Лаборатория № 2
Лаборатория № 2
12 апреля 1943 года, выполняя решение Государственного Комитета Обороны, Академия наук приняла постановление о создании новой лаборатории под руководством Курчатова. Она стала известна как Лаборатория № 2. Находясь формально в составе Академии наук, Лаборатория № 2 подчинялась наркому химической промышленности Михаилу Георгиевичу Первухину, который должен был курировать работы от имени правительства. Сергей Кафтанов отошел на задний план.
Игорь Курчатов написал для Первухина доклад, озаглавленный «Протон, электрон и нейтрон», из которого тот мог получить основные сведения о структуре атомов. В следующем месяце физик составил более обширный доклад «Урановая проблема», где описал путь, пройденный от открытия радиоактивности к пониманию атомной структуры, и рассказал о разработке ускорителей частиц и их роли в ядерной физике. В этом докладе давался обзор представлений о цепной ядерной реакции по состоянию на июнь 1941 года, когда соответствующие исследования в СССР были прекращены. Курчатов лишь кратко остановился на атомной бомбе, упомянув, что цепная реакция на быстрых нейтронах в блоке урана-235 приведет к «взрыву исключительной силы». Но это будет зависеть, писал он, от «решения невероятно сложной технической задачи выделения большого количества этого изотопа из обычного урана». Потребуется по меньшей мере несколько килограммов чистого урана-235. Оценки критической массы лежат, отмечал Курчатов, в пределах от двух до сорока килограммов. В этом докладе Курчатов коротко коснулся и элемента-94, но по каким-то причинам не упомянул, что его можно использовать вместо урана-235 в качестве активного материала для бомбы.
Затем Курчатов встретился с Харитоном, Флёровым, Зельдовичем, Кикоиным, Алихановым и Лейпунским в Москве, чтобы принять коллективное решение о главных направлениях исследований. На себя он взял проектирование и постройку экспериментального реактора, производящего образцы элемента-94 для химического и физического анализа.
Первое решение, которое ему предстояло принять, заключалось в выборе типа сборки. В апрельском докладе Первухину он оценил, что для реактора потребуется 15 тонн тяжелой воды и 2 тонны природного урана, а для уран-графитовой системы – 500–1000 тонн графита и 50–100 тонн урана. К началу июля Курчатов выбрал в качестве замедлителя графит. Главная причина его 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 завода по производству тяжелой воды в Чирчике (Таджикистан) так и не было завершено.
Курчатову не хватало урана для экспериментов. И все, что он мог на тот момент 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. 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. В январе 1944 года Померанчук разработал теорию экспоненциальных экспериментов, в которых ключевые измерения могли быть проделаны еще до окончания полной сборки реактора.
Курчатов знал, что для создания экспериментального реактора потребуются годы. В марте 1943 года он предложил Леониду Немёнову, который перед войной вел работы по циклотрону в институте Иоффе, завершить их и как можно скорее получить регистрируемые количества элемента-94. На это он дал Немёнову шестнадцать месяцев и отправил его и Петра Яковлевича Глазунова, инженера из института Иоффе, в Ленинград, чтобы разыскать там генератор, изготовленный для физтеховского циклотрона. Немёнов и Глазунов вылетели в Ленинград с письмами от Первухина к Андрею Александрович Жданову, секретарю ленинградского обкома. Там физики разыскали части конструкции циклотрона, подготовили генератор и выпрямитель к перевозке, извлекли из земли медные трубы и латунные шины, закопанные во дворе Физико-технического института перед эвакуацией его персонала в Казань. Они нашли даже 75-тонный электромагнит на заводе «Электросила», который находился всего лишь в трех километрах от линии фронта. С помощью солдат, присланных военным командованием, физики погрузили оборудование в два товарных вагона, чтобы транспортировать его в Москву.
По возвращении в столицу Немёнов 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 25 сентября 1944 года, на два месяца позже назначенного Курчатовым срока, в циклотроне был получен пучок дейтронов. Немёнов сообщил об этом по телефону Курчатову, который находился на совещании у народного комиссара боеприпасов. Тот 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 уранил-нитрата. Полученный материал был передан для исследования в лабораторию Бориса Курчатова, младшего брата физика. Борис Курчатов выделил элемент-93 в первой половине 1944 года, а 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 года были получены следы наличия элемента-94 в экспериментальных образцах. Первые крупицы плутония из урана, облученного в циклотроне, Борис Курчатов выделил только в 1946 году. Кроме того, вопросами выделения плутония занималась группа Радиевого института под руководством академика Хлопина, к которому Игорь Курчатов испытывал определенный пиетет.
Разделение изотопов было также включено в план работ Лаборатории № 2, но за военные годы достижений было немного. Ответственным за эту часть проекта был назначен Исаак Кикоин. Он организовал исследования по различным методам разделения. Фриц Ланге продолжал свою работу над центрифугой, и в 1944 году 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 года Курчатов предложил Анатолию Александрову организовать исследования по термодиффузии. В 1944 году в лабораторию пришел Лев Арцимович, чтобы возглавить работу по электромагнитному разделению.
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. По мере разрастания лаборатории Курчатов присматривал для нее специальное место. Он нашел его в районе Покровское-Стрешнево, 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, хватало места для последующего расширения лаборатории. Курчатов принял на свой баланс недостроенное здание, к нему были добавлены другие строения, и в апреле 1944 года Лаборатория № 2 переехала в новые помещения. На 25 апреля 1944 года в ее штате числилось 74 сотрудника, 25 из них были учеными мирового уровня.
Когда Курчатову предложили возглавить исследования по урановой проблеме, он сомневался, будет ли его авторитета достаточно для такой должности. Очередные выборы в Академию наук должны были происходить в сентябре 1943 года. 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. Просьба была удовлетворена, и Курчатов стал академиком, минуя промежуточное звание члена-корреспондента. Избранию Курчатова воспротивились некоторые физики старшего поколения, такие как Френкель и Тамм, но решение правительства никто не решился оспорить.
Самой серьезной проблемой для Курчатова как руководителя конкретной темы было получение урана и графита для реактора. Весной 1943 года 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» общей массой около двух тонн.
Первухин вызвал в Москву академика Хлопина, чтобы тот доложил об имеющихся государственных запасах, которые оказались весьма незначительными. Когда в ноябре 1940 года на заседании Урановой комиссии обсуждались результаты экспедиции в Среднюю Азию, то был сделан вывод, что к началу 1943 года можно будет извлекать ежегодно до 10 тонн урана. При таких темпах Игорю Курчатову понадобилось бы от пяти до десяти лет, чтобы получить уран в необходимом для его реактора количестве. После доклада Хлопина правительство дало задание Наркомату цветной металлургии как можно скорее получить 100 тонн чистого урана. В мае Курчатов попросил Институт редких и драгоценных металлов снабдить его разными соединениями урана и металлическим ураном, причем в каждом случае требовалась необычайно высокая химическая чистота. Однако первый слиток урана весом около килограмма был получен лишь в конце 1944 года.
В августе Игорь Курчатов просил Александра Ивановича Васина, помощника Первухина, помочь в получении графита. Вскоре 3,5 тонны графита были отгружены с Московского электродного завода. Графит, предназначавшийся для использования в качестве замедлителя, должен быть исключительно чистым. Испытания показали, что зольность и примеси бора в графите увеличивают сечение захвата нейтронов на порядки. Когда Курчатов стал настаивать на том, чтобы завод исключил примеси, ему сказали, что он требует невозможного. Пришлось решать проблему своими силами: 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 началу осени 1945 года был получен графит требуемой чистоты.
Тогда советское правительство решило воспользоваться преимуществами военного союзника западных держав. Оно послало в Управление по ленд-лизу запрос на 10 килограммов металлического урана, 100 килограммов окиси урана и 100 килограммов нитрата урана. Генерал Лесли Гровс удовлетворил запрос из опасения, что отказ привлек бы внимание к американскому атомному проекту. Соединения урана были отправлены в Советский Союз в начале апреля 1943 года. Несмотря на предоставленную лицензию, закупочная комиссия не смогла найти на американском рынке 10 килограммов металлического урана и вынуждена была удовлетвориться килограммом загрязненного. Кроме того, в ноябре 1943 года СССР получил из Соединенных Штатов килограмм тяжелой воды, а затем, в феврале 1945 года, еще 100 граммов.
В 1943 году нескольким отделениям Академии наук было поручено провести поиски радиоактивных руд. Для координации разведывательных работ и составления рекомендаций создали постоянное консультативное бюро, в которое вошли академики Владимир Вернадский и Виталий Хлопин. В декабре было доложено о том, что залежи урана найдены в Киргизии. Однако прогресс шел медленно, так что в мае 1944 года Вернадский обратился к руководству Управления геологии с жалобой на невыполнение взятых обязательств по разведке урана. Реально же полевые экспедиции начали полномасштабную разведку в сентябре 1945 года, и центр внимания был перенесен на Ферганскую долину.
Игорь Курчатов был обескуражен темпами работы над проектом. 29 сентября 1944 года, спустя четыре дня после запуска циклотрона, он написал Лаврентию Берии, выразив свою озабоченность ходом дел:
В письме т. М. Г. Первухина и моем на Ваше имя мы сообщали о состоянии работ по проблеме урана и их колоссальном развитии за границей.
В течение последнего месяца я занимался предварительным изучением новых весьма обширных (3000 стр. текста) материалов, касающихся проблемы урана.
Это изучение еще раз показало, что вокруг этой проблемы за границей создана невиданная по масштабу в истории мировой науки концентрация научных и инженерно-технических сил, уже добившихся ценнейших результатов.
У нас же, несмотря на большой сдвиг в развитии работ по урану в 1943–1944 году, положение дел остается совершенно неудовлетворительным.
Особенно неблагополучно обстоит дело с сырьем и вопросами разделения. Работа Лаборатории № 2 недостаточно обеспечена материально-технической базой. Работы многих смежных организаций не получают нужного развития из-за отсутствия единого руководства и недооценки в этих организациях значения проблемы.
Зная Вашу исключительно большую занятость, я все же, ввиду исторического значения проблемы урана, решился побеспокоить Вас и просить Вас дать указания о такой организации работ, которая бы соответствовала возможностям и значению нашего Великого Государства в мировой культуре.
Курчатов прекрасно понимал, что главной причиной многочисленных проволочек было непризнание советским руководством решения урановой проблемы как задачи первостепенной важности. Особенно он был раздосадован тем, что «Манхэттенский проект» на годы опережает советских физиков. Курчатов лучше, чем кто-либо другой, сознавал, насколько это опасно, и надеялся найти поддержку в лице всесильных спецслужб. У него получилось.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.