5. Исследования разворачиваются

Он мог быть доволен. Продуманная подготовка давала свои результаты. Каждый месяц приносил успехи.

Флеров с Давиденко в подвале ИОНХа сразу приступили к экспериментам. Бак с водой водрузили посередине комнаты. В него погружали источник нейтронов — все ту же ампулку со смесью бериллия и радия, — ставили кюветы с ураном, свинцом, другими металлами и смесями.

Первым твердым выводом был тот, что интенсивней всех поглощаются нейтроны в уране, когда их энергия около пяти электрон-вольт, а не двадцать пять, как думали раньше. Вторым — что уран в виде корольков, шариков, вообще в плотной массе хуже захватывает резонансные нейтроны, чем распределенный равномерно в толще воды. И третий вывод: все испытанные элементы поглощали нейтроны, каждый в своих резонансных границах, кроме олова и свинца: эти два металла пропускали все нейтроны, у них не существовало резонансных областей поглощения.

— Загадка, Витя! — радостно воскликнул Флеров, когда нейтронопрозрачность свинца и олова стала бесспорна.

— Без загадок скучно! — порадовался и Давиденко. — Как-то интересней работается, когда во что-то упрешься лбом.

— Очень важные открытия! — объявил Курчатов, ознакомившись с находками обоих физиков. — А практические выводы обсудим на семинаре.

Теоретические семинары — наподобие довоенных «нейтронных» — созывались еженедельно в главном здании, обычно в пустом фойе второго этажа. На них собирались заведующие секторами и лабораториями, теоретики, гости из других институтов. Семинар был клубом, где встречались физики, своеобразным учебным заведением и мозговым центром лаборатории № 2: именно здесь обсуждались все сложные вопросы деления урана, оценивалась важность открытий, создавались программы дальнейших исследований, намечались эксперименты; на следующем семинаре докладывали о их результатах.

Помещение не было приспособлено для заседаний, все приходившие раздобывали себе стулья в соседних комнатах, потом возвращали на место, если в пылу споров, не затихавших и по окончании семинара, не забывали об этом. Только для Курчатова заранее ставилось кресло — массивное, старинное, покрытое зеленым плюшем.

Все физики работали разобщенно, никто не знал — и не старался узнать, — что у соседа. Лишь на семинарах приоткрывалась завеса секретности и становилась отчетливей общая картина. Поэтому приглашался на них лишь узкий круг участников. Выбранный старостой Баранов бдительно следил, чтобы на обсуждения являлись только постоянные участники семинара и люди, получавшие специальные приглашения.

Сообщение о странном поведении олова и свинца в опытах Флерова и Давиденко волнения на семинаре не породило. Экспериментаторы потребовали дополнительных проверок, теоретики отмахнулись.

— Должны же быть у природы тайны, — рассудительно заметил вернувшийся недавно с Алагеза Мигдал, и его поддержал Ландау. — Иначе что бы нам, физикам, оставалось делать?

Тайна нейтронной прозрачности прояснилась лишь спустя два десятка лет, когда установили, что некоторые ядра имеют «магическую структуру». Практические же выводы из неразъясненной тайны сделали немедленно: ни свинец, ни олово не годятся ни как поглотители, ни как отражатели нейтронов.

Зато известие о том, что резонансный порог поглощения нейтронов надо сдвинуть с 25 до 5 электрон-вольт, не могло не вызвать оживления. Теоретикам приходилось вносить коррективы в расчеты уран-графитового котла. Если новые данные правильны, замедление нейтронов требовалось более быстрое и глубокое, это меняло соотношение масс урана и замедлителя. Курчатов обязал всех, кто работал с котлом, — Панасюка, Померанчука, Гуревича, Фурсова — проверить практические выводы из новых констант, найденных Флеровым и Давиденко, непосредственными экспериментами с уран-графитовыми призмами.

А доклад о том, что уран, рассредоточенный комками в замедлителе, ведет себя лучше, чем равномерно распределенный по всему объему, породил настоящее волнение. Из «эффекта комковатости» вытекало два следствия, и каждое было важно, и каждое горячо обсуждалось.

Первое следствие состояло в том, что равномерная смесь урана и замедлителя малоэффективна. Эксперименты в подвале ИОНХа показывали, что в такой смеси нейтроны, вырвавшиеся при делении легкого изотопа, чуть замедлятся до резонансной энергии, тут же поглотятся первым попавшимся тяжелым изотопом — а тяжелых ядер было в 140 раз больше, чем легких, — и бесполезно исчезнут, не произведя нового деления. Деление разжигали, оно, не разгоревшись, затухало.

Гуревич и Померанчук теоретически обосновали открытие экспериментаторов. На одном из следующих семинаров Померанчук докладывал о созданной ими теории. Невысокий, худощавый, он непрестанно ходил перед доской то вправо, то влево, левой рукой поправлял сползавшие очки, правой наносил мелом на доску уравнения. Высокий тенорок ясно, точно, кратко превращал загадочное наблюдение в физически очевидный процесс.

Оба теоретика докладывали о разработанном ими блок-эффекте.

Уран в реакторе надо было размещать компактными блоками. Померанчук с Гуревичем высчитали и оптимальный размер урана и графита: графит в форме обычных кирпичей, но раза в два побольше, уран в виде цилиндриков — по три-четыре сантиметра диаметром, 15–20 сантиметров в длину. В такой конструкции быстрые нейтроны, вырывающиеся из урановых цилиндриков при делении ядер, замедлялись в графитовых кирпичах ниже вредных резонансных скоростей и снова врывались в урановый стержень, чтобы делить легкий изотоп, а не напрасно поглощаться в тяжелом.

Теория блок-эффекта легла в основу докторской диссертации Гуревича, защищенной летом 1944 года перед специальной комиссией физиков. А еще через десять лет, когда работы по ядерной энергии частично рассекретили, об этом теоретическом исследовании докладывали на международной конференции в Женеве, и доклад вызвал немалый интерес.

Из экспериментов Флерова и Давиденко по эффекту комковатости следовал еще один вывод. Перед войной Зельдович с Харитоном доказали, что в смеси натурального урана с обычной водой цепная реакция не идет. В отличие от тяжелой воды вода обыкновенная сама поглощала слишком много нейтронов. Но вычисление относилось к урану, равномерно распределенному в воде. А если его поместить блоками? Окажись константы поглощения нейтронов в этой гетерогенной системе благоприятными, создание атомного котла значительно упростится: дистиллированная вода — материал несравненно более дешевый и доступный, чем графит.

Курчатов приказал провести контрольные опыты. Пока Флеров с Давиденко ставили новую серию экспериментов, теоретики изрядно поволновались. С одной стороны, было бы великолепно, если бы эффект комковатости оказался столь крупным, что удалось бы перейти на обычную воду, отказавшись от графита. А с другой — было бы обидно, что три года назад не заметили такой возможности и начисто забраковали воду.

Контрольные опыты принесли успокоение и разочарование. Даже при блочном распределении в ней урана обычная вода не годилась для реактора. Ориентироваться нужно было только на графит или тяжелую воду.

Теория атомного котла была разработана и подтверждена экспериментами. Дело оставалось за «малым» — создать котел в виде реальной физической конструкции.

Постоянное здание для котла стали возводить в отдалении от Красного дома, а пока неподалеку поставили обширную, как барак, армейскую палатку. Сюда Панасюк перенес с Пыжевского все, что успел наготовить: аппаратуру для определения нейтронов, стол для графитовой призмы — на нем изучалось, годится ли партия графита для котла, внутрь призмы вводился источник нейтронов, графитовый кирпич накладывался на кирпич — определялось поглощение нейтронов по оси призмы.

У входа в брезентовую палатку стоял часовой. Часовые скоро перестали вглядываться в фотографии, люди появлялись постоянно те же — сам Борода, Панасюк, Гончаров, Дубовский, Кондратьев, Бабулевич, разрабатывавший систему защиты. Часто засиживался, шевеля запорожскими усами, Тимошук. Прибегали теоретики Померанчук, Гуревич, Фурсов — проверить, что нового, подтверждает ли очередная серия опытов прежние расчеты, не нужно ли уточнять их. Тут же — при нужде — делались новые расчеты, экспериментаторам указывалось, чего надо ожидать в следующей серии опытов.

В брезентовой лаборатории продемонстрировал свои деловые качества Дубовский. Заказанный Курчатовым прибор долго не давался. «Плохие у меня руки, очень плохие!» — горестно шептал Дубовский. В столовой он уныло признавался соседям: «Снова неудача!» День, когда он решился показать довольно неуклюжую конструкцию, казался ему днем оглашения приговора. Курчатов схватил прибор, облазил все закоулки в палатке, а затем все лаборатории главного корпуса. Стрелка то вяло шевелилась, то замирала, но шевелилась там, где требовалась живость, замирала в местах, где от нее и не ждали бодрости.

— А что? Неплохо! — радостно воскликнул Курчатов. — Фон виден. Выглядит твой прибор неказисто, но конструкция работоспособная. Проверим попридирчивей и пустим в эксплуатацию как дозиметр.

Придирчивая проверка произошла неожиданно скоро. Панасюк пользовался ампулкой с радием для возбуждения нейтронного потока в бериллии. Уходя, он прятал ампулку в глубокую щель между бревнами. Ночью скучающий в одиночестве охранник достал радиоактивный источник, повертел в руках, положил на столик, а потом, забыв, из какой щели извлек, засунул в другую. Утром охранник сменился, новый ничего не знал о пропаже. Курчатов позвал Дубовского с дозиметром. Стрелка сразу ожила, чуть Дубовский повернулся к стене, где охранник спрятал радий. Как в детской игре «холодно», «тепло», «горячо», Дубовский делал шаг вправо, шаг влево, стрелка отклонялась то больше, то меньше. Около двери, у щели, заткнутой мхом, она ударилась в упор шкалы… Дубовский сорвал мох и с торжеством извлек злополучную ампулку.

— Прекрасно! Имеем надежный дозиметр, — объявил Курчатов. — И прибор и его конструктор испытание выдержали. Что это ты, я слышал, жаловался, что руки у тебя плохие? Хорошие руки! Теперь организуем контроль безопасности…

В очередную получку Дубовский узнал в кассе, что именуется уже не младшим, а старшим научным сотрудником и что зарплата ему значительно увеличена.

На несколько месяцев самой острой проблемой экспериментального реактора стало качество графита. Панасюк в отчаянии ругался, теоретики мрачно разводили руками. Поглощение нейтронов в графите было в сотни раз больше приемлемого. И к тому же величина поглощения резко менялась от партии к партии. Временами казалось, что выбор графита вместо тяжелой воды в принципе порочен, недаром же немцы отказались от графитового замедлителя. На теоретическом семинаре сравнивали результаты экспериментов с тяжелой водой с графитовыми экспериментами. До создания работоспособного тяжеловодного котла тоже было далеко, но не столько из-за принципиальных затруднений, сколько из-за нехватки самой тяжелой воды. Курчатов, однако, настойчиво продолжал эксперименты с графитом. То, что больше всего раздражало его помощников — непостоянство показаний, — вселяло в него уверенность в успехе. Раз одна партия плоха, другая получше, задача проста: добиваемся, чтобы завод изготовлял только тот графит, что получше, а графит получше превратим в графит хороший, а хороший довести бы до отличного — оттуда уже недалеко и до того уникального, какой единственно нужен.

Курчатов с Гончаровым выезжал на электродный завод. Директор завода Вирко, главный инженер Зайцев доказывали, что ориентируются на лучшие американские стандарты, а физики вот бракуют первоклассный ачесоновский графит как никуда не годный! Курчатов считал, что в графите есть примеси, ухудшающие качество. Производственники настаивали, чтобы им твердо сказали, что это за вредные примеси, каково их влияние. Они с радостью пойдут навстречу, но ведь должны они точно знать, чего от них требуют!

Физики могли сказать точно: нужно избавиться от примесей, поглощающих нейтроны. Но слово «нейтрон» было запретным. Они просили показать контроль продукции. Их повели к заводским химикам. Лаборатория была как лаборатория — брали пробу графита, толкли пробу в ступе, разваривали в кислоте, растворяли, фильтровали, осаживали, взвешивали осадки. Физики хмуро читали записи в журнале — даже следов примесей не обнаружено! По данным химического анализа, завод поставлял чистейший углерод в форме графита.

— Владимир Владимирович, мы должны помочь производственникам, — сказал Курчатов Гончарову. — Без нашей помощи они сами не справятся. Вам надо полностью сосредоточиться на графитовых делах.

У Курчатова появился новый заместитель — математик Сергей Львович Соболев, а Гончаров с Николаем Правдюком стали изучать, какие примеси в графите особо вредны. От заводской лаборатории нельзя было требовать тонких анализов. Химические методы тут отказывали. Правдюк сказал, что поедет к Ландсбергу — крупнейший советский спектроскопист посоветует, что делать. Ландсберг дал не только совет, но и свой небольшой спектрограф. Из Казани привезли спектрограф побольше. Правдюк взял образцы графита — плохого, среднего и получше. Спектрограф показал, что во всех пробах имеется бор — этот элемент, сильный поглотитель нейтронов, давал в приборе очень четкую и характерную картину. Бора больше всего было в плохом графите, но и в хорошем столько, что для котла он не годился. Задача формулировалась теперь ясно: графит не должен содержать бора. Из литературы известно, что самый верный способ убрать бор — подвергнуть графит действию мощного окислителя при высокой температуре: например, прокаливать в струе хлора — хлор соединится с бором и другими примесями и унесет их. Надо, стало быть, проверить в эксперименте, так ли это.

Лаборантка, пристроившись в уголке, непрерывно толкла пробы графита. В вытяжном шкафу, в платиновой трубчатой печи их обрабатывали током раскаленного хлора — температуру поднимали до 1500 градусов, потом несли к спектрографу. С каждой новой операцией спектральные линии примесей в графите слабели, под конец совсем перестали появляться.

Физики положили на стол руководителя завода образцы графита и поставили принесенный от Ландсберга небольшой спектрограф.

— Ваша лаборатория не обнаружит различия между пробами, а для нас вот эти — полный брак, вот эти — получше, а эти — приемлемы. И спектрограф, который мы принесли, докажет, что причина — в разных микроколичествах примесей.

Устранение микропримесей требовало, как и настаивал полгода назад в докладе правительству Курчатов, радикального изменения технологии. То, что сравнительно просто удалось с лабораторными образцами, в заводских, крупных масштабах достичь можно было, только сильно удлинив процесс и повысив температуру до неслыханных еще величин — в 2600–2800 градусов. Изготовление графита требовало теперь два полных месяца — к счастью, кирпичи можно было изготавливать не поштучно, а партиями в сотни штук.

В действие пришла цепочка «Курчатов — зампредсовнаркома Первухин — наркомат — трест „Союзэлектрод“— завод». На заводе появился новый главный инженер В. Маслов, из треста прибыл Н. Александров, с Урала вызвали опытнейшего электродника Г. Банникова, все заводские опыты с увлечением проводил начальник цеха А. Котиков. 7 февраля 1945 года физики выдали технические условия на уникальный графит, 1 марта нарком издал приказ, перестройка производства началась. А по другую сторону улицы, напротив старых цехов, стали спешно возводить новый завод — специально для производства сверхчистого графита.

Лаборатория № 2 стала получать графит, какой требовался.

И хоть успех был несомненен и велик, Курчатов иногда ворчал, что затянули дело с графитом, могли бы и пораньше добиться успеха! Лишь через несколько лет он узнал, что точно такие же трудности, как у них, пришлось преодолевать и американцам, выбравшим графит вместо тяжелой воды для замедления нейтронов; и что в Америке решение проблемы очистки заняло около двух лет, а в Советском Союзе эту же проблему решили за полтора года; и что качество реакторного графита у нас не только не уступало американскому, но и кое в чем превосходило его.

Существенный успех обнаружился и у Бориса Васильевича. Еще в Пыжевском, в небольшой комнатке, он вместе с Варварой Павловной Константиновой начал поиски нептуния. В Красном доме, в гораздо лучше обставленной лаборатории — да и сотрудников добавилось, — усилия химиков сосредоточились на создании таинственного элемента 94. В большую колбу вливали смесь 2,5 килограмма закиси-окиси урана, разбавленного водой до объема 7,5 литра. Колба со смесью помещалась в бочку с водой, водруженную посередине комнаты; в центре колбы устанавливался радий-бериллиевый источник нейтронов, содержащий 1,8 грамма радия в стекле, запаянном в медь. Облучение велось 83 дня и закончилось 17 октября 1944 года. Элемент 94 выделялся из раствора методом, разработанным Борисом Васильевичем. Количества его были мизерны, не весовые, а индикаторные, но все же около трех тысяч миллиардов атомов нового элемента давали возможность получить о нем первое представление. Осадок элемента 94 — через год узнали, что американцы назвали его плутонием — давал около 20 импульсов в минуту. Плутоний оказался сильно радиоактивным, с периодом полураспада в 31 тысячу лет (более точные измерения дали 24,3 тысячи лет).

— Отлично, Борис! — похвалил Курчатов брата. — Загадочный незнакомец 94 обнаружен. Теперь познакомиться бы с ним поближе! Есть все основания предполагать, что ценность его огромна. Ничего, скоро будем иметь его предостаточно!

Оптимизм руководителя лаборатории № 2 основывался на том, что на первом этаже Красного дома заработал наконец циклотрон.

Успеху предшествовал год титанической работы. Неменов мотался с завода на завод, из цеха в цех, ночи корпел у создаваемого аппарата. Фурсов еще до того, как его перевели на реактор в помощь Померанчуку, сделал для циклотрона расчет вывода пучка дейтонов наружу. Сам аппарат был много меньше того, который не достроили в Ленинграде, меньше и того, что стоял в Радиевом институте. Но на этом небольшом циклотроне с диаметром полюсов всего 75 сантиметров впервые в Европе был выведен наружу поток дейтонов — ионов тяжелого водорода.

Курчатов в момент пуска циклотрона находился на совещании. Неменов по телефону сообщил ему об удаче. Курчатов примчался в циклотронную в три часа ночи. Пучок дейтонов — ядер тяжелого водорода — был виден и при свете, а в темноте из окошка ускорительной камеры ярко вырывался голубовато-фиолетовый язычок. На пути пучка поставили мишень, содержащую препараты лития — литий, поглощая дейтоны, превращается в бериллий и выбрасывает при этом нейтроны. Как только мишень поместили у окошечка, счетчик Гейгера, отнесенный на несколько метров, энергично заработал.

— Есть! — воскликнул сияющий Курчатов. — Имеем свой циклотрон! Завтра начнем облучать мишени, а пока отметим радостное событие!

Неменов в два часа ночи, еще до приезда Курчатова, внес в рабочий журнал запись: «25 октября 1944 года впервые в Советском Союзе выведен наружу пучок дейтонов». А в четыре часа ночи все присутствующие на пуске отправились на квартиру к Курчатову. Он разбудил Марину Дмитриевну, достал бутылку шампанского — ликующие физики выпили стоя.

На время наладки циклотрона и отработки методики работы установили круглосуточные дежурства. Курчатов попросился в вахтенные, аккуратно расписывался: «Принял у такого-то, во столько-то часов. Результаты такие-то. Сдал тому-то. Курчатов».

Теперь можно было бомбардировать нейтронами урановые мишени. Таинственный девяносто четвертый перестал быть призраком, он реально образовывался не только в колбе у Бориса Васильевича, но и у циклотронщиков.

Все, что намечалось два года назад в программе, показавшейся поначалу такой скромной, теперь осуществлялось, приобретая все более быстрый темп. Курчатов знал, что выбрал не тот путь, каким шли немецкие физики, и предугадывал, что выбранный им путь более эффективен. Но он еще не мог знать, что в стране, где война еще шла на своей территории, в условиях тотальных недостач — людей, материалов, а пуще всего урана, — он двигался к цели со скоростью, не уступающей американской. Три года отставаний от Америки в ядерных исследованиях оставались, но в темпах исследований отставаний не было. Он знал, конечно, что там, в Штатах, собрались величайшие физики мира, люди, одно имя которых ознаменовало повороты в науке — Эйнштейн, Бор, Ферми; крупные мастера науки — Чадвик, Юри, Кокрофт, Вигнер, Силард, Теллер, Вайскопф, Лоуренс, Сиборг, Макмиллан, Комптон, Оппенгеймер и десятки других. Такой армии он не имел, его окружала мало кому известная молодежь, самым молодым, Зельдовичу, Панасюку, не было и тридцати, самому пожилому, Харитону, не исполнилось и сорока, его самого называли стариком, он и вправду был среди них стариком — уже стукнуло тридцать девять! И эта компактная группа молодых, не именитых, не титулованных академически, еще никак не прославленных — дружная, энергичная, целеустремленная команда — шла вперед столь же быстро, столь же уверенно, как и величайший научный коллектив мира там, за океаном!

Во второй половине июля 1945 года в Красный дом прибыли гости — группа генералов и штатских. Курчатова предупредили, что он должен показать посетителям все установки и что от впечатления, какое у них создастся, зависит очень многое в будущей работе лаборатории. Причиной появления неожиданных гостей было полученное из Потсдама, от самого президента Трумэна, сообщение, что 16 июля в пустынной местности на юге страны американцы взорвали бомбу невероятной силы — и бомба та, по достоверным сведениям, ядерная.

Гости осмотрели циклотронную, брезентовую палатку, где испытывали графитовые призмы, другие помещения, поинтересовались, в чем нехватка, чего бы физики хотели потребовать. Объяснения Курчатова были убедительны и свидетельствовали, что в уране действительно заключена гигантская мощь.

Важные посетители уехали, физики сперва недоумевали, зачем они вообще приезжали. Недоумение вскоре развеяло сообщение по радио. Зловещее зарево ядерного огня, взметнувшееся 6 августа над Хиросимой, 9 августа над Нагасаки, бросило страшный свет на положение в мире. Бомба из легкого изотопа урана унесла в считанные часы 200 тысяч жизней в Хиросиме, не меньше людей уничтожила в Нагасаки и бомба из плутония — искусственно созданного 94 элемента.

Мир вступил в атомный век при грохоте чудовищных взрывов, в пламени испепеляемых городов.