I
I
Клаус Фукс в июне 1945 г. передал детальное описание плутониевой бомбы, но Харитон и его сотрудники стремились проверить все сами, потому что не могли быть полностью уверены в достоверности полученных сведений. Для изучения метода имплозии они должны были выполнить многократные эксперименты с высокоэффективными взрывчатыми материалами, а этого нельзя было сделать в Лаборатории № 2, расположенной на окраине Москвы. Поэтому Курчатов решил организовать филиал Лаборатории в местности, достаточно отдаленной от Москвы, с тем чтобы там можно было заняться работами по проектированию и изготовлению бомбы. Возглавил новую организацию Харитон, при этом он не пожелал возложить на себя обязанности по административному руководству, чтобы не упускать возможность полностью сконцентрироваться на решении научных и технических задач. По совету Курчатова он обратился к Берии, который выразил согласие назначить инженера на должность административного директора новой организации, оставив за Харитоном обязанности главного конструктора и научного руководителя. Выбор Берии пал на генерала П.М. Зернова — заместителя народного комиссара танковой промышленности, во время войны он способствовал организации массового производства танков. Зернову в то время исполнилось 40 лет, он был всего на год моложе Харитона. До этого он и Харитон не знали друг друга, но теперь между ними установились хорошие деловые отношения{1037}.
Ванников предложил Зернову и Харитону осмотреть некоторые заводы по производству боеприпасов — в поисках подходящего места для размещения новой организации, которая позднее стала известна как КБ-11. В апреле 1946 г. Харитон и Зернов побывали в небольшом поселке Сарове, расположенном в 400 км к востоку от Москвы, на границе Горьковской области и Мордовской автономной республики. Население Сарова составляло 2–3 тысячи человек; там имелась небольшая фабрика, выпускавшая в годы войны снаряды для ракетных артиллерийских установок «Катюша». Существенным преимуществом Сарова было то, что этот поселок располагался на краю большого лесного заказника; это позволяло расширять площади для проведения работ; к тому же это было необычайно красивое место. Оно располагалось в достаточном удалении от основных путей сообщения, что было важно с точки зрения секретности, но было и не слишком далеко от Москвы. Харитон и Зернов решили, что это идеальное место{1038}. Город, или, если его назвать более точно, хорошо охраняемая зона, в которую входил и сам город, и исследовательские и конструкторские организации, стал известен как Арзамас-16 — по городу Арзамасу, расположенному в 60 км севернее. Иногда его называли «Волжское бюро», а также, по понятным причинам, Лос-Арзамасом.
В центре Сарова находились остатки православного монастыря, расцвет которого приходился на XVIII и XIX века. Причисленный к лику святых Серафим Саровский, известный своим аскетизмом и благодеяниями, жил здесь около 50 лет, вплоть до своей смерти, последовавшей в 1833 г.{1039} В 1903 г. царь Николай II и его жена Александра прибыли в Саров вместе с десятками тысяч людей на церемонию канонизации Серафима. Николай и Александра, у которых было четыре дочери, молились о сыне и наследнике. Их молитва была услышана, и в следующем году родился царевич Алексей{1040}. Саровский монастырь, где жило 300 монахов, был закрыт коммунистами в 1927 г. Когда Харитон и его группа приехали в Саров, там еще сохранилось несколько церквей вместе со строениями, в которых находились кельи монахов. Именно в этих кельях и были оборудованы первые лаборатории. Заключенные из располагавшегося неподалеку исправительно-трудового лагеря построили новые лабораторные корпуса и жилые дома{1041}.
Основная идея плутониевой бомбы сводилась к тому, чтобы сжать подкритическую массу плутония, увеличивая тем самым ее плотность и делая сверхкритической. Это осуществляется путем окружения плутониевой сферы (и оболочки из природного урана, окружающей плутоний) мощной взрывчаткой для возбуждения ударной волны, распространяющейся внутрь и сжимающей плутоний. Большая скорость сжатия, обеспеченная таким образом, снижает опасность преждевременной детонации и испарения, пока плутоний не достигнет сверхкритичности, при использовании сравнительно небольшого количества плутония. В самом центре бомбы находился мощный источник нейтронов, который назывался инициатором. Когда за счет имплозии плутоний сжимается, сам процесс сжатия длится только несколько микросекунд — до того, как плутоний снова начинает расширяться. Инициатор необходим для того, чтобы обеспечить начало цепной реакции в нужный момент{1042}.
Описание, данное Фуксом, следовало изучить в деталях. Лозунг Харитона звучал так: «Знать надо в десять раз больше, чем делаем!»{1043}. Иначе говоря, в конструкции бомбы нужно было разобраться до последней мелочи. Харитон подобрал «сильный коллектив» исследователей для работы по созданию бомбы. Первыми физиками, привлеченными им к разработкам, были знакомые ему по прошлым годам сотрудники Института химической физики и оборонных институтов, в которых он сам работал во время войны{1044}. Кирилл Щелкин, заведующий одной из лабораторий Института химической физики, приехал в Арзамас-16 и стал первым заместителем Харитона. Щелкин работал в области детонации газов и структуры волн детонации{1045}. В плутониевой бомбе требовалось с помощью системы линз обратить расходящиеся волны детонации, возникающие во время мощного взрыва, в сходящуюся сферическую волну, которая сжимала бы плутоний со всех сторон и приводила его в сверхкритическое состояние. Щелкин возглавил работу по этой проблеме.
Харитон мог привлечь к работе специалистов из Института химической физики, где сложилась очень сильная школа в области теории взрывов и детонации. В докладе Центрального разведывательного управления (ЦРУ) от 1949 г. отмечено, что «вклад советских ученых в основополагающую физическую, химическую и математическую теории, теорию плазмы, взрывов и детонации высоко ценился американскими учеными»{1046}. Одной из характерных черт этой школы было тесное взаимодействие между физиками-теоретиками и экспериментаторами. Харитон работал в тесном сотрудничестве с Зельдовичем, разрабатывая теорию ядерных цепных реакций, представленную в серии статей 1939–1941 гг. Зельдович был одним из наиболее разносторонних теоретиков своего поколения. (Когда английский физик Стивен Хокинг встретился с ним в 80-х годах, то сказал ему: «Я удивлен, что вижу вас в одном лице, а не в виде Бурбаки», — имея в виду группу французских математиков, публиковавшихся под одним именем.) Зельдович разрабатывал теорию детонации еще перед войной{1047}. Теперь он был назначен руководителем теоретического отдела КБ-11. Основными сотрудниками его отдела были Д.А. Франк-Каменецкий (пришедший вместе с ним в Арзамас-16 из Института химической физики), Н.А. Дмитриев и Е.И. Забабахин{1048}. Зельдович и его сотрудники стремились изучить, как будет вести себя плутоний под давлением в несколько миллионов атмосфер, когда возникают температуры в миллионы градусов, а металлы становятся столь же текучими, как и жидкости. Они занимались также и расчетами критической массы.
Одним из первых, кого пригласил к себе Харитон, был В.А. Цукерман, работавший в Институте машиноведения. Цукерман, будучи фактически слепым (ему помогала в работе его жена 3. М. Азарх), разработал метод рентгено-фотографического анализа процесса разрушения брони. Во время войны Харитон убедился в важности этого метода как диагностического инструмента, с помощью которого можно исследовать обычные взрывы, и в декабре 1945 г. пригласил Цукермана и его лабораторию присоединиться к работам по атомной бомбе. Поскольку рентгеновские лучи позволяют обнаружить различие в степени плотности, с их помощью можно увидеть, как детонационная волна движется во взрывчатом веществе, и исследовать, как будет сжиматься плутониевая сердцевина бомбы. В своем новом исследовании Цукерман должен был «научиться работать с высокими давлениями, космическими скоростями, регистрировать процессы, длящиеся микросекунды, изучать свойства многих веществ — металлов, ионных соединений, минералов и горных пород при экстремально высоких давлениях»{1049}. Он разработал установку, которая, используя микросекундные рентгеновские импульсы, отслеживала быстропротекающие детонационные процессы и анализировала имплозию железа, бронзы и других материалов. Расчеты, проведенные группой Зельдовича, показали, что мощные взрывчатые вещества должны детонировать одновременно — чтобы затем возникла ударная волна, которая уплотняла бы плутоний. Все высокоэффективные взрывчатые вещества должны детонировать за время меньше микросекунды. Даже лучшие взрыватели, бывшие на вооружении Советской армии, не удовлетворяли этим требованиям. В КБ-11 уже более года велись интенсивные исследования, когда для решения этой проблемы в 1948 г. был привлечен В.С. Комельков. Работая в области электрофизики, он спроектировал новые взрыватели, которые могли быть приведены в действие синхронно{1050}. За нейтронный инициатор, располагавшийся в центре бомбы и призванный запустить цепную реакцию в строго определенный момент времени, отвечал В. Давиденко, начавший работать в Лаборатории № 2 в 1943 г. и позднее переехавший в Арзамас-16{1051}.
Летом 1946 г. Харитон подготовил документ, названный «Техническим заданием», в нем были сжато изложены технические требования к атомной бомбе — КПД, размеры, условия безопасности и т. д. Документ был подписан Зерновым и Харитоном и направлен на одобрение правительства{1052}. «Задание» касалось создания как урановой, так и плутониевой бомбы. Это позволяет предположить, что если бы не возникшие трудности с газодиффузионным заводом, то бомба из урана-235 пушечного типа была бы испытана первой. Хотя оказалось, что разделение изотопов осуществить труднее, чем получить плутоний, сама конструкция бомбы пушечного типа из урана-235 была намного проще, чем плутониевая бомба. Ученые в Лос-Аламосе даже не считали необходимым испытывать бомбу из урана-235 перед тем, как ее использовать, но они полагали необходимым испытать плутониевую бомбу. В случае советского проекта плутоний был получен раньше, чем пригодный для бомбы уран.
В 1945 г. к проекту в качестве заведующего конструкторской группой присоединился В.А. Турбинер, инженер и конструктор. В начале 1946 г. Турбинер и его группа подготовили технические чертежи бомбы, причем основные ее сечения были выполнены в цвете. (Турбинер не знал, что соответствующая информация была получена через органы разведки.[236]) Однако Турбинер не остался во главе инженерной части проектирования{1053}.[237] В июле 1948 г. генерал Н.Л. Духов, очень опытный инженер-механик, был направлен в Арзамас-16, чтобы возглавить проектирование и производство основных элементов бомбы.[238] В годы войны Духов был главным конструктором Кировского танкового завода на Урале и разработал тяжелые танки типа KB (Клим Ворошилов) и ИС (Иосиф Сталин){1054}. Теперь его назначили на должность заместителя научного руководителя и заместителя главного конструктора. Другой инженер, В.И. Алферов, директор минно-торпедного завода, также стал заместителем Харитона. Алферов отвечал за электрические системы бомбы и, в частности, за систему поджига, которая должна была обеспечивать подачу импульса для приведения в действие взрывателей[239]. Позже Харитон утверждал, что информация, полученная от Фукса, существенно не уменьшила объем теоретической и экспериментальной работы. Советские ученые и инженеры должны были выполнить те же расчеты и эксперименты, так как данные, полученные от разведки, не могли гарантировать, что они получат нужные результаты.
В конце 1948 или в начале 1949 г. двум группам в КБ-11 была определена задача измерения скорости сгорания продуктов детонации высокоэффективных взрывчатых веществ. Такого рода информация была необходима для расчета давления, которому подвергался плутоний. Одну из этих групп возглавлял Цукерман, другую — Е.К. Завойский, первоклассный физик-экспериментатор, но с меньшим опытом работы со взрывчатыми веществами. Группа Цукермана сделала вывод, что все обстоит благополучно и что нужная степень сжатия будет получена. Но группа Завойского, закончившая свою работу позднее, заключила, что степень сжатия будет недостаточной и ядерный взрыв не произойдет. Об этом сообщили Курчатову и Ванникову; очень обеспокоенный этим противоречием Ванников приехал в Арзамас-16. Обе группы, объединившись, поставили новые эксперименты. Было обнаружено, что Завойский в своей диагностической аппаратуре использовал слишком тонкие электроды и поэтому занизил скорость сгорания продуктов высокоэффективных взрывчатых веществ. Позднее Харитон заметил, что этот случай продемонстрировал, как было важно советским ученым понимать и рассчитывать все самостоятельно{1055}.
Плутониевые металлические полусферы в июне 1949 г. были изготовлены под руководством Бочвара в Челябинске-40. Затем Анатолий Александров покрыл их никелем, чтобы обеспечить более безопасное с ними обращение. После этого их направили в Арзамас-16. Когда Зельдович увидел эти полусферы, диаметр которых составлял 8–9 см, он неожиданно осознал, сколько жизней заключено в каждом их грамме: жизней тех заключенных, которые работали в урановых рудниках и на установках атомной промышленности, а также жизней потенциальных жертв атомной войны{1056}.
В Арзамасе-16 Флеров, искусный экспериментатор, в маленьком домике проводил опасные опыты с критической массой; это помещение располагалось вдали от других зданий и охранялось часовыми. Он должен был проверить, насколько масса двух сведенных вместе плутониевых полусфер близка к критической, чтобы при сжатии плутония стать сверхкритической. Флеров доложил, что плутониевый заряд будет близок к критическому состоянию, если его окружить оболочкой из урана.
После того, как эти эксперименты были выполнены, бомба была готова к испытанию. Харитон и все те, кто разрабатывал основные компоненты бомбы и приборы для проведения испытания, собрались у Курчатова. Он спрашивал каждого из приглашенных по очереди, готов ли он отправиться к месту испытаний? Получив утвердительный ответ, Курчатов сказал, что доложит об этом правительству и запросит разрешение на испытание бомбы{1057}.
Примерно в это же время ведущие ученые и инженеры были вызваны в Москву, чтобы лично доложить Сталину о подготовке к испытанию. Один за другим они входили в кабинет Сталина для доклада. Курчатов был первым, за ним последовал Харитон. Это была единственная встреча Харитона со Сталиным. Он сделал свой доклад в присутствии Берии и Курчатова. Сталин спросил, нельзя ли использовать плутониевый заряд бомбы для производства двух менее мощных бомб — чтобы иметь одну из них в резерве. Поскольку количество плутония в бомбе точно соответствовало именно данной конструкции (в Арзамасе-16 готовился также другой вариант бомбы; требовавший меньшего количества плутония), Харитон ответил, что сделать это невозможно{1058}.
На своих встречах с конструкторами танков, артиллерийских орудий и самолетов Сталин часто задавал детальные технические вопросы. Но он не продемонстрировал интереса к техническим аспектам ядерного оружия. Позднее Курчатов рассказывал одному из своих близких сотрудников: «На встречах со Сталиным мне казалось, что я ему смертельно надоел… Когда я говорил с ним, то говорил кратко, заканчивал разговор быстро и замолкал, как только было возможно. Он никогда не задавал никаких вопросов об этой технологии». У Курчатова осталось впечатление, что в глазах Сталина он был «как назойливая муха, и ему хотелось, чтобы я поскорее закончил»{1059}. Сталин во время встречи не задал Харитону ни одного технического вопроса. Он не стал копаться и в диалектической природе критической массы, как это утверждалось в некоторых публикациях; не показывали ему и плутониевый заряд, вопреки тому, о чем тоже писалось. Он воспринял без возражений ответ Харитона о невозможности сделать две бомбы из плутониевого заряда, подготовленного для первой бомбы{1060}.