По возвращении в столицу Немёнов начал собирать циклотрон. Сделать оставалось еще многое: спроектировать и изготовить ускорительную камеру, разработать систему охлаждения магнитных обмоток, изготовить поковки для магнита на московском заводе "Серп и молот". Наконец сборка циклотрона была завершена, и 25 сентября 1944 года, на два месяца позже назначенного Курчатовым срока, в циклотроне был получен пучок дейтронов. Немёнов сообщил об этом по телефону Курчатову, который находился на совещании у народного комиссара боеприпасов. Тот выехал посмотреть на циклотрон в действии и после этого привез всю группу, работавшую над циклотроном, к себе домой, чтобы отметить успех шампанским. На следующий день началось облучение уранил-нитрата. Полученный материал был передан для исследования в лабораторию Бориса Курчатова, младшего брата физика. Борис Курчатов выделил элемент-93 в первой половине 1944 года, а затем сосредоточился на элементе-94. Он поместил колбу с перекисью урана в сосуд с водой, служившей замедлителем, а в центре колбы расположил радиево-бериллиевый источник нейтронов, остававшийся там в течение трех месяцев. Затем он повторил процесс с облученным ураном и выделил препарат с альфа-активностью. Так в октябре 1944 года были получены следы наличия элемента-94 в экспериментальных образцах. Первые крупицы плутония из урана, облученного в циклотроне, Борис Курчатов выделил только в 1946 году. Кроме того, вопросами выделения плутония занималась группа Радиевого института под руководством академика Хлопина, к которому Игорь Курчатов испытывал определенный пиетет.
Разделение изотопов было также включено в план работ Лаборатории № 2, но за военные годы достижений было немного. Ответственным за эту часть проекта был назначен Исаак Кикоин. Он организовал исследования по различным методам разделения. Фриц Ланге продолжал свою работу над центрифугой, и в 1944 году они с Кикоиным изготовили в Лаборатории № 2 центрифугу пятиметровой длины. Однако она была слишком шумной в работе и развалилась при резонансной частоте вращения. Ланге переехал в Свердловск, а Кикоин сосредоточил свои усилия на методе газовой диффузии. В конце 1943 года Курчатов предложил Анатолию Александрову организовать исследования по термодиффузии. В 1944 году в лабораторию пришел Лев Арцимович, чтобы возглавить работу по электромагнитному разделению.
Лаборатория № 2 расширялась медленно. В распоряжение Курчатова предоставили сто московских прописок: для проживания в Москве требовалось специальное разрешение. Он также получил право демобилизовать людей из Красной армии. По мере разрастания лаборатории Курчатов присматривал для нее специальное место. Он нашел его в районе Покровское-Стрешнево, на северо-востоке города, вблизи Москвы-реки. Там уже начались работы по строительству нового здания Всесоюзного института экспериментальной медицины, и, поскольку площадка располагалась за городом, хватало места для последующего расширения лаборатории. Курчатов принял на свой баланс недостроенное здание, к нему были добавлены другие строения, и в апреле 1944 года Лаборатория № 2 переехала в новые помещения. На 25 апреля 1944 года в ее штате числилось 74 сотрудника, 25 из них были учеными мирового уровня.
Когда Курчатову предложили возглавить исследования по урановой проблеме, он сомневался, будет ли его авторитета достаточно для такой должности. Очередные выборы в Академию наук должны были происходить в сентябре 1943 года. Когда стало ясно, что на имевшуюся вакансию по отделению физических наук изберут Алиханова, Иоффе и Кафтанов обратились в правительство с просьбой предоставить дополнительную вакансию для Курчатова. Просьба была удовлетворена, и Курчатов стал академиком, минуя промежуточное звание члена-корреспондента. Избранию Курчатова воспротивились некоторые физики старшего поколения, такие как Френкель и Тамм, но решение правительства никто не решился оспорить.
Самой серьезной проблемой для Курчатова как руководителя конкретной темы было получение урана и графита для реактора. Весной 1943 года у него был только "пестрый набор небольших количеств разнородных, далеко не лучшей чистоты кустарных изделий в виде кусков урана и порошкового урана и его окислов" общей массой около двух тонн.
Первухин вызвал в Москву академика Хлопина, чтобы тот доложил об имеющихся государственных запасах, которые оказались весьма незначительными. Когда в ноябре 1940 года на заседании Урановой комиссии обсуждались результаты экспедиции в Среднюю Азию, то был сделан вывод, что к началу 1943 года можно будет извлекать ежегодно до 10 тонн урана. При таких темпах Игорю Курчатову понадобилось бы от пяти до десяти лет, чтобы получить уран в необходимом для его реактора количестве. После доклада Хлопина правительство дало задание Наркомату цветной металлургии как можно скорее получить 100 тонн чистого урана. В мае Курчатов попросил Институт редких и драгоценных металлов снабдить его разными соединениями урана и металлическим ураном, причем в каждом случае требовалась необычайно высокая химическая чистота. Однако первый слиток урана весом около килограмма был получен лишь в конце 1944 года.
В августе Игорь Курчатов просил Александра Ивановича Васина, помощника Первухина, помочь в получении графита. Вскоре 3,5 тонны графита были отгружены с Московского электродного завода. Графит, предназначавшийся для использования в качестве замедлителя, должен быть исключительно чистым. Испытания показали, что зольность и примеси бора в графите увеличивают сечение захвата нейтронов на порядки. Когда Курчатов стал настаивать на том, чтобы завод исключил примеси, ему сказали, что он требует невозможного. Пришлось решать проблему своими силами: с помощью физиков из Лаборатории № 2 завод разработал соответствующую технологию производства. В палатке во дворе лаборатории были проведены испытания по определению чистоты ряда партий графита. Только к началу осени 1945 года был получен графит требуемой чистоты.
Тогда советское правительство решило воспользоваться преимуществами военного союзника западных держав. Оно послало в Управление по ленд-лизу запрос на 10 килограммов металлического урана, 100 килограммов окиси урана и 100 килограммов нитрата урана. Генерал Лесли Гровс удовлетворил запрос из опасения, что отказ привлек бы внимание к американскому атомному проекту. Соединения урана были отправлены в Советский Союз в начале апреля 1943 года. Несмотря на предоставленную лицензию, закупочная комиссия не смогла найти на американском рынке 10 килограммов металлического урана и вынуждена была удовлетвориться килограммом загрязненного. Кроме того, в ноябре 1943 года СССР получил из Соединенных Штатов килограмм тяжелой воды, а затем, в феврале 1945 года, еще 100 граммов.
В 1943 году нескольким отделениям Академии наук было поручено провести поиски радиоактивных руд. Для координации разведывательных работ и составления рекомендаций создали постоянное консультативное бюро, в которое вошли академики Владимир Вернадский и Виталий Хлопин. В декабре было доложено о том, что залежи урана найдены в Киргизии. Однако прогресс шел медленно, так что в мае 1944 года Вернадский обратился к руководству Управления геологии с жалобой на невыполнение взятых обязательств по разведке урана. Реально же полевые экспедиции начали полномасштабную разведку в сентябре 1945 года, и центр внимания был перенесен на Ферганскую долину.
Игорь Курчатов был обескуражен темпами работы над проектом. 29 сентября 1944 года, спустя четыре дня после запуска циклотрона, он написал Лаврентию Берии, выразив свою озабоченность ходом дел:
В письме т. М. Г. Первухина и моем на Ваше имя мы сообщали о состоянии работ по проблеме урана и их колоссальном развитии за границей.
В течение последнего месяца я занимался предварительным изучением новых весьма обширных (3000 стр. текста) материалов, касающихся проблемы урана.
Это изучение еще раз показало, что вокруг этой проблемы за границей создана невиданная по масштабу в истории мировой науки концентрация научных и инженерно-технических сил, уже добившихся ценнейших результатов.
У нас же, несмотря на большой сдвиг в развитии работ по урану в 1943–1944 году, положение дел остается совершенно неудовлетворительным.
Особенно неблагополучно обстоит дело с сырьем и вопросами разделения. Работа Лаборатории № 2 недостаточно обеспечена материально-технической базой. Работы многих смежных организаций не получают нужного развития из-за отсутствия единого руководства и недооценки в этих организациях значения проблемы.
Зная Вашу исключительно большую занятость, я все же, ввиду исторического значения проблемы урана, решился побеспокоить Вас и просить Вас дать указания о такой организации работ, которая бы соответствовала возможностям и значению нашего Великого Государства в мировой культуре.
Курчатов прекрасно понимал, что главной причиной многочисленных проволочек было непризнание советским руководством решения урановой проблемы как задачи первостепенной важности. Особенно он был раздосадован тем, что "Манхэттенский проект" на годы опережает советских физиков. Курчатов лучше, чем кто-либо другой, сознавал, насколько это опасно, и надеялся найти поддержку в лице всесильных спецслужб. У него получилось.
Шпионские страсти
В конце 1942 года Пётр Иванов, сотрудник советского консульства в Сан-Франциско, попросил английского инженера Джорджа Элтентона, который ранее работал в Ленинградском институте химической физики, чтобы тот раздобыл информацию о работе Радиационной лаборатории в Беркли. Элтентон обратился за помощью к Хакону Шевалье, близкому другу Роберта Оппенгеймера, только что назначенного руководителем лаборатории в Лос-Аламосе. В начале 1943 года у Шевалье состоялся короткий разговор с Оппенгеймером, в ходе которого Шевалье сказал ему, что Элтентон мог бы передать информацию для Советского Союза. Оппенгеймер ответил, что он не хочет иметь ничего общего с подобными делами. Оно и понятно – служба контрразведки "Манхэттенского проекта" взялась за "ненадежных" и "подозрительных" всерьез.
Прорыв в поступлении разведывательных данных из США наступил, когда туда в декабре 1943 года прибыл Клаус Фукс (оперативный псевдоним "Отто"). Он был немецким коммунистом, а в 1933 году бежал в Великобританию. После начала войны его интернировали в лагерь для "нежелательных иностранцев", но в 1941 году как опытного физика-экспериментатора подключили к группе Рудольфа Пайерлса, которая в то время работала над уточнением критической массы урана и проблемой разделения изотопов. В конце того же года, несколько месяцев спустя после начала войны Германии против СССР, Фукс вышел на представителя советской разведки Семёна Давидовича Кремера (оперативный псевдоним – "Александр") и начал передавать ему сведения о британском атомном проекте.
После переезда в составе группы британских ядерщиков Клаус Фукс оставался в Нью-Йорке девять месяцев, разрабатывая теорию процесса газодиффузионного разделения изотопов. В январе 1944 года контроль над Фуксом перешел от ГРУ к Наркомату госбезопасности (НКГБ), возглавляемому Всеволодом Николаевичем Меркуловым. Тогда же спецслужбы приняли решение о целенаправленной координации деятельности своих разведок. В структуре НКГБ был создан отдел "С", которым руководил комиссар госбезопасности третьего ранга Павел Анатольевич Судоплатов. С этого момента результаты работы двух разведок по "Проблеме № 1" регулярно докладывались лично Лаврентию Берии.
Поначалу получить хоть какие-то данные о "Манхэттенском проекте" Фуксу было очень сложно. Он знал, что строится большой завод, но не знал, что строительство осуществляется в Ок-Ридже. Он передал своему новому курьеру, Гарри Голду (оперативный псевдоним "Раймонд"), общую информацию о технологиях разделения изотопов, но это было все. Как признался Фукс позже, в то время он "на самом деле еще ничего не знал ни о реакторном процессе, ни о роли плутония". Тем не менее благодаря полученной информации Игорь Курчатов узнал, что в США для получения урана-235 в больших масштабах выбран метод газовой диффузии. Он также получил представление о проекте завода и о трудностях, с которыми было сопряжено его строительство. Без сомнения, эти разведданные повлияли на решение Исаака Кикоина сконцентрировать усилия на работах по газовой диффузии, а не по центрифугированию. Решение оказалось ошибочным, ведь позднее выяснили, что центрифугирование является более эффективным методом.
Куда более существенную и достоверную информацию из США в то время передавал советский инженер-полковник шведского происхождения и резидент-нелегал Артур Александрович Адамс (оперативный псевдоним "Ахилл"). В 1935 году Адамс был принят на службу в ГРУ и после обучения направлен на нелегальную работу в Соединенные Штаты. В короткий срок он сумел легализоваться как гражданин Канады, радиоинженер по специальности и владелец фирмы "Технические лаборатории". Параллельно со своей легализацией Адамс создал агентурную сеть из более чем двадцати специалистов различных военно-промышленных предприятий США. Профессиональные действия Адамса позволили передать первую информацию в Москву уже через несколько месяцев после засылки.
Поздно вечером 21 января 1944 года Артур Адамс возвращался после очередной встречи с агентом "Эскулапом". От него разведчик получал материалы о ходе разработок новых типов боевых отравляющих веществ, а также образцы средств индивидуальной защиты. На встрече "Эскулап" сообщил Адамсу о том, что один из его старых друзей Мартин Кэмп (подлинное имя до сих пор неизвестно), сочувствующий Советскому Союзу, работает в лаборатории, которая занимается теорией атомной бомбы. Будучи инженером высокой квалификации, Адамс сразу понял особую значимость полученных сведений. Хотя Москва не ставила перед ним задачу сбора данных по атомному проекту, Адамс немедленно сообщил руководству о Мартине Кэмпе. Получив добро ГРУ, Адамс сам вышел на Кэмпа. Тот сразу согласился сотрудничать, но оговорил, что не будет шпионом в классическом понимании и не примет денег в оплату своих услуг, действуя исключительно в интересах всего мира, над которым нависает угроза "атомной монополии".
Следующая встреча советского разведчика с американским ученым состоялась 23 февраля, и Адамс получил от Кэмпа тяжелый портфель с документами о ходе исследований, проводимых в лаборатории. Кэмп попросил к утру возвратить ему все документы. Когда разведчик прибыл на конспиративную квартиру, хозяина которой предусмотрительно отправил к родственникам, то обнаружил в портфеле около тысячи страниц материалов. Там же лежали образцы чистого урана и бериллия. Несколько часов Адамс без отдыха фотографировал секретные инструкции и отчеты о ходе исследований.
В очередной сеанс радиосвязи Адамс направил в ГРУ донесение, в котором сообщал о полученных от Кэмпа материалах. Кроме того, в нарушение традиций он написал два личных послания своему начальству, которые приложил к документам, полученным от американского физика при отправке их через океан. В одном из них он, в частности, писал:
Не знаю, в какой степени Вы осведомлены о том, что здесь в США усиленно работают над проблемой использования энергии урания (не уверен, так ли по-русски называется этот элемент) для военных целей. Я лично недостаточно знаю молекулярную физику, чтобы Вам изложить подробно, в чем заключается задача этой работы, но могу доложить, что эта работа здесь находится в стадии технологического производства нового элемента – плутониума, который должен сыграть огромную роль в настоящей войне. Только физики уровня нашего академика Иоффе могут разобраться в направляемых Вам материалах.
Для характеристики того, какое внимание уделяется этой проблеме в США, могу указать следующее:
1. Секретный фонд в один миллиард долларов, находящийся в личном распоряжении Президента США, уже почти израсходован на исследовательскую работу и работу по созданию технологии производства названных раньше элементов. Шесть ученых с мировым именем – Ферми, Аллисон, Комптон, Урей, Оппенгеймер и другие (большинство имеет Нобелевские премии) стоят во главе этого атомного проекта.
2. Тысячи инженеров и техников заняты в этой работе. Сотни высококвалифицированных врачей изучают влияние радиоактивного излучения на человеческий организм. В университетах, где были сконцентрированы исследовательские работы (Чикагский, Колумбийский и др.), построены огромные здания специально для этих работ. Специальная комиссия, состоящая из наивысших военных чинов и ученых, руководит этими работами.
3. Три основных метода производства плутониума применялись в первоначальной стадии исследования: диффузионный метод, массо-спектрометрический метод и метод атомной трансмутации. По-видимому, последний метод дал более положительные результаты. Это важно знать нашим ученым, если у нас кто-нибудь ведет работу в этой области, потому что здесь затратили более ста миллионов долларов, раньше чем установили, какой из этих методов более пригоден для практического производства этого нового элемента в количествах, могущих оказать влияние на ход текущей войны. Созданы новые химические и физические организации по производству ряда вспомогательного оборудования и материалов. Так, например, производство тяжелой воды, которая раньше была лабораторной редкостью, теперь нужна в количествах сотен тонн. Ураний и бериллий высокой чистоты нужны в количествах тысяч тонн. В числе посылаемых материалов имеются спецификации на все материалы, идущие в процесс производства. Пилотный завод в 700 киловатт производит один миллиграмм плутония в день. Первая большая установка в 50 000 киловатт будет пущена 1 мая с. г., и подачу продукта предполагают начать в сентябре. В стадии строительства находятся несколько заводов, и все они размещены в районах крупного производства электроэнергии (штаты Миссисипи, Новая Мексика и др.). Уран добывается в Канаде.
4. Мой источник – специалист высокой квалификации. Он был бы еще более полезен нам, если бы с ним могли бы встретиться наши физики и химики. Если возможности подобного производства у нас имеются, то мы должны немедленно использовать мою связь и послать сюда минимум два человека, знающих язык, тему или предмет. Сначала нужно в срочном порядке, а не в порядке очередности ознакомиться с посылаемым мною материалом. Это огромная работа. Это только начало. Я буду несколько раз получать от него материал. В первой оказии около 1000 страниц. Материал совершенно секретный. <…>
5. Мой источник сообщил, что уже проектируется снаряд, который будет сброшен на землю. Своим излучением и ударной волной этот взрыв уничтожит все живое в районе сотен миль. Он не желал бы, чтобы такой снаряд был сброшен на землю нашей страны. Это проектируется полное уничтожение Японии, но нет гарантии, что наши союзники не попытаются оказать влияние и на нас, когда в их распоряжении будет оружие. Никакие противосредства не известны исследователям, занятым в этой работе. Нам нужно также иметь такое оружие, и мы теперь имеем возможность получить достаточно данных, чтобы вести самим работы в этом направлении. <…>