Поэтому неудивительно, что Оппенгеймер стал участвовать в сборе средств на борьбу с растущей угрозой европейского фашизма. Говоря откровенно, он был "находкой для шпиона", и все же его вклад в программу S-1 был ценен. Поэтому Артур Комптон без задней мысли поручил ему работу над реакциями на быстрых нейтронах и над принципиальной схемой атомной бомбы. Руководство проекта настаивало, чтобы Оппенгеймер прекратил якшаться с леворадикальными политиками, и тому пришлось уступить. После этого он получил временный допуск к секретной информации и теперь мог помогать Эрнесту Лоуренсу в работе. Анкету на проверку благонадежности Оппенгеймер заполнил в апреле 1942 года, причем на вопросы ответил по большей части честно.
В Беркли ученые начали с теории, обратившись в первую очередь к докладу "Комитета Мауд" и результатам исследований различных групп. Вскоре стало ясно, что атомная бомба "наверняка может получиться", оставалось доработать детали. В августе Оппенгеймер писал, что для бомбы на уране-235 потребуется около 30 килограммов этого изотопа, а ее "разрушительный эффект сравнится с эффектом от взрыва более 100 000 тонн тротила". Это было гораздо больше 1800 тонн тротила, заявленных физиками из "Комитета Мауд" годом ранее.
Тогда же Ванневару Бушу стало ясно, что разделение программы S-1 между армией и гражданским Управлением научных исследований и разработок себя не оправдало. Он обсудил этот вопрос с генералом Брехоном Сомервеллом, главой армейской службы снабжения. Буш пытался оставить программу под управлением гражданских лиц, но Сомервелл хотел отдать проект под полный контроль армии. Ситуация вот-вот должна была измениться, и не в лучшую сторону для ученых, занятых в проекте.
Генерал хотел видеть при себе зависимого подчиненного, которого можно было бы назначить руководителем военной программы, и, казалось, уже подыскал подходящего кандидата: им оказался полковник Лесли Гровс. Закончив военную академию Вест-Пойнта, Гровс собирался на службу за границей, так как порядком устал от бюрократической деятельности в Управлении военными строительными проектами (кстати, незадолго до этого полковник курировал строительство здания Пентагона). Но вышестоящие чины решили по-своему. "Если вы хорошо выполните свою задачу, – сказал Гровсу генерал Сомервелл, – мы выиграем войну". Тому ничего не оставалось, как согласиться.
Лесли Гровс приступил к руководству атомным проектом с военной прямолинейностью. Один из его подчиненных, подполковник Кеннет Никол, вспоминал Гровса такими словами: "Последняя сволочь, но одновременно и один из наиболее умелых людей, которых я встречал в жизни. <…> Я не мог выносить его характер, да и никто его не выносил, но мы по-своему понимали друг друга".
Возможно, Гровс действительно не отличался тактом, зато он очень быстро действовал. Только один пример из его бурной биографии. Еще в 1940 году из бельгийского Конго в США была переправлена тысяча тонн урановой руды для того, чтобы она не попала в руки немцев. Ценный груз полгода простоял в Порт-Ричмонде на острове Статен-Айленд. 17 сентября Гровс узнал о том, что ему поручили руководить программой S-1. И на следующий день направил подчиненных в Нью-Йорк, чтобы те выкупили руду. В тот же самый день он одобрил изъятие участка площадью более 20 тысяч квадратных километров близ Ок-Риджа на востоке штата Теннесси. Впоследствии это место стали называть "Зоной Х": здесь был построен огромный комплекс для обогащения урана-235 и производства плутония.
Американский атомный проект наконец-то обрел твердого решительного руководителя и начал развиваться немыслимыми до того темпами. Со временем проект обрел и свое уникальное название. Инженерный корпус армии США при упоминании в связи с программой S-1 стал именоваться "Манхэттенский инженерный округ" (его штаб-квартира располагалась на Бродвее, неподалеку от Сити-Холла). Теперь, когда во главе проекта встал армейский инженерный корпус, это название распространилось и на всю программу. Так зародился знаменитый впоследствии "Манхэттенский проект".
Манхэттенский проект
В сентябре 1942 года, сразу после вступления в новую должность и получения звания бригадного генерала, Лесли Гровс отправился с инспекцией по предприятиям, вовлеченным в атомный проект. То, что он увидел, порядком его разочаровало.
Первую остановку он сделал в Питтсбурге, где находились исследовательские лаборатории, принадлежащие корпорации "Вестингауз". Перед ними стояла задача сконструировать объемные высокоскоростные центрифуги для выделения урана-235. Определенно то было не лучшее место для начала проверки. У ученых накопились технические проблемы, проект балансировал на пределе. И по рекомендации Гровса эти исследования вскоре закрыли.
Из Питтсбурга Гровс направился в Колумбийский университет Нью-Йорка, где изучался метод газовой диффузии. Контролировал работы химик Гарольд Юри. Ученые, с которыми здесь встретился Гровс, более оптимистично высказывались об изучаемом ими методе. Единственной серьезной проблемой была коррозия, вызываемая гексафторидом урана. В газодиффузионной установке требовалось смонтировать бесчисленное количество пористых мембран из коррозиеустойчивого вещества. Пока такое вещество известно не было. Гровс счел, что работы следует продолжить, но усомнился, что они дадут положительный результат.
Из Колумбийского университета путь Лесли Гровса лежал на запад. 5 октября генерал прибыл в чикагский "Метлаб". Он пришел к выводу, что возведение экспериментального реактора, которым руководил Энрико Ферми, уверенно продвигается вперед. Однако Гровс поразился, насколько смутно ученые представляли себе детали работы, которые с инженерной точки зрения считались фундаментальными. Если бомбу планируется сконструировать вовремя, то программа уже должна была дать ответы на ключевые вопросы. Сколько потребуется урана? Какого размера будет бомба? Как долго будут продолжаться работы? Физикам же, казалось, доставляло удовольствие предполагать и прикидывать. Гровс заметил физикам, что если бы перед ними стояла задача организовать свадебный банкет, то разговоры наподобие "Мы можем ожидать от десяти до тысячи гостей" совсем не годились бы для грамотного планирования.
Гровс, убежденный, что его окружают одни "ботаники", считал необходимым еще раз дать понять своим подчиненным (среди которых, кстати, было несколько нобелевских лауреатов): он не испытывает пиетета перед их ученостью. Гровс утверждал, что его десятилетнее среднее образование стоит двух докторских степеней. После этого генерал дал ученым время обдумать важность этого утверждения. Но Лео Силарду времени на размышления почти не понадобилось. "Как можно работать с такими людьми?!" – вопрошал он своих коллег. Впрочем, неприязнь между Силардом и Гровсом была взаимной: генерал почти сразу счел венгерского эмигранта-физика "возмутителем спокойствия" и приложил немало усилий, чтобы интернировать его как "враждебного иностранца".
Из Чикаго Лесли Гровс двинулся дальше на запад, в радиационную лабораторию Беркли, куда прибыл 8 октября. Эрнест Лоуренс, мастерски превративший инспекцию в экскурсию, произвел на Гровса очень приятное впечатление. Гровс надеялся, что хотя бы здесь, в Калифорнии, его ждут хорошие новости. Лоуренс пообещал продемонстрировать ему новейшую машину. На тот момент он перешел от работы с 93-сантиметровым циклотроном к использованию 467-сантиметрового суперциклотрона, который уже был готов. Лоуренс сел за пульт управления огромной машины и объяснил, как она работает. Впечатленный Гровс спросил, сколько времени потребуется, чтобы приступить к практически значимому разделению. Лоуренс признался, что пока сколь-нибудь серьезные опыты не проводились; машина еще ни разу не работала дольше 10–15 минут подряд. Чтобы в циклотроне установился необходимый вакуум, она должна проработать от 14 до 24 часов.
Генерал, чувствуя себя обманутым, направился в лабораторию Роберта Оппенгеймера в Беркли. Удивительно, но эта встреча прошла совсем не так, как можно было предположить, зная описываемых персонажей. Оппенгеймер – худой, аскетичный, остроумный интеллектуал с леворадикальными взглядами. Гровс – белозубый, полноватый, консервативный сын пресвитерианского пастора, пропитанный прагматизмом военный инженер, с презрением относящийся к "ботаникам". Но при всем очевидном несходстве эти двое сразу прониклись симпатией друг к другу.
Позднее Лесли Гровс так отзывался о физике, который стал знаменитым благодаря атомному проекту:
С точки зрения сегодняшнего дня кандидатура Оппенгеймера кажется самой подходящей, поскольку он полностью оправдал наши ожидания. Работая непосредственно под руководством Комптона, он возглавлял исследования по созданию бомбы и, без сомнения, знал абсолютно всё, что тогда было известно в этой области. Однако его исследования носили теоретический характер и сводились, по существу, к грамотной оценке мощности взрыва в результате реакции деления ядер атомов. В таких же практических областях, как разработка конструкций взрывателя и бомбы, обеспечивающих ее эффективный взрыв, ничего не было сделано. <…>
Он человек больших умственных способностей, имеет блестящее образование, пользуется заслуженным уважением среди ученых, и я все больше склонялся к мысли, что он справится с предстоящей работой, ибо в своих поисках я не мог найти ни одной кандидатуры, хоть сколько-нибудь более подходящей для решения поставленных задач.
Еще Гровса поразило умение Оппенгеймера доходчивым языком объяснять сложные научные проблемы. Но, что важнее, физику удалось обнадежить Гровса. "Экспертов в этой области нет, – заявил Оппенгеймер. – Она слишком нова". Однако, если всех ученых, изучающих физику бомбы и ее конструкцию, собрать в одной специальной лаборатории, они смогут решить все проблемы, с которыми пришлось столкнуться.
Гровс мыслил в том же направлении и сам планировал создать специальную лабораторию в "Зоне Y". 15 октября он предложил Оппенгеймеру возглавить ее.
Многим специалистам, занятым в проекте, такое назначение показалось немыслимым. На то было немало причин. Во-первых, Оппенгеймер – теоретик со свойственным теоретикам неумением проводить эксперименты. Во-вторых, у него нет Нобелевской премии, а ведь в проекте уже задействовано много нобелевских лауреатов, которым логичнее было бы предложить пост, соответствующий их статусу. И в-третьих, Оппенгеймер дружит с коммунистами, а значит, проект под его руководством может оказаться в опасности. Но все доводы были проигнорированы. Гровс нашел "своего человека" и быстро продавил решение через самые разные комитеты. Роберт Оппенгеймер получил назначение 19 октября 1942 года.
Теперь предстояло найти место для "Зоны Y", где должна была разместиться новая центральная лаборатория. Отдаленный лесистый каньон Хемес-Спрингс в Нью-Мексико Оппенгеймер отверг как слишком "мрачное и удручающее место". Поисковая группа двинулась от Хемес-Спрингс к плато с другой стороны гор Хемес, на котором располагалась частная школа для мальчиков, которая называлась "Лос-Аламосское ранчо". Среди ее выпускников можно назвать Уильяма Берроуза и Гора Видала. Кроме того, эту школу хорошо знал Джеймс Конент – он подумывал отдать туда своего младшего сына. Здесь были здания, водопровод и электричество. Единственная проблема – грунтовая дорога, проложенная к плато от Санта-Фе, расположенного в 50 километрах юго-восточнее, выглядела как тропинка, утопающая в грязи. Тем не менее генералу Гровсу понравилось, что комплекс находится в таком изолированном месте.
На первом этапе Оппенгеймер полагал, что в лаборатории потребуется разместить не более тридцати ведущих ученых плюс вспомогательный персонал. Гровс сразу начал переговоры о приобретении участка, которые завершились быстро и успешно: школа так и не восстановилась после Великой депрессии, поэтому ее последние выпускники получили дипломы 21 января 1943 года.
Оппенгеймер приступил к неофициальному набору ученых для лаборатории через несколько дней после назначения на пост руководителя. Теперь, когда нашли "Зону Y", он и Лоуренс занялись делом всерьез. Многие ученые пытались уклониться от работы в отдаленном месте, некоторые жаловались на трудности с переездом. Лео Силард, например, заявил: "Там никто не сможет ясно мыслить. Все, кто туда отправятся, сойдут с ума".
Но большая часть ученых, которым предложили переехать в Лос-Аламос, сильнее всего беспокоились о том, что им придется работать в военной лаборатории, а значит, служить в армии, чего им совсем не хотелось. Физики Исидор Раби и Роберт Бахер из Массачусетского технологического института убедили Оппенгеймера, что лаборатории нужно сохранить "научную автономность", а превращение ее в чисто армейскую структуру совсем не обязательно. Генерал Гровс согласился с этим неохотно, оговорив, что военные сохранят свою иерархию и будут отвечать за безопасность комплекса.
Итак, ученые Лос-Аламоса получили возможность работать на атомный проект как гражданские лица. Однако из-за беспрецедентных мер безопасности лаборатория вскоре стала напоминать концентрационный лагерь.
Реактор Ферми
Первый американский "критический" реактор изначально было решено соорудить в Аргонском лесу, вблизи Чикаго, но строительство здания задерживалось. Тогда Энрико Ферми предложил собрать атомный "котел" под западными трибунами стадиона "Стагг Филд" Чикагского университета.
Работы по сборке начались 16 ноября 1942 года. Местные жители наблюдали необычайное оживление на территории стадиона. К воротам, ведущим к западным трибунам, один за другим подкатывали машины с грузом. Многочисленная охрана, выставленная вокруг стадиона, не разрешала даже приблизиться к ограде. За самой оградой, в помещении теннисного корта, в строжайшей тайне Ферми вместе с группой коллег готовил необычный и опаснейший эксперимент – осуществление первой в мире контролируемой цепной реакции деления ядер урана.
В ящиках, которые привозили грузовики, находились большие бруски черного материала – графит. Груда ящиков из-под графита росла, и вместе с ней росло сооружение на площадке теннисного корта. Две группы физиков под руководством Уолтера Зинна и Герберта Андерсона работали круглосуточно, в несколько смен. Для реактора понадобилось около 46 тонн оксида урана и около 385 тонн графита. Сборка "котла" осуществлялась по общему плану: детально проработанных чертежей просто не было. Большинство "строительных материалов" изготавливалось непосредственно на месте, в соседних помещениях. Порошкообразный оксид урана прессовался в брикеты на гидравлическом прессе. Графитовые блоки выпиливались с помощью обычных деревообрабатывающих станков. По воспоминаниям самих участников, из-за большого количества образующейся черной пыли они походили на шахтеров после смены.
Согласно плану, "котлу" была придана форма эллипсоида. Для эффективного использования урана нужно было располагать более чистое топливо как можно ближе к центру. Вся конструкция была заключена в деревянную раму. Исходные оценки критического размера активной зоны были завышены, поэтому в конструкции реактора предусматривалась оболочка, из которой можно было бы откачать воздух для уменьшения поглощения нейтронов. Она была изготовлена на заводе компании "Гудъер", специализирующейся на производстве оболочек аэростатов. Из-за секретности проекта назначение оболочки было сокрыто, что вызвало среди физиков массу шуток о "квадратном воздушном шаре".
Укладку каждого нового слоя "котла" начинали после анализа уже полученных результатов. В графитовых кирпичах на строго определенном расстоянии одно от другого высверливали отверстия, куда помещались бруски урана. Сверху вниз через всю графитовую кладку проходили несколько каналов. В каналах располагались бронзовые стержни, покрытые кадмием. Кадмий поглощает нейтроны, и стержни служили для них ловушкой. После укладки очередного слоя поглощающие стержни осторожно извлекались, и проводились измерения потока нейтронов. К пятидесятому слою из семидесяти пяти запланированных стало ясно, что критичность может быть достигнута даже при несколько меньших размерах активной зоны, чем предполагалось в начальных расчетах. Соответственно, количество и размеры последующих слоев были уменьшены.
1 декабря измерения показали, что размер собираемого реактора приближается к критическому. К концу дня, после укладки пятьдесят седьмого слоя, Зинн и Андерсон провели серию измерений активности и пришли к выводу, что при извлечении управляющих стержней в реакторе сможет развиться самоподдерживающаяся ядерная реакция.
Утро 2 декабря 1942 года выдалось холодным. Подмораживало, дул пронизывающий ветер. Около 10.00 Энрико Ферми приказал удалить из реактора все кадмиевые регулирующие стержни, кроме одного. Последний стержень наполовину выдвинули из реактора. Физики внимательно следили за интенсивностью нейтронов и сравнивали результаты с теми, что были спрогнозированы в лабораторных условиях. Около тридцати человек наблюдали за работой с балкона. Среди них были Лео Силард и Юджин Вигнер. Тут Ферми решил сделать перерыв и дождаться руководителей проекта. Регулирующие стержни встали на место.
Около 14.00 прибыл глава "Металлургической лаборатории" Артур Комптон с коллегами – группа наблюдателей увеличилась до сорока двух человек. Ферми распорядился повторить эксперимент, выполненный ранее, и все регулирующие стержни, кроме одного, вновь извлекли из реактора. Когда последний стержень вышел из реактора примерно на 2,5 метра, ядерная реакция стала самоподдерживающейся, а реактор – почти критическим. Ферми приказал своему помощнику Джорджу Вейлю извлечь стержень еще сантиметров на тридцать. Скорость высвобождения нейтронов стала неумолимо расти, из-за этого мерное тиканье нейтронных счетчиков начало ускоряться, пока не слилось в общий гул.
Вот как описал дальнейшие события физик Герберт Андерсон:
Мы работали в режиме высокой интенсивности, и счетчики больше не могли объективно отражать ситуацию. Снова и снова нам приходилось менять шкалу записывающего устройства, чтобы фиксировать скорость высвобождения нейтронов, которая росла все более стремительно. Вдруг Ферми поднял руку. "Реактор стал критическим", – объявил он. Никто из присутствовавших нисколько в этом не сомневался.
По чикагскому времени было 15.25. Атомному "огню" разрешили гореть 28 минут. Затем Ферми дал новый сигнал, и введением кадмиевых стержней "огонь" был погашен.
Физики праздновали победу, а Лео Силард и Энрико Ферми стояли в стороне. "Мы с ним обменялись рукопожатием, – вспоминал позднее Силард, – и я признался в своих опасениях, что этот день запомнится как один из самых мрачных дней в истории человечества".
Тем же вечером Артур Комптон позвонил Джеймсу Коненту и объявил ему:
"Представь себе, итальянский мореплаватель только что высадился в Новом Свете. Земля оказалась не столь большой, как он предполагал, в результате чего он прибыл в место назначения раньше, чем ожидалось".
"Да что ты! – сказал Конент. – А туземцы были любезными?"
"Да. Никто не пострадал, и все в восторге".
На месте проведения эксперимента ныне установлена бронзовая скульптура, созданная Генри Муром.