Тайная история атомной бомбы

Но даже настолько радостные известия не могли избавить Отто от предчувствия близкой большой беды, с недавних пор его переполнявшего. Ожидание начала войны, которое было уже не за горами, погружало его все глубже в пучину депрессии. Фриш не видел никакого смысла продолжать те исследования, которыми занимался в Копенгагене. Росло и чувство незащищенности. Когда в лабораторию Бора приехали британец Патрик Блэкетт и австралиец Марк Олифант, Отто попросил их о помощи.

Олифант вырос в Аделаиде. Поначалу он интересовался медициной и, в частности, стоматологией, но в университете увлекся физикой. Наслушавшись Эренста Резерфорда, новозеландца по происхождению, впечатлительный студент решил заняться ядерной физикой. В 1927 году он присоединился к возглавляемой Резерфордом группе исследователей, которая работала в Кавендишской лаборатории в Кембридже. Там в начале 1930-х он стал непосредственным свидетелем множества замечательных открытий в области ядерной физики. В 1934 году в соавторстве с Резерфордом (а также немецким химиком Паулем Гартеком) Олифант опубликовал статью, в которой описывалась реакция ядерного синтеза с участием тяжелого водорода — дейтерия[27].

В 1937 году Олифант получил профессорскую должность в Бирмингемском университете, став деканом факультета физики. Он очень участливо отнесся к просьбе Фриша о помощи и вскоре прислал ему письмо, в котором приглашал Отто посетить Бирмингем летом 1939-го и уже на месте посмотреть, что можно для него сделать. Спокойствие и уверенность Олифанта весьма впечатлили Фриша, который никак не мог выйти из депрессии, и он не стал ждать еще одного приглашения. Упаковав два маленьких чемодана, он выехал в Англию, «ничем не отличаясь от других туристов».

Австралиец устроил Отто на должность младшего преподавателя. Тот теперь работал в довольно неформальной обстановке. Олифант читал студентам лекции и направлял к Фришу тех, кто испытывал затруднения с освоением нового материала. Отто работал с несколькими десятками студентов, которые задавали ему огромное количество вопросов, и так завязывалась весьма оживленная дискуссия. Фришу очень нравилась подобная работа.

В Бирмингеме Фриш встретился с другим эмигрантом, своим земляком — Рудольфом Пайерлсом. Рудольф родился в Берлине, в семье ассимилировавшихся евреев. Физику он изучал в Берлине, Мюнхене и Лейпциге, где и защитился в 1928 году у Гейзенберга. Затем Пайерлс переехал в швейцарский Цюрих и уже там в 1932 году был удостоен рокфеллеровской стипендии. Обучаться он должен был сначала в Риме, у Ферми, а затем в английском Кембридже — у физика-теоретика Ральфа Фаулера. Когда в 1933 году Гитлер пришел к власти, Пайерлс как раз находился в Англии. Вскоре ему стало ясно, что обратный путь в Германию закрыт. Завершив обучение, Рудольф отправился в Манчестер, где работал вместе с Лоренсом Брэггом, а затем снова вернулся в Кембридж, где пробыл еще пару лет. В 1937 году он стал профессором математики в Бирмингемском университете.

С сентября 1939 года, после начала войны, лаборатории в Бирмингеме стали главным образом заниматься крайне важными — и засекреченными — исследованиями для военных.

Работа ученых была связана с резонансным магнетроном — приспособлением, необходимым для генерации интенсивного СВЧ-излучения в наземных и бортовых самолетных радарах. Позже Ч. П. Сноу назвал эти устройства «самым ценным научным изобретением англичан, сделанным во время войны с Гитлером».

Будучи гражданами враждебного государства, Фриш и Пайерлс не должны были ничего знать об этих работах. Однако секретность проекта имела какой-то непонятный характер. Порой Олифант задавал Пайерлсу гипотетические вопросы, которые начинались со слов: «Если бы вы столкнулись со следующей проблемой…». Как позднее напишет Фриш, «Олифант знал, что Пайерлс знает, и, думаю, Пайерлс знал, что Олифант знает, что тот знает. Однако никто из них и вида не показывал».

Фриш работал со студентами не постоянно, так что, имея достаточно свободного времени, он мог снова заняться проблемой деления ядер. Используя лабораторию в те моменты, когда она не была занята, Отто провел несколько небольших экспериментов. Бор с Уилером утверждали, что уран расщепляем главным образом благодаря изотопу 235U, обладающему не очень высокой стабильностью. Фриш решил доказать это экспериментальным путем, получив данные по образцам с немного увеличенным содержанием редкого изотопа. Чтобы выделить небольшое количество урана-235, он собрал маленький аппарат, в котором использовался метод термодиффузии, изобретенный Клузиусом и Дикелем. Прогресс, однако, был крайне медленным.

Тем временем к Фришу обратилось Британское химическое общество с просьбой написать для них обзорный материал и осветить в нем все недавние успехи в изучении атомного ядра, чтобы это было понятно и интересно химикам. Статью Отто писал в своей съемной комнате. Не снимая пальто, он сидел, держа машинку на коленях, около газовой горелки, пытаясь хоть немного согреться: температура той зимой опускалась до -18 °C. По ночам замерзала вода в стакане.

Рассказывая о расщеплении ядра, он повторял общепринятое на тот момент мнение: если однажды и удастся осуществить самоподдерживающуюся цепную реакцию, то с учетом того, что в ней должны использоваться медленные нейтроны, атомную бомбу, в которой цепная реакция будет происходить, взорвать практически невозможно. «По крайней мере похожего результата мы бы достигли, если бы просто подожгли аналогичное количество пороха», — так писал он в заключительной части. Фриш вообще не верил в возможность создания атомной бомбы.

Однако, закончив статью, он задумался. Основная проблема на данный момент, по утверждению Бора и Уилера, заключалась в медленных нейтронах. Ядро урана-238 всегда захватывало быстрые нейтроны, имевшие определенную «резонансную» энергию, или скорость, для реакции же с природным ураном необходимы исключительно медленные нейтроны. Однако их использование означало, что и получаемая энергия будет накапливаться весьма медленно. Если построить реакцию на медленных нейтронах, то высвобождаемая энергия нагреет уран и, возможно, расплавит его или даже испарит задолго до того, как он сможет взорваться. По мере нагревания урана в реакцию будет вступать все меньше нейтронов, и в итоге она попросту затухнет.

Физики «Уранового общества» пришли к тому же самому мнению. Однако Фриша теперь очень интересовал ответ на вопрос: что все-таки произойдет, если использовать быстрые нейтроны? Считалось, что уран-235 расщепляется нейтронами обоих типов. Однако если в расщепляемом уране слишком много 238U, то от быстрых вторичных нейтронов, испускаемых 235U при распаде, будет мало пользы: по всей видимости, эти быстрые вторичные нейтроны выйдут из реакции в силу резонансного захвата ядром урана-238. Но это препятствие легко обойти, если использовать чистый или почти чистый уран-235. Фриш без особого труда собрал маленький аппарат Клузиуса-Дикеля для отделения 235U. Было понятно, что таким способом получить большие объемы чистого ура- на-235, например несколько тонн, невозможно. Но вдруг для цепной реакции на быстрых нейтронах окажется достаточно и гораздо меньшего количества?

Цепная реакция на быстрых нейтронах с использованием чистого урана-235 — если считать, что у атомной бомбы изначально и был какой-то секрет, то теперь он стал известен Фришу.

Отто поделился своими мыслями с Пайерлсом, который в начале июня 1939 года доработал формулу расчета критической массы материала, необходимой для поддержания цепной ядерной реакции. Составлена эта формула была французским физиком-теоретиком Франсисом Перреном. Для смеси изотопов с большим содержанием 238U Пайерлс использовал свою измененную формулу, но, поскольку счет велся на тонны, для создания оружия такой вариант не подходил.

Теперь же Фришу необходимо было проводить вычисления совсем другого порядка — с участием чистого урана-235 и не медленных, а быстрых нейтронов. Проблема заключалась в том, что никто пока не знал, какой должна быть доля 235U, чтобы обеспечить успешное участие в реакции быстрых нейронов. А не знали этого ученые потому, что пока еще не удавалось получить достаточное количество урана-235 в чистом виде.

В такой ситуации оставалось только выдвигать предположения. Результаты, полученные Бором и Уилером, ясно давали понять, что ядро 235U легко расщепляется медленными нейтронами. Далее логично было предположить, что воздействие быстрых нейтронов ничуть не менее эффективно, и возможно даже, что ядро урана-235 делится при любом контакте с ними. Впоследствии Пайерлс так написал про эту гипотезу: «Судя по всему, из данных, которые получили Бор и Уилер, следовало сделать именно такой вывод: каждый нейтрон, попадающий в ядро 235-го [урана], вызывает его распад». Подобное допущение чрезвычайно упрощало расчеты. Теперь оставалось только высчитать, какое количество урана-235 необходимо для того, чтобы он легко расщеплялся быстрыми нейтронами.

Ученые подставили в формулу Пайерлса новые числа и были сражены наповал полученным результатом. О тоннах урана теперь и речи быть не могло. Критическая масса, согласно расчетам, составляла всего несколько килограммов. Для вещества с плотностью, как у урана, объем такого количества не превышал бы величины мячика для гольфа[28]. По оценкам Фриша, столько 235U можно получить за несколько недель, использовав порядка ста тысяч трубок аппаратов Клузиуса-Дикеля, подобных тому, который он собрал в бирмингемской лаборатории.

«Тут мы все переглянулись, осознав, что создать атомную бомбу все-таки возможно».

Деление быстрыми нейтронами

Физик Джозеф Ротблат, родившийся в Польше и живший в Ливерпуле, пришел примерно к такому же выводу, что и его коллеги. Прочитав об открытии деления ядра, он начал в Варшавском университете собственные эксперименты, чтобы подтвердить образование свободных нейтронов. Ротблат быстро осознал, какую угрозу несет атомная бомба. Его стали преследовать мысли о том, что нацисты могут использовать это оружие для своих черных целей: «У меня не было ни малейшего сомнения в том, что они без всяких колебаний используют любую технику, какой бы бесчеловечной ни было ее применение, если это даст им столь желанное мировое господство».

В Варшавском университете у Ротблата для проведения экспериментов на уровне атомных ядер не было практически никакого современного оборудования. Он также знал о том, что Джеймс Чедвик, ведущий ядерный физик-испытатель Британии, получивший в 1935 году Нобелевскую премию по физике за открытие нейтрона, занимается сборкой первого в Англии циклотрона. Аппарат сооружался в подвале лаборатории Ливерпульского университета, в которой работал Чедвик, а его конструкция была позаимствована у циклотронов Лоуренса. Ротблат тоже мечтал когда-нибудь построить циклотрон в Варшаве. Весной 1939 года он обратился к Чедвику с просьбой разрешить ему ненадолго присоединиться к группе последнего. Джозеф хотел понаблюдать за финальным этапом постройки циклотрона. Английский ученый ничего не имел против, и полный воодушевления Ротблат, получив скромный грант на работу за границей, отправился в свою первую поездку за пределы родной Польши. Джозеф совсем недавно женился, но все же решил не брать с собой свою молодую супругу Толу. Он думал, что разлучаются они совсем ненадолго.

Несмотря на то что в Англии Ротблату приходилось не сладко (он боролся с непростым для него английским языком, грязные ливерпульские трущобы и бедное оснащение лаборатории также отнюдь не радовали Джозефа), однако он все же смог достаточно быстро ко всему этому приспособиться, да еще и впечатлить Чедвика своими экспериментаторскими способностями. Причем впечатление это было настолько сильным, что в августе 1939 года Чедвик предложил ему грант имени Оливера Лоджа — наиболее престижную награду факультета. И впервые этот грант получил ученый из-за рубежа. Теперь вместе со средствами, выделенными ему Варшавским университетом, у Ротблата было достаточно денег, чтобы содержать в Англии и себя, и супругу.

Август еще не успел подойти к концу, а Джозеф был уже в Польше. Тола в тот момент поправлялась после аппендицита и не могла пока никуда ехать. Запрет на публикацию и распространение информации, действовавший в то время в стране, мешал супругам понять всю серьезность нависшей над Польшей угрозы. Ротблат снова отправился в Англию всего за несколько дней до того, как началось германское вторжение. Он сел на один из последних поездов — больше транспорт за пределы страны не выпускали. Молодая жена Джозефа теперь не могла никуда уехать, и, несмотря на то что он неоднократно пытался вызволить ее из польского плена, увидеться им уже не было суждено. Тола умерла там, в оккупированной фашистами стране. Ротблат впоследствии так ни на ком не женился.

Зверства, которые теперь творились у него на родине, подтолкнули Джозефа в конце ноября сделать Чедвику предложение начать совместные работы по созданию атомной бомбы. Ротблат боялся, что те физики, которые остались в нацистской Германии, уже начали подобные разработки для Гитлера, а тот, несомненно, не преминул бы воспользоваться этим оружием на своем пути к мировому господству. «В то время я просто места себе не находил, пытаясь решить, возможно, самую ужасную дилемму из тех, что могут встать перед ученым, — так Ротблат писал впоследствии. — Работа над оружием массового поражения ломала все мои убеждения — убеждения о том, каким целям должна служить наука, — но любым идеалам все равно пришел бы конец, если бы в руках у Гитлера все-таки оказалась бомба».

Чедвика начало войны также застигло врасплох[29]. В то время он как раз решил провести выходные на рыбалке. Вместе с женой и дочерьми он отправился ловить форель в отдаленный уголок северной Швеции. Узнав о том, что части германской армии вторглись на территорию Польши, Чедвик с семьей немедленно выехали в Стокгольм, однако там их ждала другая неприятная весть: все полеты в Лондон отменили. Им пришлось лететь сначала в Голландию. Там, в Амстердаме, в гостинице они повстречались с известным писателем Г. Уэллсом. И только спустя некоторое время, на трамповом судне32 смогли выйти в Северное море.

Ротблат самостоятельно пришел к выводу о том, что расщепление урана-235 медленными нейтронами не породит взрывное выделение ядерной энергии — это возможно только при использовании быстрых нейтронов. Как-то поздно вечером Джозеф решил поговорить об этом с Чедвиком, но тот, выслушав его, лишь хмыкнул в ответ. Однако первоначальный скептицизм англичанина вскоре уступил место нарастающему интересу, а приведенные Ротблатом аргументы подтверждали мнение Чедвика по данному вопросу. Построенный в Ливерпуле циклотрон был введен в эксплуатацию несколько месяцев назад. После разговора с Ротблатом прошло всего пару дней, а Чедвик, настроенный совсем по-другому, уже сел обсуждать с ним эксперименты, необходимые для достижения поставленной цели.

Сообщение Фриша и Пайерлса

Фриш и Пайерлс обсудили последние полученные результаты с Олифантом. Тот сразу же согласился со всеми приведенными ими аргументами и рекомендовал изложить их в короткой пояснительной записке. Ученые составили две машинописные записки, обе датированные мартом 1940-го. В первой рассказывалось главным образом о реальной возможности создать супербомбу с использованием урана-235 и о физических принципах, на которых основывалось ее действие. Вторая записка, озаглавленная «Краткое сообщение о свойствах радиоактивной супербомбы», несла в себе множество предсказаний различного толка. Авторы доказывали, что создание атомного оружия — «дело времени»; что применение атомной бомбы невозможно без «гибели большого количества мирного населения»; что «по всей вероятности, Германия действительно занимается разработкой этого оружия». Хотя Фриш и Пайерлс, конечно, допускали и такую мысль: возможно «пока никто из немцев не догадался, что разделение изотопов урана открывает путь к созданию супербомбы». В записке косвенно говорилось о грядущей угрозе:

Если детально проработать предположение о том, что Германия располагает или будет располагать таким оружием, становится совершенно очевидно: найти надежное укрытие от него попросту невозможно, тем более укрытие для большого количества людей. Наиболее эффективной мерой противодействия такому оружию будет только встречная угроза применения аналогичной бомбы.

Фриш с Пайерлсом, таким образом, уже поняли, что единственное средство защиты от ядерного оружия — политика сдерживания.

Олифант отправил подготовленный учеными материал Генри Тизарду, химику из Оксфорда, который занимал также должность председателя Комитета по исследованиям в области авиации. Хотя практически все внимание комитета было отдано разработкам радарных технологий, он все же считался одной из ведущих организаций, заинтересованных в использовании науки в военное время. Тизард рекомендовал создать небольшую консультативную группу. В итоге в нее вошли Олифант, Джодж Томсон[30] — профессор физики из Королевского колледжа Лондона — и Патрик Блэкетт — также профессор физики, но из Манчестерского университета. Во главе группы поставили Томсона. Блэкетт в то время был занят другими проектами для военных и не мог сразу присоединиться к коллегам. Вскоре в состав группы вошел и Джон Кокрофт — ученый, который вместе с Эрнестом Уолтоном «первым разделил атом». После начала войны Кокрофт занял в Министерстве снабжения должность заместителя руководителя по научно-исследовательской работе и занимался в основном разработками, связанными с радарами. Фриша и Пайерлса в состав группы не включили, поскольку они были гражданами враждебного государства.

В начале апреля в Лондон приехал Жак Аллье. Он сообщил Томсону, Олифанту и Кокрофту о тех исследованиях, которыми занимались в Париже французские физики- ядерщики, а также о том, что немецкие ученые стали проявлять интерес к тяжелой воде. Работа консультативной группы наконец приобрела сколько-нибудь заметный характер. Ее члены встретились первый раз 10 апреля в Лондоне, в здании Королевского научного общества. За день до этого германские войска вошли в Данию и Норвегию.

Участники группы изучили материалы, подготовленные Фришем и Пайерлсом, но восприняли их весьма скептично. Они согласились с тем, что серия небольших экспериментов по выделению 235U с использованием гексафторида урана имела смысл, но в то же время не было никакой причины переводить эти исследования в ранг имеющих стратегическое военное значение. Тизард и вовсе считал, что французы «уж чересчур переживают» из-за существования германской ядерной программы. В этом аналогия данного собрания с первым заседанием возглавляемого Бриггсом Консультативного комитета по вопросам использования урана была полной.

Но на сим сходство заканчивалось. 16 апреля Томсон написал Чедвику письмо с приглашением присоединиться к группе, вторая встреча которой состоялась через восемь дней. Узнав подробнее о планах Фриша и Пайерлса, содержавшихся в их сообщении, Чедвик оказался сбит с толку. В целом его мысли совпадали с тем, что предлагали эти ученые, однако Чедвик, не получив на тот момент достаточно экспериментальных доказательств, отнюдь не был уверен, что создание атомной бомбы с использованием урана-235 так вероятно. Однако британский ученый согласился с технической частью сообщения — и это резко повысило его убедительность для членов консультативной группы, которые теперь вдруг поняли, что создать атомную бомбу действительно возможно. Осознание этого по-настоящему потрясло всех входивших в группу физиков.

Фриш с Пайерлсом прекрасно понимали потенциальные последствия своего открытия. Однако у них и мысли не возникало, как будущий проект по созданию оружия невероятной разрушительной силы, оружия, которое могло быть причиной «гибели большого количества мирного населения», выглядит с точки зрения морали. Впоследствии Фриш напишет:

Зачем было начинать проект, если его успех приведет к появлению невероятно жестокого оружия массового поражения, подобных которому мир еще не видел? Ответ очень прост. Шла война, она и оправдывала все цели. Вполне вероятно, что немецкие ученые думали в точности так же, как и мы, занимаясь совершенно аналогичными разработками.

Учеными руководил прежде всего страх. Они боялись того, что новое оружие окажется в руках того зверского режима, которому под силу поработить не только Европу, но и весь мир; режима, который вершил зло, выходящее далеко за грани человеческого воображения.

Спонтанное деление

Пайерлс вместе со своей женой Евгенией, уроженкой России, переехал в новый довольно просторный дом в другом районе Бирмингема — Эдгбастоне, и пригласил Фриша пожить у них. Отто с радостью покинул свою тесную комнатушку. Женя была просто необыкновенной девушкой. Хозяйством она занималась «разумно и всегда с радостью. У нее был звенящий голос, а говорила она с манчестерским акцентом и еще, как и многие русские, прекрасно обходилась в речи без определенного артикля». Она приучила Фриша бриться каждый день и показала ему, как вытирать тарелки точно так же быстро, как она их мыла.

Фриш вместе со своим коллегой терпеливо ждал реакции на составленную ими пояснительную записку, все больше беспокоясь о своей дальнейшей судьбе. Он уже получал вызов из полиции. Явившись по нему, Фриш вынужден был отвечать на целую лавину вопросов о своей жизни в настоящее время и о том, чем планирует заниматься: есть ли у него родственники на иждивении, думает ли сдавать экзамен на знание языка, собирается ли получить степень, имея которую, смог бы устроиться на работу. Женя была уверена, что Отто, как и других «враждебных иностранцев», вышлют на остров Мэн[31]. По ее совету Фриш купил несколько хлопчатобумажных рубашек — стирать и гладить их холостяку было бы несложно. Через тех знакомых, которые были у него среди ученых, он попытался сообщить властям, что работает над важным военным проектом. По всей видимости, трюк сработал. Полиция больше не беспокоила Фриша, и, что самое главное, — стирать и гладить те хлопчатобумажные рубашки ему так и не пришлось.

Чтобы получить с помощью маленького аппарата, построенного Отто, то количество урана-235, которое требовалось для эксперимента, нужно было немало времени и терпения. Долго терпеть он не умел и потому придумал альтернативный способ провести все требуемые замеры на скорую руку. Фриш решил использовать метод бомбардировки природного урана медленными нейтронами — если верить Бору и Уилеру, расщепляться в этом случае должны были только ядра урана-235. Нейтроны он собирался получить, прибегнув к довольно-таки старому способу — воздействовать гамма-излучением радия на бериллиевую мишень. Под влиянием гамма-частиц нейтроны вытеснялись из ядер бериллия. В то время данный способ уже уступил место более совершенным — с использованием циклотрона Лоуренса и другого оборудования, в котором применялось электричество высокого напряжения.

Запасшись небольшим количеством высокорадиоактивного радона, газ был получен из радия, который хранился глубоко под землей в пещере Голубой Джон, в графстве Дербишир, — Фриш воздействовал им на бериллий, а полученными нейтронами обработал примерно грамм урана, помещенного в камеру ионизации. В течение 36 часов он произвел целую серию измерений, делая лишь маленькие перерывы для сна. Спал Отто тут же, в лаборатории, на походной койке. Сделать ему удалось целых два важных открытия.

Одним из них стало явление, которое поначалу Фришу показалось просто интересной аномалией, возникшей в ходе эксперимента. Это было самопроизвольное деление ядер природного урана. Ядра-«капли» урана-235 настолько нестабильны, что время от времени попросту распадаются без всякого внешнего воздействия, выделяя свободные нейтроны и прочие продукты деления. Вторым открытием стал тот факт, что Фриш, как оказалось, преувеличил количество урана-235, необходимого для эффективного расщепления вещества медленными нейтронами. Это означало, что он преуменьшил критическую массу этого изотопа, необходимую для поддержания цепной реакции. По счастливому стечению обстоятельств в то же самое время Пайерлс установил, что критическую массу можно сократить, если окружить делящееся вещество таким материалом, который станет отражать все стремящиеся во внешнюю среду нейтроны обратно в это вещество. Фактически ученые вернулись к тому, с чего начинали.

У Пайерлса также имелись мысли по поводу разделения изотопов. Он обратился за консультацией к Францу Симону, первоклассному химику[32]. Симон родился в Берлине, в еврейской семье, а во время Первой мировой войны был награжден Железным крестом 1-го класса. В 1933 году Линдеман сумел вытащить его из Германии и привезти ученого в Оксфорд. Для получения урана-235 Фриш считал лучшим вариантом термодиффузию по методу Клузиуса-Дикеля из-за его простоты. Однако Симон и Пайерлс не были полностью уверены в эффективности этого метода. По мнению первого, лучших результатов можно добиться, прибегнув к газовой диффузии — пропустив газ через пористую мембрану. Пайерлс отправил Томсону письмо, в котором настаивал на том, чтобы консультативная группа обратилась к Симону за помощью, а затем написал Лин- деману. Симон и Пайерлс лично встретились с ним в июне 1940 года. Пайерлс не смог разобрать ворчание Линдемана, однако посчитал, что убедить его все-таки удалось.

Мод Рей Кент

Мейтнер, которая находилась тогда в Стокгольме, обратила внимание на статью Сегре, опубликованную в Physical Review. В статье ученый писал о том, что ему не удалось обнаружить у неизвестного вещества с периодом распада 2,3 дня никаких аналогий с химическими свойствами рения. Сегре высказывал предположение, что это вещество — простой осколок деления ядра[33]. Мейтнер же была убеждена: это — «элемент-93».

Однако, чтобы экспериментально доказать свою правоту, ей требовалось иметь под рукой устройство для получения нейтронов. Остаток зимы она провела, терпеливо ожидая того дня, когда наконец заработает построенный Сигбаном циклотрон. Так ничего и не дождавшись, она отправилась в Копенгаген, в институт Бора, где циклотрон был в рабочем состоянии. На место она прибыла 8 апреля 1940 года после полудня.

Бор в то время находился в Норвегии, завершая свою лекционную поездку. Тем вечером его пригласили к королю Хо- кону VII на ужин, на котором царила весьма мрачная атмосфера. Король, да и все правительственные чиновники были в очень подавленном настроении, понимая реальную угрозу вторжения на территорию их страны германских войск. Ночным поездом Бор выехал в Копенгаген. Ночью его разбудили датские полицейские, которые сообщили, что началась оккупация Дании. Той же ночью в Копенгагене Мейтнер проснулась от рева немецких аэропланов у себя над головой.

Дания получила право на самоуправление, бывшее, однако, пустой формальностью. Датское правительство согласилось сотрудничать с оккупационными силами в обмен на неприкосновенность 8000 евреев, проживавших на территории страны, и это условие несказанно взбесило Гитлера. Таким образом, в Дании, хотя она и была оккупирована, Мейтнер ничего не угрожало, и она пробыла там еще три недели, а затем вернулась в Стокгольм. Незадолго до ее отъезда Бор попросил Лизу, как только она будет на месте, отправить британскому физику Оуэну Ричардсону телеграмму, в которой сообщалось, что Нильс и его жена Маргарет в добром здравии, но не в самом лучшем расположении духа.

Текст телеграммы был следующим:

НЕДАВНО УДАЛОСЬ ВСТРЕТИТЬСЯ С НИЛЬСОМ

И МАРГАРЕТ ОБА В ПОРЯДКЕ НО РАССТРОЕНЫ НЕДАВНИМИ СОБЫТИЯМИ ИЗВЕСТИТЕ КОКРОФТА

И МОД РЕЙ КЕНТ

Получив телеграмму, Ричардсон рассказал о ней Кокрофту, который был весьма озадачен ее содержанием. В той обстановке, что царила тогда повсюду, несложно было стать параноиком. Германские войска выдавливали последние капли жизни из континентальной Западной Европы. Немецкие физики не покладая рук работали над секретным проектом с целью создать атомную бомбу. Они не располагали циклотронами, однако неплохим источником нейтронов могла служить реакция радия с бериллием. Кокрофт был уверен, что последние три слова телеграммы Мейтнер несли в себе хитро зашифрованное сообщение. Вне всякого сомнения, это была анаграмма, пусть и не совсем верно составленная, и, скорее всего, она означала «заполучили радий»[34]. Такое сообщение следовало понимать как уведомление о том, что немцы захватывают все запасы радия, до которых могут добраться. Это было еще одним доказательством того, что в Германии очень активно ведутся разработки в области ядерной физики.

Кокрофт поделился своими подозрениями с Чедвиком. Томсон, в свою очередь, решил использовать одно из непонятных слов для нового названия консультативной группы, которую собрали для изучения пояснительной записки Фриша и Пайерлса. Группа теперь называлась «Комитет М.О.Д.», что звучало весьма странно и непонятно, зато могло сбить со следа агентов германской разведки[35]. Возможно также, что это слово должно было служить напоминанием для всех участников группы, знавших о телеграмме Мейтнер, о том, что теперь им неизбежно придется участвовать вместе с нацистами в гонке за атомной бомбой.

Ни у кого и мысли не возникло обратиться за разъяснениями к самой Мейтнер.

Опубликованная вскоре статья Макмиллана и Абельсона подтвердила предположения Мейтнер: вещество с временем распада 2,3 дня действительно оказалось элементом-93. Если бы не помехи, чинимые войной, Лиза сама смогла бы это доказать и тем самым закончила бы работу по поиску трансурановых элементов, начатую ею вместе с Ганом в 1934 году. Из всех разочарований, которые ей доводилось пережить, это было самым обидным.

Дикий Джек Говард

Фредерик Жолио-Кюри вместе с Гансом фон Хальбаном и Львом Коварски, работая в Париже, в лаборатории Коллеж де Франс, стали одной из первых групп исследователей, экспериментально доказавших возможность самоподдержи- вающейся цепной реакции урановых ядер, что значительно ускорило их дальнейшие исследования. К августу 1939 года ученые зафиксировали увеличение интенсивности деления ядер в блоках из окиси урана, погруженных в обычную воду, хотя этого все же было недостаточно для поддержания цепной реакции.

Хальбану в 1937 году довелось поработать в институте Бора. Там, в Копенгагене, они вместе с Фришем изучали поглощение нейтронов атомами дейтерия. Вспомнив о тогдашних исследованиях, он предложил использовать в качестве замедлителя тяжелую воду, которая должна была оказаться эффективнее обычной. Правильность этой идеи вскоре подтвердили и немецкие физики, начав проявлять интерес к запасам тяжелой воды на заводе Norsk Hydro в Веморке. Вместе с Коварски Хальбан просчитал эффективность всех возможных замедлителей, включая тяжелую воду и графит особой чистоты, и в итоге пришел к выводу, что в первую очередь выбрать следует тяжелую воду.

Вдвоем ученые работали и над теорией цепных реакций. Теперь уже опасаясь публиковать результаты своих изысканий в открытой печати, они немедленно составили надлежащую бумагу, в которой зафиксировали авторство всех принадлежащих им открытий. Этот документ в запечатанном конверте они отдали на хранение во Французскую академию наук.

185 килограммов тяжелой воды, удачно вывезенных Аллье с завода Norsk Hydro, хранились в бомбоубежище Коллеж де Франс. Однако ученые так и не успели воспользоваться ею, чтобы доказать свою теорию. После того как в начале июня 1940 года в Париж вошли немецкие войска, Жолио-Кюри получил распоряжение французского министра вооружений не позволить урану и тяжелой воде попасть в руки врага.

Хальбан и Коварски вместе с семьями уехали из Парижа, направившись на юг. Затем за ними последовал и Фредерик вместе со своей женой Ирен, дочерью Марии Кюри. Хальбан погрузил 26 канистр с тяжелой водой в машину, затем вместе со своей женой Эльзой и маленькой дочкой сел в нее и отправился в Мон-Дор, известный курорт с минеральными источниками, расположенный в центральной Франции. Там к ним присоединился Аллье. Тяжелую воду спрятали сначала в помещении местной женской тюрьмы, а затем перевезли в находящийся неподалеку городок Риом, где канистры сложили в камере смертников окружной тюрьмы, куда их перенесли сами приговоренные. На следующее утро начальник тюрьмы, видимо, сильно нервничавший в ожидании новых хозяев, наотрез отказался выдавать обратно тяжелую воду. Аллье пришлось угрожать ему заряженным револьвером.

Хальбан вместе с Коварски уже вовсю обустраивали лабораторию на вилле «Светлый дом» в окрестностях города Клермон-Ферран, как вдруг, спустя два дня после взятия Парижа немцами, от Аллье пришло известие: все ученые эвакуируются из Франции. Оба, и Хальбан, и Коварски, отправились в Бордо, где их уже ждал Чарльз Генри Джордж Говард, двадцатый граф Саффолк.

Этот человек, казалось, сошел со страниц одного из романов Вудхауза[36]. Получив титул графа Саффолка и Беркшира в 11 лет, Говард, к которому многие обращались просто Джек, ушел из частной школы в Редли[37] и устроился палубным матросом на грузовой клипер Mount Stewart. Вскоре он отправился в свое первое плавание — в Австралию. Затем он поступил на службу в Шотландский гвардейский полк, правда, пробыл там совсем недолго и вернулся в Австралию. Там, в Квинсленде, Говард управлял овцеводческой фермой. Через некоторое время он снова оказался в Великобритании, где поступил учиться на фармаколога в Эдинбургский университет, а впоследствии стал членом Королевского общества Эдинбурга. Когда началась война, Говарда взяли в Управление научных и промышленных исследований (УНПИ) при Министерстве снабжения и впоследствии командировали в Париж как представителя организации во французском Министерстве вооружений.

Перед ним была поставлена задача спасти от рук фашистов важное машинное оборудование, запасы промышленных алмазов стоимостью в миллионы долларов, находившуюся во Франции тяжелую воду, а также вывезти из страны около пятидесяти французских ученых. Конечно, банкиры не горели желанием доставать алмазы из своих надежных хранилищ и отдавать их человеку, у которого с собой было только рекомендательное письмо, написанное министром вооружений Франции. Но Говард небрежным жестом распахивал свой пиджак… При виде Оскара и Женевьевы — двух автоматических пистолетов 45 калибра, каждый из которых прямо-таки стремился выпрыгнуть из наплечной кобуры в руку хозяина, — у банкиров пропадало желание настаивать на своем и они безропотно передавали алмазы в надежные руки своего посетителя.

Настолько творческий подход к выполнению своей миссии принес Говарду кличку Дикий Джек, и Хальбан с Коварски довольно быстро поняли, за что именно ее дали. В порту царил настоящий хаос. Повсюду рвались бомбы. Сотни тысяч беженцев сплошной массой подкатывали к докам в поисках верного и безопасного пути. Говард, небритый, весь в татуировках, просто взял и напоил команду британского угольщика Broompark, чтобы они не сумели увести свой корабль из порта до того, как он закончит свою миссию. Судно вышло из доков 19 июня, увозя Хальбана и Коварски вместе с семьями и грузом тяжелой воды. Пока они приближались к устью Жиронды, плывший рядом с ними корабль подорвался на мине и затонул. Позже Жолио-Кюри убедит немцев, что именно на нем и находилась тяжелая вода.

На борту Broompark было 25 женщин, считая личного секретаря Говарда — Айлин Марден. Когда некоторые из них начали жаловаться на морскую болезнь, Дикий Джек предложил им лучшее на его взгляд лекарство — шампанское. Коварски почти сразу обрел абсолютную веру во всемогущество Говарда: «Он просто заразил нас своей веселостью, и все путешествие прошло как школьная экскурсия»[38].

Жолио-Кюри с женой решили вернуться в Париж. Причины, заставившие их так поступить, не совсем понятны. Возможно, Ирен попросту отказалась покидать французскую землю. Вполне вероятно также, что на решение супругов повлияла обеспокоенность Фредерика дальнейшей судьбой французской науки и его неуверенность в своем академическом будущем на территории Англии.

Broompark вошел в доки Фалмута[39] 21 июня 1940 года. Говард передал французские алмазы Гарольду Макмиллану, в то время занимавшему должность заместителя министра снабжения. Французских физиков и драгоценный груз, который они привезли с собой, доставили в Лондон. Там тяжелую воду временно поместили на хранение в тюрьму Вормвуд- Скрабз, а затем поручили за ней присматривать библиотекарю Виндзорского замка. Хальбана с Коварски включили в быстро растущую команду физиков Комитета М.О.Д. Теперь они работали в Кавендишской лаборатории Кембриджа и в составе недавно образованной исследовательской группы занимались постройкой реактора на тяжелой воде и уране[40].

«Фриш с хвостом»

Предоставленную Фришем и Пайерлсом информацию наконец-то оценили должным образом, и теперь физиков, бежавших с континента, все-таки допустили к участию в ядерной программе. Хотя в Комитет М.О.Д. доступ им по-прежнему был закрыт, физикам разрешили создать вспомогательную техническую группу. Фриш был вполне доволен открывавшимися перспективами: «Наш доклад положил начало всему этому делу, кроме того, предварительно мы уже обдумали множество возможных проблем, связанных с будущим проектом».

Один из наиболее важных на тот момент вопросов касался выделения урана-235. Уже стало ясно, что лабораторные мощности в Бирмингеме не позволяют одновременно работать над радарной техникой и проводить исследования, связанные с созданием атомной бомбы. Фриш съездил в Ливерпуль, где встретился с Чедвиком, не занятым в тот момент военными разработками, и обсудил с ним будущее проекта. Вернувшись, он обратился к Олифанту, разъяснив тому ситуацию. По мнению Фриша, в Бирмингеме следовало продолжать только исследования, связанные с радаром, поскольку для ядерщиков предпочтительнее была лаборатория в Ливерпуле: там находился свой циклотрон, и к тому же Чедвик обещал Отто помочь устроиться на новом месте, хотя Фришу как гражданину враждебного государства строжайше запретили появляться в этом портовом городе. Олифант ничего не имел против, и в июле 1940 года Фриш переехал в Ливерпуль.

Там Отто впервые узнал, насколько опасны могут быть немецкие бомбежки. В битве за Британию люфтваффе не смогло сломить сопротивление английских истребителей. Черчилль, который нередко прибегал к цветистым оборотам, все же ничуть не преувеличил, когда заявил, что никогда ранее столь многие не были так обязаны столь немногим. В середине сентября 1940 года Гитлер отдал приказ приостановить операцию «Морской лев» на неопределенный срок. Несмотря на то что провал операции ознаменовал первое поражение Германии в войне, ситуация с превосходством немецких войск на территории Западной Европы не изменилась. Гитлер теперь сосредоточил свое внимание в направлении Атлантики: он хотел перекрыть все основные водные пути, по которым Британия получала от Союзников снабжение, и таким образом поставить англичан перед выбором — умереть от голода или покориться завоевателям.

В ноябре 1940 года люфтваффе начало серию бомбовых ударов по основным индустриальным центрам и портам Британии. 14 ноября на Ковентри сбросили бомбы более 500 германских бомбардировщиков. После Лондона наиболее сильным бомбежкам подвергся Ливерпуль: до конца года на него совершили свыше 300 налетов. Одну из наиболее страшных бомбежек Фриш пережидал, сжавшись в комок под лестницей в доме, в котором арендовал жилье. Взрывной волной бомбы, разорвавшейся совсем рядом, выбило почти все окна. Хозяйка дома еще перед бомбежкой сбежала, даже не собрав квартплаты со своих жильцов. Отто тоже решил не испытывать больше судьбу и перебраться в пригород.

В лаборатории Фриш работал в паре с Джоном Холтом, совсем еще молодым студентом, которого Чедвик приставил ему помогать. Отто всегда двигался очень энергично, а Холт едва поспевал за ним, болтаясь где-то в кильватере[41]. Их так и называли — «Фриш с хвостом». Вдвоем они довольно быстро выяснили, что гексафторид урана — это единственный газ, попытка разделения которого на изотопы методом Клузиуса-Дикеля не дает заметного результата. Подозрения Пайерлса и Симона подтверждались.

В ряды членов Комитета М.О.Д. в середине 1940 года включили Симона, который у себя в Оксфорде стал теперь работать исключительно над проблемой выделения урана-235 альтернативным способом — посредством газовой диффузии. Данным методом изотопы разделяются потому, что газы проходят через пористую мембрану с разной скоростью в зависимости от их молекулярной или атомной массы: чем легче газ, тем эта скорость выше.

К началу декабря Симон разработал детальный проект создания завода с полным циклом производства. По его расчетам, такой завод станет вырабатывать в день не менее килограмма урана-235. Строительство подобного комплекса обойдется в 5 миллионов фунтов. Производственные помещения займут площадь около 162 квадратных метров, а общее энергопотребление предприятия составит около 60 тысяч киловатт. Симон обобщил все свои наработки в детальном отчете и, не доверяя почте военного времени, сам повез его, превозмогая страх перед бомбежками, в Лондон, где незадолго до Рождества 1940 года передал отчет Томсону лично в руки.

Прелесть безмятежного сна

Из всех ученых, входивших в состав Комитета М.О.Д., пожалуй, только Чедвик располагал наиболее полным представлением о масштабах работ. Британская атомная программа сконцентрировалась вокруг урана-235, однако физики Комитета допускали возможность использовать и другой теоретически расщепляемый материал, например элемент-94. Производство этого вещества в количествах, достаточных для создания бомбы, ученые могли обеспечить при условии, что им удастся построить рабочий ядерный реактор на тяжелой воде и оксиде урана — согласно той модели, которую они и планировали. Чедвик был настолько взбешен появлением в открытой печати статьи об элементе-93 за авторством Макмиллана и Абельсона, что обратился в британское посольство с просьбой выразить по поводу этой публикации официальный протест. Жертвой стал тогда Лоуренс.

В Ливерпуле было немного людей, которым Чедвик мог бы рассказать о тех видениях, что начали его преследовать. Он здорово ладил с Фришем и Ротблатом, но они не были гражданами Великобритании и Чедвик не мог открыться им до конца. Другие физики, занятые в проекте, были еще слишком молоды, и на их плечи не стоило взваливать непомерный груз столь мрачных предчувствий. Угнетаемый неизбежностью появления оружия чудовищной разрушительной силы, Чедвик стал все беспокойнее спать. Вскоре он уже не мог обходиться без снотворного.

Снотворное он принимал до конца жизни.

Глава 4 Визит в Копенгаген

Октябрь 1940 — сентябрь 1941

Строительство «Вирусного флигеля» закончили в октябре 1940 года. Помимо собственно лаборатории, в нем находилась выложенная кирпичом округлая шахта глубиной около двух метров. Туда планировали поместить корпус реактора, после чего залить яму водой, которая должна была послужить одновременно экраном, защищающим от нейтронов, и отражателем, направляющим рассеиваемые нейтроны обратно в активную зону реактора, что позволяло несколько продлить цепную реакцию. Именно в этой яме вскоре должна была начаться сборка первого в мире экспериментального ядерного реактора.

В декабре Гейзенберг, Вайцзеккер, Вирц и еще два физика «Уранового общества» поместили в алюминиевый цилиндр бочкообразной формы несколько слоев окиси урана и твердого парафина (его хотели испробовать в качестве замедлителя). Затем цилиндр диаметром чуть менее 150 сантиметров плотно закрыли и опустили в яму. В центр корпуса реактора поместили также небольшое количество радия и бериллия — они должны были служить источником нейтронов, необходимых для начала цепной реакции. Никто из участников «Уранового общества» не имел ни малейшего понятия о том, что произойдет.

Эксперимент, получивший кодовое обозначение В-I, закончился неудачей. Исследователи надеялись получить подтверждение «умножению» нейтронов — увеличению количества получаемых нейтронов в различных секторах реактора. Это, в свою очередь, означало бы, что самоподдерживающая- ся цепная реакция стала на один шаг ближе. Однако, как выяснилось, количество нейтронов не увеличивалось, а, наоборот, уменьшалось. Примерно по такой же схеме несколько недель спустя провели повторный эксперимент (под кодовым названием B-II). В нем использовали чуть более 6 тонн окиси урана, в качестве замедлителя снова выбрали твердый парафин. Результаты были примерно такими же, как и в первый раз.

В Лейпциге над сборкой другого экспериментального реактора работал Роберт Депель, а руководил тамошним проектом Гейзенберг. В новом реакторе два основных элемента, оксид урана и парафин, расположили по-другому — концентрически. Однако и этот эксперимент, обозначенный L–I, закончился неудачей, подтвердив простой факт: углерод и водород служить замедлителями не могут, по крайней мере в виде твердого парафина.

Тем временем группа Боте, работавшая в Гейдельберге, опытным путем доказала, что тяжелая вода может быть весьма эффективным замедлителем. Оставалось проверить только графит. Боте намеревался объявить результаты опыта — насколько интенсивно ядра графита поглощают нейтроны, — проведенного ранее, недействительными из-за того, что исходный материал был с большим количеством примесей. В связи с этим он обратился в Управление армейского вооружения Германии с просьбой помочь найти чистый графит для исследований, который впоследствии поставила компания Siemens. Боте получил 100-сантиметровую сферу из чистейшего (по заявлению представителя Siemens) электрографита. В январе 1941 года Боте, работая совместно с Питером Иенсеном, выяснил, что особо чистый графит проявляет себя в качестве замедлителя хуже, чем материал с небольшим количеством примесей. Оба ученых были немало удивлены этим фактом, однако Боте посчитал, что вряд ли все напрямую зависит от наличия этих самых примесей. По заключению обоих ученых, графит вообще нельзя применять в качестве замедлителя для реакторов, в которых используется малое количество урана-235.

Однако на самом деле именно определенное количество примесей повлияло на полученные учеными результаты; скорее всего, это был бор, попадающий в графит при производстве.

За год до этого Сцилард, проводя похожие эксперименты в Колумбийском университете, пытался сделать все возможное, чтобы исключить это вещество из используемого им графита. Физик из Геттингена Вильгельм Ганле поставил под сомнения результаты, полученные Боте и Иенсеном. Он не входил в «Урановое общество» и работал над проблемами расщепления урана самостоятельно. Ганле пытался доказать, что графит все-таки может быть эффективным замедлителем, а причина расхождений в полученных до этого результатах — именно в примесях. Данные своих исследований ученый сообщил в Управление армейского вооружения[42].

К этому времени все чаще стали говорить о тяжелой воде как о материале, наиболее подходящем для использования в качестве замедлителя. Стоимость производства графита требуемой степени чистоты признали слишком высокой, в особенности с учетом того, что за сравнительно небольшие средства можно обеспечить массовые поставки тяжелой воды с захваченного завода в Веморке.

Однако к концу 1940 года немецкие физики получили оттуда только 8 литров необходимой для экспериментов жидкости. Снова был поднят вопрос о строительстве завода по производству тяжелой воды на территории Германии, но после его детального рассмотрения подобные действия сочли экономически нецелесообразными. Вирца отправили в Веморк, чтобы на месте изучить ситуацию и обсудить, как увеличить производительность предприятия.

Критично для дальнейшего развития

Плохие новости начали приходить одна за другой. Гар- теку, работавшему в Гамбурге совместно с еще одним участником «Уранового общества» — Гансом Иенсеном, наконец пришлось признать, что термодиффузия по методу Клузиуса- Дикеля неприменима к гексафториду урана. Для разделения изотопов ученые использовали устройства с трубками, большими, чем те, что были у Фриша в Ливерпуле, в том числе и аппарат 5,5 метров в высоту, установленный на заводе IG Farben в Леверкузене, однако результаты были абсолютно теми же, что и у их коллеги в Англии. За семнадцать дней удалось получить всего один грамм гексафторида урана с удвоенным количеством изотопов 235U — эффект разделения составил всего лишь 1 %. Как выяснилось, при тех температурах, которые обеспечивали стабильное состояние гексафторида, коэффициент разделения практически равнялся нулю. При увеличении температуры он мог бы вырасти, однако гексафторид урана, подвергаясь большему нагреванию, распадался на составные элементы. Стало очевидно, что методом термодиффузии невозможно ни выделить необходимое количество 235U, ни обогатить то количество урана, которое требовалось для запуска реактора или взрыва бомбы.

Собрание «Уранового общества» в марте 1941 года проходило в мрачной атмосфере. После его окончания Гартек сообщил в Имперское военное министерство о том, что ученые столкнулись с двумя серьезными проблемами. Во-первых, им требовалось довольно большое количество тяжелой воды, которую собирались использовать в качестве замедлителя, а во-вторых, новый метод выделения урана-235 все еще не был найден. Решение вопроса с тяжелой водой казалось более простым: при наличии достаточного ее количества в реакторе можно использовать обычный, природный уран. Если же тяжелую воду получить не удастся, реактор нужно строить на обогащенном уране, и в этом случае замедлителем может служить обыкновенная вода. По мнению Гартека, задействовать обогащенный уран следует только «в особой ситуации, при которой вопрос стоимости производства отходит на второй план».

Иными словами, начинать работы по выделению 235U в больших масштабах стоило только в том случае, если возникнет необходимость создания бомбы. Искать метод разделения изотопов не перестали — ученые обсудили несколько довольно радикальных путей. Багге предложил использовать электромагнитное разделение. Этот метод основан на том, что при пропуске изолированного «пучка атомов» через электромагнитное поле разные изотопы урана имеют разные траектории полета. Если такой пучок направить через два модулятора, которые вращаются с разной скоростью, часть пучка с большим количеством урана-235 пройдет через это поле, а часть с преимущественным содержанием урана-238 — нет.

Вильгельм Грот, коллега Гартека из Гамбурга, внес другое предложение — использовать ультрацентрифугу[43]. Вирц и Хорст Коршинг, еще один физик из «Уранового общества», достигли первых обнадеживающих результатов, применив метод термодиффузии к жидкостям. Однако никому из ученых, занятых в проекте, так и не пришло в голову попробовать метод газовой диффузии, на котором в Великобритании остановились Симон и Пайерлс.

Физики «Уранового общества» ранее признали термодиффузию по Клузиусу-Дикелю единственным перспективным способом разделения изотопов, и теперь работать над альтернативными методами им приходилось с нуля. Именно поэтому критичным фактором для дальнейшего развития германской ядерной программы становились поставки тяжелой воды.