В этой статье говорилось о физических процессах, которые должны оказаться определяющими при конструировании реакторов. Из нее также видно, что Зельдович и Харитон размышляли о цепных реакциях на медленных и быстрых нейтронах и что они предполагали возможность использования внутриядерной энергии как для бомб, так и для получения энергии. Хотя в их статье в явном виде не определялось условие для инициирования мощного ядерного взрыва (значительная сверхкритичность в начальном состоянии и размножение быстрых нейтронов), она, как утверждалось в более поздних комментариях к ней советских ученых, непосредственно указывала на это условие{261}.
II
В 30-е годы физики-ядерщики были истинным примером международного сотрудничества в науке, а драматический прогресс этого десятилетия был основан на открытиях, сделанных учеными в нескольких странах. О получаемых теоретических и экспериментальных результатах очень быстро становилось известно международному сообществу, и открытие, сделанное в одной лаборатории, стимулировало дальнейшие исследования в других. Это очень хорошо видно на примере реакции физиков на открытие деления. Вскоре, однако, ситуация стала меняться, так как ядерная физика начала превращаться из сферы исследований, далекой от практических приложений, в ключевой фактор международных отношений.
Первым человеком, увидевшим, что физики-ядерщики должны принять во внимание возможность применения результатов их исследований в военном деле, был Лео Сцилард, венгерский физик, который в 1933 г. эмигрировал в Англию, спасаясь от нацистов, преследовавших евреев. Сцилард сразу же понял, какое значение может иметь деление ядра, поскольку еще в 1933 г. пришел к идее цепной реакции, открывавшей путь к освобождению энергии атомного ядра. Ему не пришло в голову, что цепная реакция могла быть возможной в уране, не предвидел он и открытия деления. Но он был настолько обеспокоен перспективами, которые были связаны с ядерной цепной реакцией, что получил британский патент, полагая, что тем самым сумеет ограничить возможное использование своей идеи{262}.
В январе 1939 г. Сцилард, который к этому времени жил в Нью-Йорке, предложил Ферми засекретить исследования по делению ядра. Ферми полагал, что возможность использования цепных реакций отдаленна, и отреагировал на замечание Сциларда репликой: «Чепуха!»{263}. Тогда Сцилард написал Фредерику Жолио, чтобы тот высказался в пользу засекречивания исследований. Жолио проигнорировал это предложение и вместе со своими сотрудниками, Хальбаном и Коварским, опубликовал статью, в которой было показано, что при делении атомного ядра испускаются нейтроны{264}.
Сцилард не отказался от своих попыток и в марте убедил Ферми попросить редакцию журнала «Физикэл Ревью» задержать публикацию статьи физиков из Колумбийского университета о числе вторичных нейтронов, приходящихся на каждый акт деления. Побуждаемый Сцилардом, Виктор Вайскопф послал Хальбану телеграмму о том, что эта публикация откладывается, и спрашивал, готовы ли Жолио и его сотрудники сделать то же самое. Жолио отклонил это предложение. 7 апреля, в тот самый день, когда он телеграфировал Сциларду о своем окончательном решении, группа французских физиков послала в «Нэйчер» статью, в которой было подсчитано, что при одном делении испускается от трех до четырех нейтронов{265}.
Эта статья, опубликованная 22 апреля, оказала большое влияние на исследования, проводившиеся повсюду, поскольку в ней было показано, что цепная реакция и в самом деле возможна. Это побудило профессора Дж. П. Томпсона, работавшего в Имперском колледже в Лондоне, обратить внимание английского правительства на возможность создания атомной бомбы и на важность недопущения Германии к урану, которым владела бельгийская компания «Юнион Миньер». Ответственность за решение проблемы урана была возложена на Комитет по научным изысканиям по противовоздушной обороне при Министерстве авиации. Было начато исследование на предмет возможности получения цепной реакции, но особой срочности в проведении этих работ не было, поскольку само создание бомбы представлялось делом будущего. Начавшаяся в сентябре 1939 г. война ограничила дальнейшее развитие исследований, поскольку большинство физиков оказались теперь вовлеченными в другие работы, связанные с обороной{266}.
Что касается немецких ученых, то и они в апреле поставили свое правительство в известность о практическом применении реакции деления ядер. Николаус Риль, бывший студент Гана и Мейтнер, возглавлявший теперь исследования в компании «Ауэр», обратил внимание Управления военных материалов на возможные приложения явления ядерного деления. Другие ученые писали в Министерство просвещения и в Министерство вооруженных сил. В сентябре 1939 г. Управление военных материалов утвердило проект исследований по делению ядер. Военное министерство подчинило себе берлинский Физический институт кайзера Вильгельма и сместило Петера Дебая с поста его директора. Начиная с этого времени все упоминания о возможности создания атомных бомб или урановых реакторов были запрещены в германской печати{267}.
Во Франции Жолио и его сотрудники в гораздо большей степени интересовались использованием цепных ядерных реакций для производства ядерной энергии и полагали, что это более близкая перспектива, чем атомная бомба. Однако, когда началась война, Жолио объяснил Раулю Дотри, министру вооружений, что исследования по проблеме урана могут привести или к созданию нового мощного оружия, или к получению источника огромной энергии. Дотри пообещал Жолио оказывать необходимую ему помощь и в марте 1940 г. направил Жака Аллье, инженера, который в это время работал в военной разведке, в Норвегию, поручив ему получить у Норвежской гидроэлектрической компании запас тяжелой воды. Это была единственная компания, производившая значительные количества тяжелой воды. Аллье сумел получить весь этот запас — 185,5 кг — и перевезти его в Париж. Но французские ядерные исследования были прерваны в мае 1940 г. вторжением немецких войск во Францию. Хальбан и Коварский с драгоценной тяжелой водой бежали в Англию. Жолио остался в Париже, чтобы поддержать французскую науку во время нацистской оккупации{268}.
В Соединенных Штатах, все еще не вступивших в войну, Сцилард настаивал на расширении исследований, опасаясь, что в Германии уже начались работы над созданием атомной бомбы. Он придумал способ, которым можно было привлечь внимание Рузвельта к этой проблеме: следовало попросить Альберта Эйнштейна написать президенту письмо (оно было датировано 2 августа 1939 г.) и предостеречь его, сообщив, что данные современных исследований свидетельствуют о том, что могут быть созданы «мощные бомбы нового типа». В конце своего письма Эйнштейн заметил, что Германия запретила продажу урана из рудников Чехословакии, которую она оккупировала в марте. Реакцией на это письмо было принятое Рузвельтом в октябре 1939 г. решение учредить Урановый комитет{269}.
Кроме того, Сцилард продолжал свою кампанию за запрещение публикации результатов исследований по делению ядра, но в первые месяцы 1940 г. не достиг в этом большого успеха. Он воздержался от публикации одной из своих статей и убедил сделать то же самое одного-двух своих коллег. Однако в мае 1940 г. физики Эдвин Макмиллан и Филипп Абельсон, работавшие в Беркли, опубликовали в «Физикэл Ревью» сообщение об образовании в процессе деления урана элемента-93, который позднее был назван нептунием. В Европе и Америке это вызвало протесты со стороны физиков, которые полагали, что опасно публиковать статью, содержащую указание на возможность получения способных к делению трансурановых элементов. Если это так, то можно будет получить бомбу, не решая очень сложной задачи выделения урана-235. Вскоре редакторы основных американских научных журналов и ведущие ученые приняли решение о добровольном ограничении публикаций о делении{270}.
Поведение советских ученых было совсем другим. Сведения о том, что они пытались предупредить свое правительство о возможности практического применения реакции деления ядер до лета 1940 г. отсутствуют, не было также создано какой-либо специальной организации, которая координировала бы исследования по делению атомного ядра[61]. В 1940 г. советские физики продолжали свободно публиковать работы по делению, и не предпринималось никаких попыток — ни со стороны их самих, ни со стороны государства — ограничить публикации. Контраст с реакцией ученых других стран поразителен и отражает стратегическую и политическую установки, принятые в Советском Союзе. В отличие от Англии, Франции и Германии Советский Союз не был вовлечен в войну в Европе (хотя и вторгся в Польшу в сентябре 1939 г., а кроме того, с ноября 1939 г. по март 1940 г. находился в состоянии войны с Финляндией). В отличие от Соединенных Штатов в Советском Союзе не было большой группы физиков-эмигрантов, которые забили бы тревогу о нацистской атомной бомбе. Кроме того, выражение тревоги по отношению к перспективам создания немецкой атомной бомбы противоречило бы советско-германскому пакту, заключенному в августе 1939 г., и договору о дружбе, который последовал за ним в сентябре. Заключение договоров Советского Союза с фашистской Германией привело к тому, что западные физики решили прекратить обмен научной информацией по проблемам деления ядра со своими советскими коллегами.
Несмотря на поднятую учеными тревогу, к началу 1940 г. нигде не подготавливался полномасштабный проект, который определил бы развитие работ по атомной бомбе. Хотя цепная реакция и представлялась возможной, это все еще не было твердо установлено. Кроме того, никто точно не сформулировал условия возникновения взрывной цепной реакции. Также оставалось неясным, можно ли будет выделить уран-235 в количествах, достаточных для создания бомбы. Большинство физиков полагали, что понадобятся тонны обогащенного урана, и было широко распространено мнение, что процесс его получения будет слишком дорогостоящим[62].
Прорыв в этом отношении произошел в марте 1940 г., когда Рудольф Пайерлс и Отто Фриш, работавшие в университете Бирмингема, составили меморандум «О конструкции “супербомбы”, основанной на цепной ядерной реакции в уране»{271}, где сформулировали ряд основополагающих вопросов. Если вы имеете блок чистого урана-235, будет ли в нем развиваться цепная реакция на быстрых нейтронах? Если будет, то сколько урана-235 для этого потребуется? Каковы будут последствия такой цепной реакции? Каким образом можно выделить уран-235? На эти вопросы они предложили ответы, которые показали, что создание ядерной бомбы — гораздо более выполнимая задача, чем думали физики. Фриш и Пайерлс сделали вывод, что цепная реакция на быстрых нейтронах может развиться в куске металлического урана-235 весом в один килограмм, а разрушающий эффект от взрыва пятикилограммовой бомбы будет эквивалентен взрыву нескольких тысяч тонн динамита. Они отметили, что на основе цепной реакции на медленных нейтронах нельзя создать эффективную бомбу, потому что уран разогревается и его тепловое расширение приведет к утечке нейтронов и тем самым к остановке реакции. Они предположили, что уран-235 может быть выделен методом термодиффузии, который кратко описали. Меморандум Фриша — Пайерлса побудил британское правительство учредить комитет, который должен был исследовать возможность создания атомной бомбы. Этот комитет, известный как Комитет Мод, координировал решение проблемы атомной бомбы в Великобритании и представил свой доклад в июле 1941 г.
Маргарет Гоуинг писала о меморандуме Фриша — Пайерлса, что поднятые в нем «вопросы сегодня могут казаться достаточно очевидными, но они не были такими в то время. В Америке они не были поставлены даже много месяцев спустя, пока британская работа не стала доступной американцам. Немецкие физики, включая блестящего теоретика Гейзенберга, по-видимому, вообще ими не задавались»{272}.[63] Прошло несколько месяцев, прежде чем эти же вопросы были сформулированы советскими физиками.
III
Научный обозреватель газеты «Нью-Йорк Таймc» Уильям Лоуренс в 1940 г. внимательно следил за ядерными исследованиями, с особым вниманием относясь к происходящему в Германии. В конце апреля он узнал от Петера Дебая, который тогда посетил Соединенные Штаты, что большая часть сотрудников Физического института кайзера Вильгельма были ориентированы на работы по урану. Он счел это подтверждением своих подозрений о том, что нацистская Германия работает над созданием атомной бомбы. В то же время Лоуренс узнал, что два маленьких образца урана-235 были выделены Альфредом Ниром, работавшим в Миннесотском университете, и что эти образцы были использованы Джоном Даннингом из Колумбийского университета для экспериментального подтверждения того, что именно этот изотоп делится под действием медленных нейтронов. Лоуренс решил, что пришло время написать «сенсационную статью»{273}.
В воскресенье 5 мая 1940 г. газета «Нью-Йорк Таймc» поместила на своей первой странице статью Лоурейса под заголовком «Наука открыла громадный источник атомной энергии». Лоуренс писал об эксперименте Даннинга и утверждал, что «единственным шагом, который осталось сделать для решения проблемы нового источника энергии, является усовершенствование методов извлечения этой субстанции (урана-235. — Д. X.)». Он подчеркнул исключительную взрывную мощность урана-235 и «возможное колоссальное влияние последствий этого открытия на исход войны в Европе». Он также сообщал — с некоторым преувеличением — что «каждому немецкому ученому, работающему в этой области, — физику, химику, инженеру… приказано бросить все остальные исследования и посвятить себя только этой работе»{274}.
Лоуренс надеялся, что его статья насторожит политических деятелей, показав им опасность того, что нацистская Германия может создать атомную бомбу. Когда из Вашингтона не последовало никакого отклика, он был этим обескуражен{275}. Но статья Лоуренса повлекла за собой событие, которого он не ожидал и о котором, возможно, так никогда и не узнал. Георгий Вернадский, который в то время преподавал историю в Йельском университете, зная, конечно, об интересе своего отца к проблемам урана и атомной энергии, послал ему статью Лоуренса. Когда Вернадский получил это письмо, он находился в санатории «Узкое», расположенном недалеко от Москвы. История, рассказанная Лоуренсом, произвела на него очень большое впечатление{276}.[64] Вернадский был просто поражен сообщением Лоуренса об экспериментах с ураном-235. Первый вопрос, который пришел ему в голову, был о том, хватит ли у Советского Союза урановой руды для использования в качестве источника атомной энергии. Он и Хлопин, который тоже находился в «Узком», написали в Отделение геологических и географических наук, предлагая разработать план разведки залежей урана: «Уран из металла, находившего себе лишь ограниченное применение и рассматривавшегося всегда как побочный продукт при добыче радия, приобретает совершенно исключительное значение, — писали они. — …Разведки известных месторождений и поиски новых производятся темпами совершенно недостаточными и не объединенными общей идеей»{277}.
В ответ на эту записку Академия, как сообщила 26 июня газета «Известия», сформировала «тройку», в которую входили Вернадский, Виталий Хлопин и Александр Ферсман, для разработки «проекта мероприятий, которые необходимо осуществить в связи с возможностью использования внутриатомной энергии»{278}. Несколькими днями позже Вернадский написал письмо вице-президенту Академии, в котором объяснил, почему он считает этот вопрос таким срочным: «По имеющимся известиям, полученным мною почти случайно и в неполной форме из-за искусственных препятствий, установленных, к сожалению, для чтения зарубежной прессы, сейчас в США и в Германии идет энергичная и организованная работа в этом направлении, несмотря на мировые военные события. Наша страна ни в коем случае не может стоять в стороне и должна дать возможность и денежные средства для широко организованной и спешной работы в этой области первостепенного значения»{279}. Здесь Вернадский играл ту же роль, что и перед первой мировой войной, когда он настаивал на организации экспедиций для поисков урана. И снова Вернадский надеялся на помощь Хлопина и Ферсмана. 5 июля 1940 г. он писал сыну в Нью-Хэйвен: «Спасибо за присланную из Вашингтона вырезку из “Нью-Йорк Таймc” об уране. Это было первое известие об этом открытии, которое дошло до меня и до Москвы вообще. Я немедленно двинул дело. 26.VI образовалась в Академии “тройка” под моим председательством (Ферсман и Хлопин) с правом кооптации. Ферсман в Мурманске — но я начал работу немедленно. Надо использовать лето и осень. Не ожидал я, когда Содди впервые ярко выяснил возможность использования внутриатомной энергии (более 35 лет тому назад), что доживу до того времени, когда видится не только обсуждение, но и работа в этой области. Я думаю теперь, что открывающиеся возможности для будущего здесь большие, чем применение в XVIII веке пара и в XIX — электричества»{280}. В других письмах он опять проводил параллель между атомной энергией и электричеством. Именно эта перспектива — в большей степени, чем непосредственная опасность, исходящая от Германии, о чем написал Лоуренс, — побудила Вернадского к действиям, либо замечание о том, что в Соединенных Штатах и Германии работа движется быстро, «несмотря на мировые военные события», а не из-за них, подтверждало это.
12 июля Вернадский и Хлопин направили письмо Николаю Булганину, заместителю Председателя Совнаркома, ответственного за химию и металлургию, в котором обращали его внимание на открытие деления атомного ядра и на огромное количество энергии, которое при этом освобождается{281}. Представляется, что это была первая попытка советских ученых предупредить одного из главных членов правительства о том, что открытие деления урана-235 медленными нейтронами дает возможность управлять реакцией деления ядра. На пути практического использования атомной энергии, считали они, стоят весьма значительные трудности, которые «не имеют, однако, принципиального характера». Ученые просили правительство предпринять шаги, «которые обеспечили бы Советскому Союзу возможность не отстать в разрешении этой важнейшей задачи от зарубежных стран». Перед Академией должна быть поставлена задача сконструировать устройство для разделения изотопов и ускорить проектирование нового «сверхмощного» циклотрона ФИАНа[65].