Еще один физик, которого Оппенгеймер желал видеть в Лос-Аламосе, - Ферми. Но труд над ураново-графитовым реактором в Чикаго был для итальянского штурмана слишком важным, чтобы отказаться от него и переехать в Лос-Аламос. Оппенгеймер же не мог отказаться от ценного ресурса в виде глубокого понимания экспериментальных методов и озарения Ферми. В итоге ученые достигли компромисса: Ферми работает в качестве удаленного консультанта и при необходимости приезжает в Лос-Аламос.
Оппенгеймер хотел назначить своим заместителем Раби, но тот занимался радаром в МТИ и считал эту задачу более важной, чем попытки построить на фундаменте трех столетий славной физической истории оружие массового поражения. Хотя у Раби были иные причины для отказа, нежели у Ферми, Оппенгеймер смог и его убедить работать в таком же удаленном режиме. Немного поколебавшись, Раби также стал консультантом Лос-Аламоса.
15 апреля в пустой библиотеке состоялось первое собрание физиков Лос-Аламоса и Сербер прочитал первую часть вступительных лекций. Гровс при этом сделал несколько пессимистических замечаний. Казалось, он уже готовился к провалу и подумывал, что скажет в Конгрессе на заседании Комиссии по атомной энергии, которое обязательно состоится и на котором обязательно выяснят, на что Гровс растратил такие деньги.
После этого Сербер прочитал первый доклад с итогами деятельности летней учебной группы и результатами работ за последний год по делению ядер быстрыми нейтронами. Сербер слыл не самым лучшим оратором, но в данном случае содержание было гораздо важнее формы. "Цель проекта, - говорил Сербер, - создание реального боевого оружия в форме бомбы, энергия в которой высвобождается в результате цепной реакции на быстрых нейтронах в одном или более веществах, характеризующихся атомным распадом". На лекции многие ученые из-за предшествовавшей изоляции до этого момента не имели целостного представления о том, чем они занимались. Одни догадывались о деталях. Другие только о чем-то слышали. Теперь всем им предстояло подготовиться к решению гораздо более масштабной задачи.
На первый взгляд казалось, что сконструировать атомную бомбу достаточно просто. Берется два куска урана-235 или плутония докритической массы, чтобы вместе они составили массу значительно выше критической, и при получении такой суммарной массы происходит взрыв. Но перед тем как это случится, предстояло решить совсем не тривиальные проблемы.
Первая была связана с эффективностью. На данном этапе необходимая критическая масса урана-235 оценивалась в 200 килограммов - многовато для снаряда, который нужно сбросить с бомбардировщика. Исследователи предложили увеличить КПД устройства, а для этого уменьшить массу активного вещества, для чего активное вещество предлагалось заключить в "отражатель нейтронов" - оболочку из урана-238 или золота, которая позволила бы возвращать вылетающие нейтроны обратно в активное вещество. В случае с ураном-235 такой отражатель позволит снизить критическую массу примерно до 15 килограммов. Для плутония, заключенного в отражатель из урана-238, критическая масса составит всего 5 килограммов.
Однако критическая масса - это минимум, при котором возникает цепная ядерная реакция, для боевой же бомбы активного вещества потребуется значительно больше. Было уже ясно, что это количество превысит критическую массу, и его стали называть "сверхкритической" массой. В первую очередь нужно было собрать сверхкритическую массу из нескольких докритических компонентов. Компоненты соединятся, вызывая разветвленную (дивергентную) цепную реакцию, при которой свободных нейтронов производится больше, чем поглощается.
Очень важно было рассчитать время. Оценки показывали, что 1 килограмма урана-235 распадается за миллионную долю секунды, причем энергия взрыва составляет 20 000 тонн в тротиловом эквиваленте, а вызванная взрывом начальная температура сравнится с температурой тысячи солнц. При таких температурах уран сразу же испарится, газообразное вещество быстро рассеется, из-за чего будет все сложнее поддерживать цепную реакцию. В определенный момент пар достигнет "вторичной критической точки": количество нейтронов, высвобождаемых в результате распада, сравняется с количеством нейтронов, покидающих зону реакции. На этом детонация и взрывное высвобождение энергии завершится.
Если компоненты соединятся слишком медленно и сверхкритическая масса взорвется преждевременно (и тут же разлетится в разные стороны), взрыв получится значительно более слабый. Одно из решений этой проблемы заключалось в следующем. Цилиндрической пробкой из активного вещества (ее окрестили затравкой) нужно выстрелить в сферу, имеющую докритическую массу. Таким образом, их суммарная масса превзойдет критическую. Следуя терминологии физиков из "Трубных сплавов", такой метод получения сверхкритической массы назвали "пушечным".
На ранних этапах конструирования бомбы пришлось столкнуться с еще одной неясностью. Куски активного вещества должны соединиться достаточно быстро, чтобы не произошло преждевременной детонации; относительная скорость элементов при этом должна была составлять около 100 000 сантиметров в секунду или более. Максимальная начальная скорость снарядов в неядерных видах оружия составляла около 96 000 сантиметров в секунду при весе снаряда 22,5 килограмма. Такими показателями обладала пушка, стоявшая на вооружении армии США, с калибром 120 миллиметров, длиной ствола 6,4 метра, весом 5 тонн. Если предположить, что "затравка" с ураном-235 должна быть в два раза тяжелее, соответственно, нужна и в два раза более тяжелая пушка. Следовательно, "стрелять" бомбой, начиненной ураном-235, следовало из пушки, которая весит 10 тонн.
Далее следовал вопрос об инициирующем заряде для бомбы. Несмотря на обеспокоенность преждевременной детонацией, а также на "тление" ядерного топлива из-за естественного распада урана или спонтанного отрыва частиц от атома под воздействием космических лучей (состоящих из заряженных частиц, бомбардирующих Землю из Космоса), нельзя было с уверенностью утверждать, что простая сборка компонентов в единый кусок со сверхкритической массой уже приведет к цепной реакции. Для запуска цепной реакции в веществе должны появиться подходящие нейтроны, причем в подходящий момент. От космических лучей ядро бомбы можно защитить специальным экраном, а чтобы избежать преждевременной детонации, которую могут вызывать нейтроны, выделяющиеся при естественном распаде урана, решили применять высокие начальные скорости слетающихся компонентов.
Сербер предлагал использовать в качестве инициирующего заряда цепной реакции небольшое количество бериллия и полония. Как и радий, полоний радиоактивен, он излучает альфа-частицы, которые могут высвобождать нейтроны бериллия. Этот метод использовался для получения свободных нейтронов задолго до создания первого циклотрона. Идея заключалась в том, чтобы изолировать полоний и бериллий друг от друга специальным экраном до того момента, пока не выстрелит "затравка". "Пушечный" выстрел должен смешать оба компонента инициирующего заряда, вызвав резкий выброс нейтронов как раз в момент достижения сверхкритической массы.
Несмотря на всю простоту "пушечного" метода, Сербер рассматривал и альтернативный, более замысловатый способ сборки критической массы. Этот вариант требовал тщательного анализа. "Допустим, - говорил Сербер, - мы расположим фрагменты по кольцу… Если взрывчатое вещество распределится по кольцу, те фрагменты, в которых начнется реакция, станут слетаться к центру кольца, образуя сферу". Сербер сделал набросок - показал, как будут расположены клинья из активного вещества и отражатели нейтронов. Если эти клинья под действием инициирующего заряда слетятся к центру кольца, то вместе они создадут сверхкритическую массу.
Следующую лекцию читал специалист по баллистике, и на ней слово попросил Сет Неддермейер, молодой физик из Национального бюро стандартов США. Он немного путался в деталях, так как не был специалистом в этой области. Неддермейер предположил, что еще один способ - без пушки - собрать массу активного вещества, необходимую для взрыва, связан с имплозией. Его идея заключалась в том, чтобы сконструировать полую сферу из отдельных элементов активного вещества, а затем "схлопнуть" их к центру сферы силой взрыва обычных взрывчатых веществ (сферу нужно предварительно ими обложить). "Схлопывание" сферы внутрь себя позволит собрать сверхкритическую массу ядерного горючего исключительно быстро.
Его предложение сразу встретили возражения. Чтобы взрывная масса активного вещества собралась в правильную сферу, обычная взрывчатка должна давать ударную волну практически идеальной сферической формы - таков был самый серьезный контраргумент. Сам Оппенгеймер очень критически отнесся к этой идее. Однако ему раньше приходилось ошибаться. После лекции он поговорил с Неддермейером и согласился, что предложенный молодым физиком вариант нужно хотя бы исследовать более подробно. Он сразу же организовал в артиллерийско-техническом отделе специальную группу, которой поручил проводить такие эксперименты, и назначил Неддермейера ее руководителем.
Сербер завершил свои лекции, сформулировав задачу, которую предстояло решить:
Из предыдущего обзора мы видим, что проблемы, требующие преодоления в настоящий момент, тесно связаны с измерением свойств нейтронов в различных веществах, а также с баллистикой. Кроме того, мы должны начать разработку технологий по экспериментальному определению критической массы и по расчету времени, оперируя при этом большими, но докритическими объемами активного вещества.
Любые предположения, что может произойти, если такое оружие действительно будет применено, отошли на задний план. Физики сосредоточились только на тех задачах, которые стояли перед ними здесь и сейчас: нейтроны, преждевременная детонация, критические массы, "пушечный" метод, имплозивные ударные волны. Многие взялись за дело с огромным энтузиазмом.
Только Ферми был в замешательстве. Итальянский штурман воспринимал свою работу над бомбой как долг, продиктованный необходимостью военного времени. Он сказал Оппенгеймеру слегка загадочным тоном: "Мне кажется, ваши люди действительно хотят создать бомбу".
Безопасность, поставленная под угрозу
После того как жучок ФБР записал беседу в кабинете Стива Нельсона 10 октября 1942 года, внимание Федерального бюро расследований вновь оказалось приковано к Оппенгеймеру. За этим последовало неизбежное столкновение между ФБР и армейской службой военной разведки G-2. Организации пытались выяснить, кто из них отвечает за контрразведывательную операцию по Оппенгеймеру и физикам из радиационной лаборатории. Следующий перехваченный разговор между Стивом Нельсоном и "Джо" от 29 марта 1943 года и последовавшая слежка, которую установили за Нельсоном, однозначно указал на связь с Зарубиным, и конфликт был исчерпан. Стало ясно, что советской разведке нужна информация по секретной военноей программе.
ФБР в общих чертах дали понять о военном проекте, который интересовал шпионов. Было принято решение, что G-2 сосредоточит внимание на сотрудниках Беркли, занятых конструированием атомной бомбы, а ФБР - на подозреваемых-коммунистах, имеющих связь с лабораторией. 7 мая Дж. Эдгар Гувер, глава ФБР, послал специальный доклад секретарю Рузвельта Гарри Хопкинсу; в нем говорилось о записанном разговоре между Нельсоном и Зарубиным.
Джон Лэнсдейл, ответственный за безопасность атомной программы, взялся за разработку контрразведывательной стратегии. Лэнсдейл окончил Вирджинский военный институт и Гарвардский институт юридических наук. Сначала он работал в юридической фирме в Кливленде, потом в Вашингтоне. А сейчас служил в звании подполковника в вашингтонском отделении G-2. Конэнт вызвал его в феврале 1942-го и поручил обнаружить и исследовать потенциальные уязвимости радиационной лаборатории с точки зрения безопасности, поэтому Лэнсдейл был очень хорошо знаком с ее территорией.
Лэнсдейл направил лейтенанта Лайелла Джонсона на работу в кампус университета Беркли. Джонсон ранее был агентом ФБР, а теперь работал в G-2; он продолжил вербовать информаторов и внедрять агентов в исследовательское сообщество. Кроме того, Лэнсдейл создал особый отдел, отвечавший за область залива Сан-Франциско, назначив его руководителем Бориса Паша. Паш был уроженцем Сан-Франциско и экспертом по русским. Его отца Федора Пашковского, православного священника, в 1894 году церковь отправила на служение в Калифорнию. В 1912 году семью вызвали обратно в Россию. Во время Октябрьской революции Борис сражался на белом российском флоте. В 1921 году он вернулся в Америку.
Паш видел достаточно, чтобы убедиться: от Оппенгеймера исходит реальная угроза для безопасности. По собственной инициативе он поручил отдельное расследование Пееру де Силва, молодому выпускнику Вест-Пойнтской военной академии, лейтенанту G-2.
Несмотря на усиление слежки со стороны и ФБР, и G-2, личность Джо раскрыли нечаянно. "Джо" засек агент ФБР, когда тот уходил из дома Нельсона, но агент видел его слишком неясно, чтобы опознать. Когда в июне гражданский фотограф случайно заснял четверых физиков из радиационной лаборатории (они гуляли у ворот Сазер-Гейт в кампус Беркли), секретный агент узнал на этой фотографии Джо. Это был Джозеф Вайнберг. Его пригласил Оппенгеймер для работы над теорией конструирования и эксплуатации калютрона.
На фотографии были запечатлены Вайнберг, Джованни Росси Ломаниц, Дэвид Бом и Макс Фридман. Все они учились у Оппенгеймера. Они имели разное происхождение, но их объединяла дружба, совместная работа (с лета 1942 года) над методом электромагнитного разделения и политические взгляды. Вайнберг был членом Коммунистической партии США с 1938 года. Бом вступил в партию в ноябре 1942 года. Ломаниц создал в радиационной лаборатории ячейку ФАИХТ, а Фридман занимался в этой ячейке организационными вопросами. За всеми четырьмя немедленно установили слежку.
С точки зрения Паша, связь Оппенгеймера с этой группой молодых радикальных физиков и привлечение в проект Вайнберга - более чем достаточные доказательства виновности Роберта. Паш готовился предъявить Оппенгеймеру обвинения, когда узнал, что Оппенгеймер решил посетить Беркли.
Готовясь перебраться из Беркли в Лос-Аламос, Оппенгеймер попрощался с Нельсоном за обедом. Кроме того, его очень просила о прощальном визите Джейн Тэтлок, которой он решил не отвечать.
Оппенгеймер впервые встретился с Тэтлок на вечере по сбору средств в пользу испанских лоялистов весной 1936 года. Тогда ей было всего 22 года, природа одарила ее соблазнительной фигурой, длинными черными волосами, сочными губами, карими глазами под густыми ресницами. Сначала она изучала английскую литературу в Вассаре, а потом перешла на психологию в Стэнфордский университет в Калифорнии. Их отношения были пылкими и бурными. Молодых людей объединяли общие взгляды на литературу и психологию. Высокая гражданская сознательность Тэтлок, из-за которой она вступила в американскую коммунистическую партию примерно в 1933–1934 году, вызвала схожие чувства и у Оппенгеймера. Именно Тэтлок познакомила Роберта с Хааконом Шевалье.
Их отношения прекратились в конце 1939 года. Несколько раз они вот-вот собирались пожениться, но Тэтлок отличалась переменчивым настроением, часто занималась самокопанием, к тому же у нее бывали приступы тяжелой маниакальной депрессии. Она могла исчезнуть на несколько недель или месяцев, а когда возвращалась - лишь язвительными насмешками отвечала на вопросы о том, с кем она была и что делала. Именно Тэтлок была виновата в крахе их отношений. Оппенгеймер познакомился с 29-летней Кэтрин (Китти) Пьюинг Харрисон всего через несколько месяцев после разрыва с Тэтлок.
В июне 1940 года Тэтлок проходила последипломную практику: ей нужно было подтвердить свою медицинскую степень, полученную в Стэнфорде. Она работала в интернатуре в одной из психиатрических больниц, а затем стала врачом-стажером при больнице "Гора Сион" в Сан-Франциско. После того как Оппенгеймер женился на Китти, Джейн продолжала с ним видеться, и было понятно, что они с Робертом сохранили друг к другу сильные чувства. Когда Оппенгеймер отбывал в Лос-Аламос, Тэтлок уже была квалифицированным врачом и работала в "Горе Сион" детским психиатром.
Возможно, Оппенгеймер чувствовал себя виноватым за то, что не попрощался. В июне 1943 года под предлогом, что ему нужно найти себе личного помощника, в Беркли он встретился с Тэтлок. Паш, чьи подозрения с каждым днем только росли, поручил агентам военной разведки отслеживать каждый шаг Оппенгеймера. То, что увидели сыщики, лишь увеличило подозрения.
После ужина в кафе "Сочимилько" на Бродвее Тэтлок отвезла Оппенгеймера в свою квартиру в Сан-Франциско. Сыщики отметили, что общение между Робертом и Джейн было интимным. Наблюдая за окнами квартиры из припаркованной на улице машины, люди Паша видели, что свет у Тэтлок погас в 23:30. Больше они ничего не видели, пока Тэтлок и Оппенгеймер не вышли из дома на следующее утро в 8:30. Пара встретилась за ужином и на следующий вечер. После ужина Тэтлок подбросила Оппенгеймера в аэропорт, чтобы тот самолетом успел быстро вернуться в Нью-Мексико - хотя Гровс приказывал всем руководителям лабораторий пользоваться любым транспортом, кроме воздушного: нельзя было исключить авиакатастрофу и гибель ценного пассажира, а это отбросило бы работы на много месяцев назад. Оппенгеймер же нарушал приказ Гровса из-за какой-то интрижки.
По мнению Паша, Тэтлок несомненно не внушала доверия - она как никто другой подходила на роль советского шпиона, который мог бы выйти на руководителя Лос-Аламосской лаборатории, само существование которой было государственной тайной. Через две недели Паш составил письмо в Пентагон. В этом письме он рекомендовал отказать Оппенгеймеру в доступе к секретной информации и отстранить его от руководства программой. Кроме того, он написал Лэнсдейлу: если отстранить Оппенгеймера окажется невозможным, физику следует пригрозить проблемами с законом, которые он может навлечь своими действиями.