Курчатов писал свой доклад после того, как ознакомился с разведывательными материалами, полученными из Англии. То, что он узнал из них, сильно повлияло на содержание доклада, так как в этих материалах особое внимание уделялось различным возможным типам ядерной сборки[123], в которой мог быть получен элемент 94.[124] Курчатов, однако, не заострил на этом внимания и не сослался прямо на информацию, полученную от разведки. Отсюда можно предположить, что данный доклад был рассчитан на то, чтобы просветить не только Первухина, но и других членов правительства. Тех, кто имел доступ к разведывательным материалам или вообще знал о них, было очень мало. Написав доклад 7 марта, Курчатов передал его черновики помощнику Первухина А.И. Васину, чтобы тот их уничтожил{434}. В последующие годы Курчатов должен был получать специальное разрешение, чтобы показать какие-либо разведывательные данные, полученные из-за границы, своим коллегам-ученым. В те времена он должен был использовать подобную информацию, не ставя своих коллег в известность, откуда она была получена. И он делал это, указывая перспективные направления исследований и выдвигая новые идеи на совещаниях и семинарах. Так, в своей памятке от 22 марта он пишет, что никому не известно, кто автор доклада, но Алиханов и Кикоин ознакомлены с аргументами, содержащимися в нем{435}.
Курчатов встретился со своими ближайшими коллегами — Харитоном, Флеровым, Зельдовичем, Кикоиным, Алихановым и Лейпунским в Москве в гостинице «Москва», чтобы принять решение о главных направлениях исследований{436}. На себя он взял проектирование и постройку экспериментального реактора, производящего образцы элемента 94 для химического и физического анализа{437}. Первое решение, которое ему предстояло принять, заключалось в выборе типа сборки. В своем апрельском докладе Первухину он оценил, что для тяжеловодного реактора потребуется 15 тонн тяжелой воды, две тонны природного урана, а для уран-графитовой системы — 500–1000 тонн графита и 50–100 тонн урана{438}. К началу июля Курчатов выбрал в качестве замедлителя графит, и это несмотря на то, что для тяжеловодного реактора потребовалось бы значительно меньше урана. Главная причина такого выбора заключалась в том, что получить графит было легче, чем тяжелую воду: в Советском Союзе имелись электродные заводы, где производился графит, в то время как строительство головного завода по производству тяжелой воды, которое перед войной планировалось осуществить при азотном заводе в Чирчике в Таджикистане, так и не было закончено. Производство тяжелой воды еще надо было организовывать, и она могла быть получена только «в весьма отдаленные времена»{439}. Курчатов взял на себя прямое руководство работой по созданию уран-графитовой системы, выбрав одного из своих бывших учеников, И.С. Панасюка, в качестве главного помощника{440}.[125] Задача строительства тяжеловодного реактора была возложена на Алиханова, который с неохотой соглашался работать под руководством Курчатова. Работа в этом направлении всерьез началась лишь после окончания войны{441}.
Курчатову не хватало урана для экспериментов. Все, что он мог сделать, — это предложить теоретикам Лаборатории № 2 рассчитать конструкцию сборки. Исай Гуревич и Исаак Померанчук разработали теорию гетерогенной сборки, в которой урановые блоки распределялись в графитовом замедлителе в виде решетки{442}. Такое размещение снижало вероятность резонансного поглощения нейтронов ураном-238, поскольку уменьшало возможность столкновения нейтронов с атомами урана-238 в процессе их замедления, когда вероятность поглощения была особенно велика. Зельдович и Померанчук разработали теорию замедления и поглощения нейтронов в графите и на этой основе развили метод контроля чистоты графита{443}.[126] Эта работа была проделана в 1943 г. В январе 1944 г. Померанчук разработал теорию экспоненциальных экспериментов, в которых ключевые измерения могли быть проделаны еще до окончания полной сборки реактора{444}.[127]
Курчатов знал, что для создания экспериментального реактора потребуются годы. В марте 1943 г. он предложил Леониду Неменову, который еще до войны вел работы по циклотрону в институте Иоффе, построить циклотрон и как можно скорее получить регистрируемые количества элемента 94. Он дал Неменову на это 16 месяцев и отправил его и П. Глазунова, инженера из института Иоффе, в Ленинград, чтобы разыскать там генератор, изготовленный для физтеховского циклотрона{445}.[128] С письмами от Первухина к Андрею Жданову, секретарю ленинградского обкома, Неменов и Глазунов вылетели в Ленинград, взяв с собой более сотни посылок от коллег для родственников в осажденном городе. Самое тяжелое время было позади. В январе 1943 г. Красной армии удалось деблокировать жизненно важную железную дорогу между городом и «Большой землей», как говорили ленинградцы. Но население Ленинграда жестоко пострадало от голода и было сильно ослаблено.
Неменов и Глазунов разыскали части конструкции циклотрона. Они подготовили генератор и выпрямитель к перевозке и извлекли из земли медные трубы и латунные шины, закопанные во дворе Физико-технического института перед эвакуацией его персонала в Казань. Они разыскали также 75-тонный электромагнит на заводе «Электросила», который находился всего лишь в трех километрах от линии фронта. G помощью солдат, присланных к ним военным командованием, они погрузили все оборудование в два товарных вагона, чтобы транспортировать его в Москву. Так как вновь открытая железнодорожная колея проходила через район, обстреливаемый немцами, Неменов и Глазунов вылетели из города на самолете{446}.
По возвращении в Москву Неменов 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 в 10 часов утра 25 сентября 1944 г., на два месяца позже назначенного Курчатовым срока, в циклотроне был получен пучок дейтронов. Неменов сообщил об этом по телефону Курчатову, который находился на совещании у Бориса Ванникова, народного комиссара боеприпасов. Курчатов 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 уранилнитрата, которое продолжалось до декабря 1945 г.{447}
Облученный материал был передан для исследования в лабораторию младшего брата Курчатова, Бориса, который поступил в Лабораторию № 2 в середине 1943 г.{448} Борис Курчатов выделил элемент 93 в первой половине 1944 г. и 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 г. были получены первые следы элемента 94. Первый плутоний (как теперь назывался элемент 94) из урана, облученного в циклотроне, Борис Курчатов выделил не ранее 1946 г.{449},[129]
Курчатов не ограничился тем, что поручил химическое выделение плутония только своему брату. Ему надо было улучшить взаимоотношения с Хлопиным, и он решил подключить его к проекту, попросив Радиевый институт разработать метод выделения элемента 94 из облученного урана{450}.[130] Курчатов не пытался «сводить счеты» с Хлопиным, а, как указывает Флеров, всегда оказывал ему «знаки внимания, проявлял уважение к его знаниям и авторитету. Курчатов всегда указывал на заслуги Хлопина как родоначальника советской радиохимии». Здесь он продемонстрировал свое искусство в обращении с людьми, и неприязнь между двумя учеными исчезла{451}.
Первоначально разделение изотопов было включено в план работ Лаборатории № 2, но за военные годы достижений было немного. Ответственным за эту часть проекта был назначен Кикоин{452}. Он организовал исследования по различным методам разделения. Ланге продолжал свою работу над центрифугой, и в 1944 г. 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 г. Курчатов предложил Анатолию Александрову организовать исследования по термодиффузии. В 1944 г. в лабораторию пришел Арцимович, чтобы возглавить работу по электромагнитному разделению{453}.
Первоначально разделение изотопов было включено в план работ Лаборатории № 2, но за военные годы достижений было немного. Ответственным за эту часть проекта был назначен Кикоин{452}. Он организовал исследования по различным методам разделения. Ланге продолжал свою работу над центрифугой, и в 1944 г. 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 г. Курчатов предложил Анатолию Александрову организовать исследования по термодиффузии. В 1944 г. в лабораторию пришел Арцимович, чтобы возглавить работу по электромагнитному разделению{453}.
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{454}. Вначале лаборатория размещалась в помещении Сейсмологического института в Пырьевском переулке. Вскоре она заняла часть другого института на Большой Калужской улице. По мере разрастания лаборатории Курчатов присматривал место, где ее можно было бы и дальше увеличивать. Он нашел такое место в Покровском-Стрешневе, 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, имелось место для последующего расширения лаборатории. Курчатов принял незавершенное здание, к нему были добавлены другие строения, и в апреле 1944 г. лаборатория переехала в новые помещения{455}. На 25 апреля 1944 г. в Лаборатории № 2 числилось 74 сотрудника. 25 из них были ученые, среди которых — Алиханов, Кикоин, Померанчук, Флеров, Неменов, Борис Курчатов, В.А. Давиденко и математик С.Л. Соболев{456}.[131] С большинством из них Курчатов работал прежде.
Когда Курчатову предложили возглавить исследования по урановой проблеме, он сомневался, будет ли его авторитета как ученого достаточно для такой должности. Очередные выборы в Академию наук должны были происходить в сентябре 1943 г. 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. Эта просьба была удовлетворена, и Курчатов стал академиком[132], не пройдя «промежуточного» звания члена-корреспондента Академии наук. Избранию Курчатова воспротивились некоторые физики старшего поколения, такие как Френкель и Тамм. Оно вызвало всеобщее недоумение. «Казалось, его научные заслуги не столь велики, чтобы выбирать его в действительные члены Академии»{457}, — как писал один физик в своих мемуарах.
II
Самой серьезной проблемой для Курчатова стало получение урана и графита для сборки. В начале 1943 г. 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»{458}.[133] Это было намного меньше 50–100 тонн, необходимых для уран-графитовой сборки, по его оценке, приведенной в докладе Первухину. В 1943 г. в распоряжении Курчатова имелись только одна-две тонны урана, как сообщал он Первухину в июле этого года, и было совершенно неясно, сколько времени понадобится для получения нужных 50 тонн{459}.
Первухин и Курчатов вызвали в Москву Хлопина, чтобы тот доложил об имеющихся государственных запасах, которые оказались незначительными по сравнению с тем, что было нужно Курчатову{460}. Когда Ферсман в ноябре 1940 г. докладывал на заседании Урановой комиссии о его и Хлопина экспедиции в Среднюю Азию, он сказал, что к 1942–1943 гг. можно будет извлекать ежегодно 10 тонн урана. При таких темпах Курчатову понадобилось бы от пяти до десяти лет, чтобы получить уран в необходимом для его сборки количестве{461}. В 1943 г., после доклада Хлопина, правительство дало задание Наркомату цветной металлургии как можно скорее получить 100 тонн чистого урана{462}. Это указание мало что дало: «как можно скорее» на практике отнюдь не означало «в первую очередь», так как лишь первоочередные приказы должны были выполняться к определенной дате.
В мае 1943 г. Курчатов просил Н.П. Сужина и З.В. Ершову из Института редких и драгоценных металлов снабдить его разными соединениями урана и металлическим ураном, причем в каждом случае требовалась необычайно высокая химическая чистота. Первый слиток урана весом около килограмма был получен в лаборатории Ершовой в конце 1944 г. в присутствии комиссии, возглавляемой Первухиным{463}. Прежде чем получить уран, который ему был необходим, Курчатову предстояло пройти еще долгий путь.
В августе 1943 г. Курчатов просил А.И. Васина, помощника Первухина, помочь ему в получении графита{464}. Вскоре три с половиной тонны графита были получены с Московского электродного завода[134]. Графит, предназначавшийся для использования в качестве замедлителя, должен быть чрезвычайно чистым. Испытания показали, что зольность и примеси бора в графите увеличивают сечение захвата нейтронов на порядки величин. Когда Курчатов стал настаивать на том, чтобы завод исключил примеси, ему сказали, что он требует невозможного. 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 концу лета 1945 г. был получен графит требуемой чистоты для использования в ядерном реакторе{465}.
В конце января 1943 г. Советское правительство послало в вашингтонское Управление по ленд-лизу запрос на 10 килограммов металлического урана, 100 килограммов окиси урана и столько же нитрата урана. Генерал Гровз удовлетворил запрос из опасения, что отказ привлек бы внимание к американскому проекту как Советского Союза, так и любопытных в Вашингтоне. Соединения урана (но не металл) были отправлены в Советский Союз в начале апреля{466}. В начале 1943 г. советская Закупочная комиссия запросила по 220 килограммов окиси урана и нитрата урана. Этот заказ был отправлен на Аляску для транспортировки в Советский Союз в июне 1943 г.{467} В апреле 1943 г. генерал Гровз предоставил советской Закупочной комиссии экспортную лицензию на 10 килограммов металлического урана. Советская комиссия не смогла найти того, что хотела, и в начале 1945 г. вынуждена была удовлетвориться одним килограммом загрязненного урана. Более поздний запрос советской комиссии на восемь тонн хлорида урана и на такое же количество нитрата урана был отклонен{468}. В ноябре 1943 г. Советский Союз получил из Соединенных Штатов 1000 граммов тяжелой воды, а затем, в феврале 1945 г., еще 100 граммов{469}.
Запрошенный из Соединенных Штатов уран пригодился бы для экспериментов в Лаборатории № 2[135], однако сведения о том, что этот уран когда-либо дошел до Курчатова, отсутствуют[136]. Конечно, для Курчатова было чрезвычайно важно иметь уран. В.В. Гончаров, инженер-химик, который пришел в Лабораторию № 2 в 1943 г., писал, что в 1945 г. в ней имелось только 90 килограммов окиси урана и 218 килограммов металлического порошка и все это было доставлено из Германии{470}.[137] Возможно, Советское правительство получало уран из Соединенных Штатов для изготовления сплавов, используемых в производстве вооружений, а не для атомного проекта.
В 1943 г. Дмитрий Щербаков, который был членом Урановой комиссии, написал доклад о советских запасах урана и о том, что необходимо предпринять для их разработки{471}. Он отметил, что залежи урана в Средней Азии не были изучены должным образом. Поэтому прежде всего следовало бы тщательно их разведать и начать добычу. Организация поисков урана в остальной части страны была сопряжена с большими трудностями. Щербаков был уверен, что радиоактивные минералы могли быть найдены вне пределов Средней Азии, но советские геологи не располагали методами поиска их месторождений. Единственное, что оставалось, — это идентифицировать по описанию урановых месторождений в стране и за рубежом геологические признаки, при которых мог быть обнаружен уран. На основе обзора известных урановых залежей Щербаков составил перечень рекомендаций для проведения разведки урана.
В 1943 г. нескольким отделениям Академии наук было поручено провести поиски радиоактивных руд, и в декабре было доложено о том, что залежи урана найдены в Киргизии{472}.[138] 2 октября 1943 г. комиссия, организованная при Главном управлении геологии, собралась, чтобы выработать план поисков урана на 1944 г. Вернадский, который к тому времени вернулся в Москву, вместе с Хлопиным и Виноградовым принял участие в этом совещании. Для координации разведывательных работ и исследований и для составления рекомендаций по расширению запасов урана было создано постоянное консультативное бюро, в которое вошли Вернадский и Хлопин{473}. Однако прогресс был медленным, так что в мае 1944 г. Вернадский обратился к руководству Управления геологии с жалобой на то, что он «не получил… несмотря на… обещание, извещение о том, каковы результаты откачки Тюя-Муюна. Деньги отпущены в достаточном количестве, руда есть, — продолжал Вернадский, — чего же медлить? Это дело должно было бы давно быть сделано»{474}. Это свидетельствует о том, что работы по разведке урана в планах правительства не были первоочередными. В 1944 г. Щербаков выдвинул идею «разведки широким фронтом», но только в сентябре 1945 г. полевые экспедиции начали полномасштабную разведку. Затем центр внимания был перенесен на Ферганскую долину в Средней Азии{475}.[139]