Хуберт Мания - История атомной бомбы
Этот первый настоящий трансуран распадается, в свою очередь, с периодом полураспада в тридцать два часа на следующий новый элемент с числом заряда ядра 94. К счастью, с 1930 года известно о существовании еще одной планеты в Солнечной системе — Плутона, — которая тоже пока что не приведена в связь с каким-нибудь химическим элементом. Второй трансуран, производный от первого, Макмиллан и его коллега Гленн Сиборг два года спустя так и называют — плутоний. Изотоп плутония имеет период полураспада двадцать четыре тысячи лет. Хотя в мае 1940 года для более тщательного изучения плутония еще нет его достаточного количества, из прошлогодней теории Бора—Уилера о расщеплении ядра можно сделать вывод, который приводит немецких и американских исследователей реактора в наэлектризованное состояние: расщеплению поддается не только редкий изотоп урана с 235 ядерными частицами, но и трансурановый элемент 94 под названием плутоний.
Преобладающий в природном уране и до сих пор считавшийся неактивным изотоп с 238 ядерными частицами порождает, таким образом—через свою короткоживущую «дочку» нептуний — в третьем поколении еще один — новый — взрывчатый элемент, который годится в качестве ядерной взрывчатки. Значит, при успешном запуске цепной реакции не позднее чем через двое с половиной суток в совершенно нормальном реакторе возникнет естественным способом расщепляемый плутоний. Этот эксперимент влечет за собой один удивительный вывод: урановая машина, работающая даже исключительно в целях производства электричества, поневоле размножает взрывчатое вещество для бомб — плутоний.
В Германии исследованием трансуранов занимаются в первую очередь Карл Фридрих фон Вайцзеккер и его коллега Фриц Хоутерманс. Статья Макмиллана появляется в журнале «Physical Review». Английские атомщики в ужасе: теперь его работа может быть прочитана и в Германии. Они бьют тревогу своим американским коллегам, и уже скоро высшие инстанции налагают запрет на публикации о будущих урановых исследованиях. Статье Макмиллана суждено было стать последней в своем роде в военное время.
В июле 1940 года Вайцзеккер еще может опереться на эту публикацию и предсказать, что плутоний поддается расщеплению легче, чем уран-235. И что химическое отделение нового элемента от урана не связано с большими трудностями. Поскольку плутоний химически отличается от урана, в то время как уран-235 и уран-238 можно разделить, по-видимому, только приложив неодолимую силу циклотрона. Но во всей Германии пока что не построено ни одного ускорителя частиц, поэтому альтернатива плутония видится более торной дорогой к атомной бомбе. Вайцзеккер сводит все свои знания в один отчет Курту Дибнеру. Независимо от американцев и в то же самое время доказательство существования элемента-93 удается и специалисту в области физической химии Курту Штарке в институте Отто Гана. Что и послужило Гану поводом лишний раз указать в отчете Управлению вооружений на «возможное применение трансуранов в качестве ядерной взрывчатки».
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».
В марте 1940 года Марк Олифант понуждает двух своих немецкоязычных enemy aliens поделиться добытыми познаниями с советником английского правительства, участвующего в войне. Так Фриш и Пайерлс сочиняют меморандум о «супербомбе» весом в пять килограммов со взрывной силой в «несколько тысяч тонн динамита». От такой взрывной мощи нет защиты. Ни одно строение не устоит перед ним. Атомная бомба — по предположениям — сровняет с землей центр большого города и произведет такую энергию излучения, которая «еще долгое время после взрыва будет смертельной для всякого живого существа». На следующий день вся местность будет облучена так сильно, как будто подверглась воздействию «сотни тонн радия». Фриш и Пайерлс постигают фатальное действие дождя и ветра. Смытые в почву и витающие в воздухе радионуклиды представляют собой долговременную опасность. Ввиду таких сценариев, само собой, должно быть пресечено обладание «этой страной» таким оружием, пишут Фриш и Пайерлс. С другой стороны, единственно возможной защитой против атомной бомбы является «угроза прибегнуть к возмездию таким же оружием».
Летом 1940 года на территории Института биологии кайзера Вильгельма в Далеме возводится лабораторный барак. Это простая деревянная конструкция с площадью основания сорок квадратных метров. Стены высотой три метра. Он почти идиллически расположился среди вишневых деревьев, защищенный от любопытных взглядов. Вряд ли кто мог заподозрить, что хозяевами этой неприметной стройки являются Карл Фридрих фон Вайцзеккер и Карл Вирц из расположенного по соседству Физического института. Силовой кабель, трубы водопровода и канализации подключены к оборудованию «дома разведения вирусов», который относится к Институту биологии. Так физики и стали в итоге называть свою запасную атомную лабораторию: «вирусный дом». В этом месте бесспорно концентрируется вирус — пусть и нематериальной природы, но от этого не менее токсичный. Этот вирус — заразная идея размножения нейтронов, которое должно привести к производству энергии и выработке плутония. В задней части «вирусного дома» в земле вырыта яма трехметровой ширины и двухметровой глубины, изнутри она облицована камнем и заполнена водой. Через этот колодец перекинут портальный кран. В октябре стены барака облицуют изолирующим материалом. Печное отопление поможет физикам-атомщикам пережить зиму.
К этому времени они уже располагают шестью тоннами оксида урана из трофейного бельгийского сырья. Под руководством Вернера Гейзенберга ученые укладывают свой «препарат 38» и парафин горизонтальными слоями в герметичную алюминиевую емкость в форме кругового цилиндра. Диаметр и высота составляют по полтора метра. В центре этого «колокола», как называет свой аппарат Гейзенберг, укреплен источник нейтронов. При помощи крана испытательный реактор погружают в колодец. Вода должна абсорбировать и отражать нейтроны, которые вылетают из резервуара. Однако ожидаемого успеха не происходит. В этом слоеном устройстве поглощается больше нейтронов, чем высвобождается для расщепления. Гейзенберг в своем отчете Управлению вооружений приходит к заключению, что нормальная вода не является подходящим замедлителем, а вот тяжелая вода, напротив, могла бы быть многообещающей альтернативой углероду.
