Не всем нравилось то, как были организованы работы по реализации проекта. 3 октября 1945 года Пётр Капица направил Иосифу Сталину письмо, в котором просил позволить ему выйти из состава Спецкомитета из-за "недопустимого" отношения Берии к ученым. Впрочем, по мнению Капицы, предметом разногласий были не хорошие манеры, а более важный момент, касающийся положения ученых в обществе. "Было время, – писал Капица, – когда рядом с императором стоял патриарх, тогда церковь была носителем культуры. Церковь отживает, патриархи вышли в тираж, но в стране без идейных руководителей не обойтись". Только наука и ученые, по мнению Капицы, могли бы стать фундаментом технического, экономического и политического прогресса. "Поэтому уже пора товарищам типа тов. Берия начать учиться уважению к ученым". Пока еще не пришло время "тесного и плодотворного сотрудничества политических сил с учеными", – заключал Капица. И так как он не мог быть патриархом, то предпочел бы "в монахах посидеть" и уйти из Спецкомитета.
Сталин не ответил. 25 ноября Капица написал снова, изложив более полно свои критические замечания по организации работ. Путь к созданию атомной бомбы, который был выбран, писал он, не самый быстрый и дешевый. США потратили два миллиарда долларов, чтобы создать самое мощное оружие войны и разрушения, что соответствует примерно тридцати миллиардам рублей. Советский Союз вряд ли сможет понести такое бремя в ближайшие два-три года, во время восстановления народного хозяйства. Советский Союз имеет только одно преимущество, писал Капица, он знает, что бомбу можно сделать, тогда как американцы шли на риск. Но советская промышленность слабее, она исковеркана и разрушена войной, в СССР меньше ученых, а условия их труда хуже, американская научная база и индустрия научного приборостроения сильнее. Эти препятствия не означают, что Советский Союз должен сложить оружие. "Хоть и тяжеловато будет, – писал Капица, – но, во всяком случае, попробовать надо скоро и дешево создать А[томную] Б[омбу]. Но не таким путем, как мы идем сейчас, он совсем безалаберен и без плана. <…> Мы хотим перепробовать все, что делали американцы, а не пытаемся идти своим путем. Мы позабыли, что идти американским путем нам не по карману и долго".
В качестве альтернативы Пётр Капица предложил свой собственный подход. Следует составить двухлетнюю программу исследований, направленных на поиск более дешевого и быстрого пути создания бомбы. За это время необходимо подготовить индустриальную базу. Научная база в этот период также должна быть усилена за счет улучшения благосостояния ученых, повышения уровня высшего образования и организации производства приборов и химических реактивов. Ученые и инженеры с большим энтузиазмом занимаются проблемами, связанными с бомбой, писал Капица, но этот энтузиазм нужно использовать должным образом. Главнокомандующий, который хочет взять крепость, может получать множество советов, как это сделать, но он не станет приказывать генералам штурмовать крепость по своему усмотрению. Он должен выбрать один план и одного генерала, который его выполнит. Вот каким образом Советский Союз должен решать проблему создания бомбы: сконцентрировать все свои усилия на узком участке фронта и на верно выбранном направлении.
Очень резко Капица критиковал руководство атомного проекта: "Товарищи Берия, Маленков и Вознесенский ведут себя в Спецкомитете как сверхчеловеки. В особенности тов. Берия. Правда, у него дирижерская палочка в руках. Это неплохо, но вслед за ним первую скрипку все же должен играть ученый. Ведь скрипач дает тон всему оркестру. У тов. Берия основная слабость в том, что дирижер должен не только махать палочкой, но и понимать партитуру. С этим у Берия слабо".
В конце своего ноябрьского письма Капица добавил постскриптум: "Мне хотелось бы, чтобы тов. Берия познакомился с этим письмом, ведь это не донос, а полезная критика. Я бы сам ему все это сказал, да увидеться с ним очень хлопотно". Когда Берия увидел письмо, он позвонил Капице по телефону и попросил его приехать. Ученый отказался, сказав: "Если вы хотите поговорить со мной, то приезжайте в институт". Берия приехал и привез Капице в подарок двуствольное ружье. Впрочем, Капица и Берия не смогли преодолеть разногласий, и 19 декабря физик ушел из атомного проекта.
25 января 1946 года Сталин вызвал к себе Курчатова. Их встреча длилась час и проходила в присутствии Молотова и Берии. Хотя имеются свидетельства, что Сталин и Курчатов встречались раньше, в 1943 году и в августе 1945 года, эта встреча была первой, о которой имеются документальные свидетельства. Курчатов сделал несколько записей после разговора. Его главным впечатлением, писал он, была "большая любовь т. Сталина к России и В. И. Ленину, о котором он говорил в связи с его большой надеждой на развитие науки в нашей стране".
На встрече Сталин отверг выдвинутые Капицей аргументы в пользу того, что Советский Союз должен попытаться найти свой особый путь к атомной бомбе. Он сказал Курчатову, что "не стоит заниматься мелкими работами, а необходимо вести их широко, с русским размахом, что в этом отношении будет оказана самая широкая всемерная помощь". Сталин говорил также, что он позаботится об улучшении условий жизни ученых и о наградах за достигнутые ими успехи. Сталин подчеркнул, что самым главным является "решающее" продвижение атомного проекта. Курчатову было дано задание составить перечень мер, необходимых для ускорения дела, назвать, какие еще ученые нужны для работы по реализации проекта.
9 февраля 1946 года, две недели спустя после встречи с Курчатовым, Сталин произнес речь в Большом театре, в которой подчеркнул важность науки. "Я не сомневаюсь, – сказал он, – что, если мы окажем должную помощь нашим ученым, они сумеют не только догнать, но и превзойти в ближайшее время достижения науки за пределами нашей страны".
Реактор Курчатова
Советский атомный проект напоминал крупнейшие строительные проекты 1930-х годов – возведение Магнитогорска и Днепростроя. Героическое предприятие, на которое нужно было мобилизовать ресурсы всей страны, включая лучших ученых и руководителей производства, а также заключенных ГУЛАГа.
Нет достоверных данных о стоимости проекта или о числе вовлеченных в него людей. Некоторое представление о масштабах дает, однако, доклад Центрального разведывательного управления США, в котором число занятых в советском атомном проекте оценивается в пределах от 330 до 460 тысяч человек. Большинство из них, от 255 до 361 тысяч, работало в горнодобывающей промышленности, 50–60 тысяч человек были заняты в строительстве, 20–30 тысяч – на производстве, и 5–8 тысяч занимались исследованиями. Хотя оценки американцев носят приблизительный характер, они выглядят правдоподобными.
Первая проблема состояла в том, чтобы найти уран. Ее решение уже нельзя было откладывать. Она усугублялась еще и тем, что Соединенными Штатами и Великобританией в июне 1944 года с целью контроля над мировыми запасами урана и тория был учрежден "Объединенный трест развития", возглавляемый Лесли Гровсом. Гровс полагал, что Советский Союз не сможет получить достаточное количество урана для своего проекта из шахт в Чехословакии, и был намерен препятствовать получению урана из других источников. Его оценка оказалась ошибочной. В 1947 году советские и восточноевропейские рудники добыли свыше 100 тонн оксида урана, а в следующем году резко нарастили добычу.
Задача получения металлического урана была поставлена перед немецким физиком Николаем Рилем. Его привезли в Москву в июне 1945 года, и бывший петербуржец сразу приступил к работе. Под производство чистого урана Авраамий Завенягин выбрал Электросталь – город, расположенный в семидесяти километрах к востоку от Москвы. Там был завод боеприпасов № 12, а также мастерские, электростанция, большая автобаза, высококвалифицированные рабочие. Риль был обрадован таким выбором, считая, что работать будет там легче, чем в столице. С урановой обогатительной фабрики в Ораниенбурге было демонтировано и вывезены в Электросталь все оборудование, пережившее американские бомбардировки. В четвертом квартале 1945 года при активном участии немецких специалистов завод № 12 выпустил первую партию металлического урана массой 137 килограммов, о чем было немедленно доложено Сталину.
Тем не менее производство чистого урана в промышленных масштабах оказалось трудной задачей. К концу 1945 года завод был готов лишь частично, и строительство явно не укладывалось в сроки, установленные правительством. Атмосфера становилась напряженной и неприятной, и в начале 1946 года на завод прибыл сам Завенягин для инспекции и стимуляции работ. Обстановка нормализовалась после того, как группе Риля удалось получить несколько тонн двуокиси урана достаточной чистоты для экспериментов, которые хотел провести Игорь Курчатов. А к октябрю 1946 года завод № 12 давал Лаборатории № 2 около трех тонн металлического урана в неделю.
Следующим шагом на пути к бомбе был экспериментальный реактор Ф-1 (первый физический), создание которого планировалось Игорем Курчатовым с начала 1943 года. Хотя зона ответственности, лежавшей на нем, резко возросла после августа 1945 года, Курчатов продолжал руководить строительством реактора. При этом численность его группы заметно увеличилась: с одиннадцати человек в январе 1946 года до семидесяти шести – в декабре.
Летом 1946 года из Электростали в Лабораторию № 2 начали поступать большие партии металлического урана. Вскоре физики обнаружили, что часть урана содержит повышенную концентрацию бора. Борис Ванников поехал в Электросталь разбираться с проблемой. Его тон в разговорах с заводскими руководителями был вежливым, но угрожающим, и проблема была вскоре решена. Если бы примесь не была выявлена, реактор не достиг бы критичности, поскольку бор является сильным поглотителем нейтронов.
К июлю 1946 года на территории Лаборатории № 2 было построено специальное здание для реактора размером 15 Ч 40 метров; из соображений секретности его называли в документах "монтажными мастерскими". Сам реактор собирали в шахте глубиной 7 метров, окруженной мощными бетонными стенами и толстым слоем земли и песка. Вход в реактор походил на лабиринт из блоков свинца, парафина и борной кислоты. Две независимые подстанции давали электрический ток, необходимый для управления реактором. Измерение уровня радиации осуществлялось системой дозиметров, установленных внутри и снаружи здания.
Как и первый американский реактор, построенный под руководством Энрико Ферми, в реакторе Ф-1 использовались металлический уран с природным содержанием изотопа уран-235 (около 0,7 %) и графит в качестве замедлителя. Кадмиевые стержни управляли потоком нейтронов. Реактор не имел системы охлаждения, поэтому длительная работа на сколько-нибудь большой мощности была невозможна.
Курчатов решил продвигаться к расчетному диаметру "котла", составлявшему около 6 метров, шажками, начав с небольшой модели. Первая уран-графитовая сферическая сборка имела диаметр 1,8 метра, а предпоследняя, четвертая – 5,6 метра. Все работы вручную выполнял коллектив так называемого Сектора № 1 численностью тридцать человек, среди которых около четверти составляли женщины. Сотрудникам пришлось пять раз собирать и разбирать сферу. Графитовые призмы и урановые блоки таскали на руках, а ведь в совокупности это несколько сотен тонн! Иногда в такелажных работах принимал участие и сам Игорь Курчатов.
В ноябре 1946 года началась сборка самого реактора. Для этого послойно укладывали графитовые брикеты размером 100Ч100Ч600 миллиметров с тремя цилиндрическими отверстиями, в которые вставляли урановые блоки. 20 декабря, когда к реактору был добавлен пятьдесят восьмой слой, стало ясно, что критичность будет достигнута гораздо раньше, чем при расчетных семидесяти шести. Теперь Курчатов и его коллеги действовали очень осторожно. Днем 25 декабря был добавлен шестьдесят второй слой. Курчатов попросил всех, кто не был непосредственно занят измерениями, покинуть здание. Он сам и пять человек из его группы остались. В 18.00 реактор, управляемый Курчатовым, достиг критичности, и впервые в Советском Союзе (да и во всей Европе) была получена цепная ядерная реакция. Курчатов оставался за пультом управления всю ночь и поднял мощность реактора до 100 ватт, прежде чем заглушить его.
Как только реактор был запущен, некоторые из Сектора № 1 поспешили к "монтажным мастерским", чтобы увидеть сам процесс. "Это был для всех нас волнующий и радостный вечер, – писал один из присутствующих. – Сдержанно, как то позволяла рабочая обстановка, но тепло и искренне мы поздравляли друг друга с необычным и особенным Рождеством". Игорь Курчатов был счастлив. "Атомная энергия, – сказал он торжественным тоном, – теперь подчинена воле советского человека!"
Об успешном пуске котла Курчатов сразу же сообщил Лаврентию Берии. Тот, не очень доверяя ученым и желая перед докладом Сталину убедиться во всем своими глазами, попросил Курчатова на следующий день еще раз запустить ядерную реакцию в его присутствии. Пуск "котла", естественно, повторили.
В исходном варианте Ф-1 содержал 35 тонн чистого урана и 436 тонн чистого графита. Затем сборку увеличили, чтобы поднять мощность. В реакторе Ф-1 были получены значительные (так называемые "весовые") количества плутония. Блоки, в которых часть урана-238 превратилась в плутоний, доставили в НИИ-9, находившийся под руководством Андрея Анатольевича Бочвара. Сотрудники института выделили новый элемент и приступили к исследованиям его ядерных и физико-химических свойств, без чего невозможно было сконструировать атомную бомбу.
Чтобы наработать необходимое химикам количество плутония, реактор нужно было хотя бы периодически выводить на мощность в несколько сотен киловатт. Но поскольку серьезной биологической защиты у него не было, около здания отмечался очень высокий радиационный фон. Поэтому во время работы на форсированном режиме реактором управляли из помещения, расположенного на расстоянии около 500 метров, а на крыше "монтажных мастерских" загорался большой красный фонарь, предупреждавший сотрудников Лаборатории № 2 об опасности.
Даже когда практическая надобность в реакторе Ф-1 отпала, его решили не разбирать, как это сделали американцы с первым реактором Ферми. Ветеран продолжает работать на старом месте, и благодаря высокой стабильности нейтронного потока его используют в качестве эталона для обучения студентов-физиков и для калибровки аппаратуры, используемой на реакторах новых атомных электростанций. Согласно расчетам, Ф-1 способен проработать еще 700 лет.
Опыт эксплуатации Ф-1 позволил приступить к строительству на Урале промышленного "котла" А-1 ("Аннушка") мощностью 100 тысяч киловатт ("Строительство № 859"). Место, в пятнадцати километрах к востоку от города Кыштыма и в восьмидесяти километрах к северо-западу от Челябинска, было выбрано Авраамием Завенягиным в самом конце 1945 года. Он хорошо знал этот район, поскольку, став депутатом в декабре 1937 года, представлял Кыштымский округ в Верховном Совете. Новый комбинат был назван Челябинск-40 в соответствии с практикой давать секретным заводам название близлежащего города и номер почтового ящика. Он должен был стать советским эквивалентом американского комплекса в Хэнфорде.
Челябинск-40 (впоследствии получивший название Озёрск) был возведен на необычайно красивой территории среди озер, гор и лесов. Место имело также и практические преимущества: поблизости были озера Иртяш и Кызылтяш, содержащие огромные запасы воды, которая необходима для охлаждения реактора; в районе была отличная по тем временам линия электропередачи; район прилегал к железной дороге и шоссе, был близок к индустриальным центрам Урала, которые могли обеспечить комбинат материалами; он располагался внутри страны и был менее уязвим для нападения вражеской авиации. В первые месяцы 1946 году там были проложены новые подъездные дороги и подготовлена площадка для строительства; рытье котлованов под фундаменты началось летом. Завенягин поставил во главе строительства генерал-майора Якова Давидовича Рапопорта, который в 1930-е годы был одним из ответственных за строительство Беломорско-Балтийского канала. Та стройка вошла в историю трагической страницей из-за неоправданной гибели свыше десяти тысяч заключенных, работавших на ней. Челябинск-40 также строился заключенными, причем одновременно работало не менее 70 тысяч человек.
Осенью 1946 года был заложен фундамент для главного здания реактора, и к концу 1947 года оно было готово. К этому времени физики получили достаточное количество материалов для И-1. Курчатов и Ванников приехали в Челябинск-40 в начале 1948 года для наблюдения за сборкой реактора. Сборка реактора началась в начале марта. Перед этим Курчатов произнес прочувствованную речь:
Здесь, дорогие мои друзья, наша сила, наша мирная жизнь на долгие-долгие годы. Мы с вами закладываем промышленность не на год, не на два <…> на века. "Здесь будет город заложен назло надменному соседу". Надменных соседей еще хватает, к сожалению. Вот им назло и будет заложен! Со временем в нашем с вами городе будет все – детские сады, прекрасные магазины, свой театр, свой, если хотите, симфонический оркестр! А лет так через тридцать дети ваши, рожденные здесь, возьмут в свои руки все то, что мы сделали. И наши успехи померкнут перед их успехами. Наш размах померкнет перед их размахом. И если за это время над головами людей не взорвется ни одна урановая бомба, мы с вами можем быть счастливы! И город наш тогда станет памятником миру. Разве не стоит для этого жить?..
К концу мая сборка реактора была в основном завершена, а первый запуск состоялся 18 июня 1948 года. В июле реактор начал работать согласно плану производства плутония, но возникли неожиданные проблемы. Началась сильная коррозия алюминиевой оболочки топливных стержней. Еще более серьезной проблемой стало разбухание топливных стержней и возникновение складок и выступов на поверхности урана – стержни застревали в охлаждающих трубах. Представители Берии заподозрили саботаж, но Курчатов заявил, что вполне можно ожидать сюрпризов в поведении материалов в сильных нейтронных полях. Реактор нужно было заглушить, уран вынуть и исследовать, а образовавшийся плутоний извлечь. В проекте реактора сделали изменения, и все проблемы были решены.
Вторым элементом атомного проекта в Челябинске-40 был "объект Б" – радиохимический завод, где плутоний выделялся из урана, облученного в реакторе. Завод по выделению плутония был готов в декабре 1948 года и начал производить этот элемент в начале следующего года. Вместе с ним был построен "объект С" – хранилище радиоактивных отходов, ставшее печально известным вследствие аварии 1957 года.
Третьей составляющей Челябинска-40 был "объект В" – химико-металлургический завод, где выделенный плутоний очищали и перерабатывали в металл для бомб. Первый "продукт" (концентрат плутония, предварительно очищенный от основной массы урана и продуктов деления) поступил на переработку 26 февраля 1949 года. Растворы привозили на машине в металлических контейнерах, затем разливали в "стаканы". Освоение процесса шло трудно: с радиохимического завода часто приходил некондиционный продукт, большое количество примесей осложняло процесс очистки.
Физик Лия Павловна Сохина, работавшая на "объекте В", вспоминала: