет имплозии американцы тщательно оберегали. В отчете Смита, в котором описывается проведение первого атомного взрыва на полигоне в штате Нью-Мексико, о ней даже не упоминается. Хотя первая взорванная американская бомба была как раз имплозионного типа с плутониевым сердечником. Более простую по конструкции «пушечную» бомбу из урана-235 американцы сочли возможным вообще не испытывать на полигоне и сбросили её на Хиросиму без предварительной проверки на взрыв.

Клаус Фукс в феврале 1945 года передал нашему резиденту общий эскизный чертеж плутониевой бомбы, сообщив при этом, что критическая масса плутония меньше, чем у урана-235, и что для одной бомбы его потребуется от 5 до 15 килограмм. Тонкостей имплозионной конструкции Фукс сообщить тогда не мог, так как весной 1945 года американцы ещё сами не знали, как лучше и эффективнее добиться равномерного обжатия атомного сердечника: с помощью системы линз из обычной взрывчатки или посредством многоточечной одновременной детонации в тридцати двух точках на поверхности сферы из взрывчатого вещества.

В марте 1945 года в отчетном докладе Берия и Первухину по зарубежным разведданым Курчатов писал, что последние сообщения Лос-Аламоса имеют очень большую ценность. «Данные о сечении деления урана-235 и плутония-239 быстрыми нейтронами имеют огромное значение, так как дают возможность определить критические размеры атомного заряда». Но самым важным Игорь Васильевич счел сообщение Фукса об имплозии.

Из секретного доклада Курчатова:

В апреле 1945 года в документе разведки была представлена короткая справка от Фукса, в которой сообщалось, что США на этот момент обладают 25 килограммами урана-235 и 6,5 килограммами плутония.

В июне Фуксу удалось передать в Москву свой научный отчет по работе в Лос-Аламосе, в котором он достаточно детально описал плутониевую бомбу. Были приведены сведения об отражателе из урана вокруг сердечника, об алюминиевой оболочке, системе линз для имплозийной взрывчатки, о конструкции полониевого инициатора атомного взрыва. В отчете были представлены размеры основных деталей и набросок всей конструкции.