IV
IV
Президиум Академии предложил Урановой комиссии к 20 сентября 1940 г. подготовить план исследований. 29 августа, до того, как Комиссия выполнила это указание, Курчатов, Харитон, Флеров и Русинов представили в Академию свой собственный план под названием: «Об использовании энергии деления урана в цепной реакции»[68]. Возможность использования атомной энергии в принципе установлена, писали они, но необходимы дальнейшие исследования.
Первой задачей было определение условий возникновения цепной реакции в металлическом уране. Это исследование должен был провести Флеров, и ему был необходим килограмм чистого металлического урана. Вторая задача вытекала из первой: если окажется, что цепная реакция в металлическом уране возможна, следует изучить нейтроны, испускаемые при делении урана-238. Для этих экспериментов понадобится 300 кг металлического урана. Эти два момента свидетельствовали о том, что Курчатов и его сотрудники, подстегиваемые, по-видимому, Флеровым, не потеряли надежды на возможность осуществления цепной реакции в смеси природного урана и воды. Следующие три направления исследований отражали их интерес к системам, состоящим из природного урана и замедлителя: следовало определить поперечные сечения захвата нейтронов тяжелым водородом (дейтерием), гелием, углеродом, кислородом и другими легкими элементами, рассчитать условия, необходимые для возникновения реакции в смеси урана и тяжелой воды, и выявить возможность получения тяжелой воды в количестве, измеряемом тоннами. Наконец, в плане предлагалось исследовать методы разделения изотопов урана.
Курчатов и его сотрудники убеждали Академию образовать специальный запас из нескольких тонн урана, необходимого для экспериментов с цепной реакцией. Нехватка урана была главным фактором, тормозившим исследования. Для одного из первых экспериментов, выполненных в его лаборатории, Курчатов отправил своих молодых сотрудников в рейд по фотомагазинам Ленинграда с поручением закупить весь имевшийся там нитрат урана{292}. Теперь такого рода импровизаций было недостаточно. Чтобы получить необходимые данные для определенного заключения об осуществлении цепной реакции, экспериментаторы нуждались в больших количествах урана. 9 сентября Курчатов написал Хлопину, что ему надо 500–1000 грамм чистого металлического урана для изучения возможности возникновения цепной реакции в уране-238. Немного позднее он написал ему снова, спрашивая, когда металлический уран может быть получен и какие меры следовало бы предпринять, чтобы ускорить дело{293}.
В планах ленинградских физиков не было и намека на исследования по атомной бомбе[69]. Они полностью осознавали, что деление ядер могло быть использовано в военном деле, но основной их интерес в то время состоял в том, чтобы установить, действительно ли возможна цепная реакция, а не в том, чтобы достигнуть какой-либо практической цели. В работе, написанной в начале лета 1940 г., Зельдович и Харитон дали обзор исследований по делению ядра и подсчитали, что для осуществления цепной реакции на медленных нейтронах необходимо 2,5 тонны урана и 15 тонн тяжелой воды{294}. О реакциях на быстрых нейтронах ничего не было сказано.
На заседании 28 сентября, т. е. почти через месяц после того как Курчатов и его сотрудники направили свой план в Академию, Урановая комиссия решила подготовить свой собственный план исследований{295}. Этот план составили Хлопин и Лейпунский, который в то время работал в Радиевом институте. Они определили пять направлений исследований: определение механизма деления ядер урана и тория; выявление возможности цепной реакции в природном уране; разработка методов разделения изотопов урана; разработка методов получения и изучения летучих соединений металлического урана; разведка богатых месторождений урановых руд и создание методов их разработки{296}. Неясно, знали ли Хлопин и Лейпунский о планах, разработанных Курчатовым и его сотрудниками. Иоффе находился в весьма неважных отношениях с Вернадским и Хлопиным, и хотя Курчатов с апреля 1939 г. по октябрь 1940 г. возглавлял физический отдел Радиевого института, его отношения с Хлопиным также казались сложными[70]. Этим может быть объяснен тот факт, что Курчатов послал свой план в Президиум Академии, а не непосредственно Хлопину.
15 октября Президиум Академии одобрил план, подготовленный Хлопиным и Лейпунским. Академия выделила Радиевому институту и биогеохимической лаборатории на 1941 г. дополнительные средства для работы над проблемой урана. Она обещала обратиться в правительство за резолюцией на получение 1,5 тонн соединений урана в год, создать государственный урановый фонд и закупить 300 килограммов урановых солей, которыми располагала промышленность. Академия также заявила о предпринятых ею шагах по увеличению запасов урана. В составе Урановой комиссии была создана постоянная сырьевая подкомиссия под председательством Ферсмана. Академия также решила обрисовать важность проблемы урана различным государственным геологическим учреждениям и попытаться поставить Среднеазиатский трест редких металлов во главе разведки урана в Средней Азии. Наконец, Академия ассигновала Радиевому институту около миллиона рублей на завершение строительства здания циклотрона Радиевого института{297}.
Будущее ядерных исследований явилось предметом «весьма оживленной» дискуссии на 5-й Всесоюзной конференции по ядерной физике, которая состоялась в Москве 20–26 ноября 1940 г.[71] В ней приняло участие около 200 ученых. Курчатов представил основной доклад о делении атомного ядра, в котором проанализировал успехи в этой области, достигнутые в предыдущем году, и остановился на возможности возникновения цепной реакции{298}. Он доказывал, что цепная реакция могла бы пойти в смеси воды и урана, обогащенного изотопом урана-235, или же в смеси природного урана с тяжелой водой. (Курчатов высказал сомнение в эффективности гелия, углерода и кислорода в качестве замедлителя, потому что, как он думал, их сечения взаимодействия с нейтронами слишком велики.) В обоих случаях предстояло преодолеть очень большие трудности: в первом нужно было разделить изотопы урана, а во втором — изотопы водорода. Курчатов представил таблицу, в которой он сравнил требуемые количества урана и тяжелой воды с имеющимися их запасами: полтонны обогащенного урана, хотя во всем мире в то время имелись только незначительные его количества; 15 тонн тяжелой воды — но во всех лабораториях мира ее было только полтонны. Курчатов рассматривал также возможность использования для цепной реакции протактиния, но отношение имевшихся его запасов к необходимому их количеству было еще худшим[72]. «…Хотя принципиально вопрос об осуществлении цепного ядерного распада и решен в положительном смысле, — заключил он, — но на пути его практической реализации в исследованных сейчас системах возникают громаднейшие трудности….Быть может, ближайшие годы принесут нам другие пути решения задачи, но если этого не случится, то только новые, очень эффективные, методы разделения изотопов урана или водорода обеспечат осуществление цепной ядерной реакции»{299}.
По своему тону доклад Курчатова был сдержанным и трезвым, но в нем указывалось на необходимость принятия чрезвычайных мер, если потребуется получить цепную реакцию. По свидетельству Игоря Головина, который принимал участие в работе конференции, доклад вызвал оживленную дискуссию, начавшуюся во время перерыва. Речь шла о том, следует ли обратиться к правительству с просьбой о выделении средств на ядерные исследования. Основной вопрос, который обсуждался, заключался в том, достаточно ли известно о цепных реакциях, чтобы оправдать средства, необходимые для серьезных работ по разделению изотопов, получению необходимых количеств урана-235 и производству тяжелой воды. «После перерыва, — писал Головин, — Хлопин вернулся на сцену и заявил, что он пришел к выводу, что слишком рано запрашивать у правительства большие ассигнования, так как в Европе идет война и деньги нужны для других целей. Он сказал, что необходимо поработать еще год и тогда решить, есть ли основания обращаться к правительству и запрашивать несколько миллионов для строительства уранового реактора, чтобы провести в нем цепную реакцию»[73].{300} Курчатов, по-видимому, приготовил записку, в которой просил правительство об увеличении средств, но заявление Хлопина исключало такой ход[74]. Хлопин не был единственным, кто выбрал осторожную линию поведения. Иоффе на публичной лекции, прочитанной им во время конференции, тоже дал ясно понять, что, по его мнению, атомная энергия может быть использована лишь в отдаленном будущем{301}.[75]
30 ноября 1940 г., через четыре дня после окончания конференции, Урановая комиссия собралась, чтобы заслушать отчеты Ферсмана и Хлопина об экспедициях, которые под их руководством той же осенью раньше вели разведку урановых месторождений в Средней Азии{302}. Ферсман обрисовал мрачную картину. К 1942–1943 гг. можно будет добывать 10 тонн урана в год, сказал он, если будет построен рудник. Но создание сырьевой базы потребует значительных капиталовложений, а потребность в уране для получения атомной энергии может быть оценена лишь приблизительно. Поэтому он предложил, чтобы были учтены потребности и других отраслей, в которых может быть использован уран, т. е. металлургии, красильной и фармацевтической промышленности. Хлопин утверждал, что следует точно установить объем запасов урана и определить масштаб работ по их эксплуатации. Он предложил установить объем резервного запаса, чтобы гарантировать обеспечение ураном-235 или ураном, обогащенным этим изотопом до трех-четырех процентов. Он настаивал также на создании специального запаса из двух тонн урана. Комиссия одобрила это предложение{303}.[76]
Пока Хлопин сосредоточил свое внимание на поставках урана, Харитон и Зельдович продолжали изучать условия возникновения цепной ядерной реакции. В ходе исследований они поставили тот же вопрос, который был поднят годом ранее Фришем и Пайерлсом: если предположить, что имеется чистый уран-235, то какова его критическая масса? Так же как Фриш и Пайерлс, они пришли к заключению, основываясь на теории Бора — Уилера, что в уране-235 почти каждое столкновение нейтрона с ядром урана приводит к делению[77]. Вместе с сотрудником Радиевого института Исаем Гуревичем они подсчитали величину критической массы для цепной реакции на быстрых нейтронах в куске чистого урана-235, окруженного отражателем нейтронов{304}.[78] В статье, представленной в 1941 г. в журнал «Успехи физических наук», они бегло сослались на эти расчеты: «для осуществления цепного деления урана с выделением огромных количеств энергии достаточно десятка килограммов чистого изотопа урана-235»{305}. (Война началась до того, как их статья могла быть опубликована, и она увидела свет только сорока годами позже[79].) Полученная ими оценка (10 килограммов) была на порядок выше сделанной Фришем и Пайерлсом (один килограмм), но разница была невелика в сравнении с более ранними оценками, по которым нужны были тонны урана-235.[80] Как и Фриш с Пайерлсом, Харитон и Зельдович высказали несколько соображений, касающихся инициирования взрывной цепной реакции, и подсчитали, что если блок урана-235 будет сжат с помощью обычной взрывчатки, может начаться цепная реакция[81]. Разница между работами Фриша и Пайерлса, с одной стороны, и Харитона и Зельдовича — с другой, состояла в том, что первые предложили метод разделения изотопов, а вторые этого не сделали. В 1937 г. Харитон опубликовал работу о разделении изотопов с помощью метода центрифуги, в которой он доказывал, что этот метод будет рациональным только в случае их малых количеств. В 1940 г. он и Зельдович не предложили какого-либо определенного метода разделения{306}.[82]
Параллель с меморандумом Фриша — Пайерлса поразительна. Меморандум английских физиков, конечно, не был опубликован, и нет ни оснований, ни свидетельств в пользу того, что Зельдович и Харитон знали о нем из данных разведки. Расчеты величины критической массы, выполненные Харитоном и Зельдовичем, были логическим продолжением их ранних исследований. Семенов как директор института, в котором они работали, естественно, знал об их работе и понимал, что она открывает возможность создания атомной бомбы. Он обратился в научно-техническое управление народного комиссариата нефтяной промышленности, которому в то время подчинялся Институт химической физики, с сообщение о том, что теперь появилась возможность создания бомбы, обладающей несравненно большей разрушительной силой, чем у любого существующего взрывчатого вещества, и настаивал на расширении исследовательских работ. Он просил, чтобы его письмо было передано наркому{307}.[83] Поскольку копия этого письма не была найдена, невозможно точно утверждать, каково было его содержание, а также и когда оно было написано. Это письмо могло быть написано во второй половине 1940 г. или в первые месяцы 1941 г. Но оно могло быть написано и до того, как Харитон и Зельдович провели свои расчеты критической массы урана-235. Во всяком случае, оно не вызвало никакой реакции. Здесь параллель с меморандумом Фриша — Пайерлса прерывается, потому что работа, выполненная Харитоном и Зельдовичем, не привела к созданию чего-либо подобного Комитету Мод, который был исключительно важной структурой. Семенову следовало бы, наверное, написать кому-нибудь, кто занимал в правительстве более высокое положение[84].
Во второй половине 1940 г. советские ученые все больше осознавали стратегическую значимость открытия деления ядер. Ситуация в Европе ухудшилась. Германия стала основной силой на континенте, после того как в июне нанесла оглушительное поражение Франции. Красная армия неудачно воевала с Финляндией. В Советском Союзе заметно росло чувство тревоги, и это способствовало тому, чтобы обратить внимание на использование атомной энергии в военных целях. Более того, в конце лета 1940 г. для советских ученых стало очевидным влияние, оказываемое войной на ядерные исследования. Они начали замечать, что публикации о делении ядер в зарубежных журналах стали появляться все реже. Вернадский осознал это в августе 1940 г., и тогда эта тема обсуждалась ленинградскими физиками{308}. Иоффе в своем письме к Нильсу Бору от 5 декабря 1940 г., написанном сразу по окончании Московской конференции по ядерной физике, намекнул на это. «К несчастью, — писал он, — мы почти не имеем новостей о научных результатах за рубежами нашей страны». Бор вскоре ответил ему из Копенгагена, который был в это время уже оккупирован нацистской Германией, но лишь очень немного сообщил о последних исследованиях{309}.