К ИСТОРИИ СОЗДАНИЯ ПЕРВОЙ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ЯДЕРНОЙ БОМБЫ

Александр Николаевич Медведь, к.т.н.

 

В проекте постановления ГКО впервые в нашей стране прямо ставилась задача разработки конструкции атомной бомбы. Однако принятие постановления затянулось до осени: все внимание руководства страны в тот момент было приковано к обстановке на советско-германском фронте, где успешно развивалось гигантское по масштабам наступление в Белоруссии и Прибалтике.

В период подготовки нового варианта проекта постановления в Лаборатории № 2 было завершено строительство и в конце августа 1944 г. осуществлен пуск циклотрона. Это был большой успех, о котором И.В. Курчатов немедленно сообщил В.М. Молотову (ведь официального решения о передаче кураторства атомной проблемы Л.П. Берии еще не было). Надеясь на повышение заинтересованности В.М. Молотова, Игорь Васильевич просил его "уделить хотя бы небольшое время и ознакомиться с установкой". Однако ответа он не получил.

Между тем сотрудник аппарата Л.П. Берия, будущий секретарь Специального комитета В.А. Махнев, в ноябре 1944 г. доложил о неблагополучии с состоянием разведки, добычи и переработки урановых руд в стране. В направленной Л.П. Берии справке он, в частности, указал, что "за два истекших года из-за недостаточного внимания к этому вопросу и плохого материально-технического оснащения геологоразведочных партий разведка урановых месторождений почти не сдвинулась с места".

Фактические масштабы добычи и переработки урановых руд в 1944 г. оказались во много раз меньшими установленных распоряжением ГКО от 16 августа 1943 г. "Столь неудовлетворительное состояние добычи урановых руд и получения солей урана объясняется тем, что работы эти Наркомцветметом не развивались и на них затрачивались ничтожные силы и средства…".

Далее В.А. Махнев формулировал предложения, предусматривающие передачу научно-исследовательских работ в ведение НКВД СССР.

Представленный Л.П. Берия новый проект постановления ГКО "О развитии работ по урану" вполне соответствовал по своему содержанию справке В.А. Махнева. В нем предлагалось "реорганизовать Лабораторию № 2 АН СССР в Государственный научно-исследовательский институт № 100".

Однако И.В. Сталин, утвердив 3 декабря 1944 г. постановление ГКО "О неотложных мерах по обеспечению развертывания работ, проводимых Лабораторией № 2 АН СССР", отклонил идею о преобразовании Лаборатории № 2 АН СССР в институт НКВД и принял только предложения о передаче в ведение НКВД СССР эксплуатации урановых месторождений, переработки урановых руд и разработки технологии получения металлического урана.

Постановление предусматривало перевод в Москву из Ленинграда филиала Лаборатории № 2 и из Свердловска лаборатории И.К. Кикоина, а также организацию конструкторского бюро с опытным механическим заводом. И.В. Курчатов получил задание в месячный срок разработать план научно-исследовательских и экспериментальных работ в области использования урана на 1945 г. и представить его на утверждение ГКО. Заключительный пункт постановления гласил: "Возложить на т. Берия Л.П. наблюдение за развитием работ по урану". Этот пункт юридически закреплял ответственность Л.П. Берия за дальнейшую судьбу советского атомного проекта.

Еще через пять дней И.В. Сталин утвердил еще одно постановление ГКО - "О мероприятиях по обеспечению развития добычи и переработки урановых руд", регламентировавшее передачу деятельности по добыче и переработке урановых руд НКВД СССР. Это постановление предусматривало создание в системе НКВД СССР научно-исследовательского института по урану, которому присваивалось наименование "Институт специальных металлов НКВД". Сегодня эта организация носит наименование Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. А.А. Бочвара.

Проблема атомной бомбы и пути ее решения

Вероятно, именно Г.Н. Флеров, энтузиазм которого по отношению к идее возобновления ядерных исследований в нашей стране в годы войны считается одним из факторов, повлиявших на решения высшего руководства в указанной области, первым предложил несколько схемных решений конструкции атомного заряда, которые могли считаться работоспособными.

Самая ранняя идея Г.Н. Флерова в части конструкции атомной бомбы была изложена им в письме И.В. Курчатову, датированному ноябрем 1941 г. (когда ни тот, ни другой еще даже и не подозревали о существовании разведматериалов из Англии). В тот период времени Г.Н. Флеров предлагал изготовить железный ствол длиной 5…10 м, в который с большой скоростью вдвинуть сборку из урана-235 в оболочке-отражателе. Вне ствола сборка должна была находиться в подкритическом состоянии; увеличение толщины железного отражателя (стенки ствола) должно было обеспечить переход урана в надкритическое состояние. Г.Н. Флеров писал: "…при первом же шальном нейтроне (космическом или земном), попавшем в уран, начнет развиваться лавина, в результате чего бомба взорвется". Сегодня абсолютно понятно, что предложенная конструкция обладает рядом принципиальных недостатков. Словом, это был набросок, а отнюдь не готовое инженерное решение.

Вскоре Г.Н. Флеров сам осознал это и в рукописи, датированной мартом - июнем 1942 г., привел иную схему заряда, ныне называемого зарядом "пушечного" типа. В такого рода зарядах делящийся материал (по мысли Г.Н. Флерова - уран-235 или протактиний-231) разделен на две части, находящиеся в подкритическом состоянии. Далее одна из частей взрывам приводится в движение и быстро сближается с другой. В своей рукописи Г.Н. Флеров дал оценки времени, в течение которого следовало сблизить части заряда, а также возможные значения надкритичности и энерговыделения такого заряда. Правда, использовавшиеся им характеристики делящихся материалов (сечения реакций и интенсивности самопроизвольно распада) носили предположительный характер.

В дальнейшем И.В. Курчатову, получившему возможность ознакомления с разведматериалами из Англии и США, стали известны принципы построения атомной бомбы, на которые в соответствующий период ориентировались иностранные разработчики. Важнейшим соображением следует считать идею применения в бомбе искусственно созданного материала - плутония-239, который планировалось получить с помощью атомного реактора. В справке, датированной 18 мая 1944 г., И.В. Курчатов привел схему атомной бомбы с зарядом пушечного типа и дал следующее описание ее устройства и работы: "Атомная авиационная бомба состоит из цилиндрической оболочки, на концах которой находится атомное взрывчатое вещество - уран-235 или плутоний-239. При помощи подрыва пороховых зарядов, подложенных под активное взрывчатое вещество, бомба приводится в действие".

Проблема получения урана-235, по мнению И.В. Курчатова, была самой важной и трудноразрешимой. Он отмечал, что по его предварительным оценкам проект завода, предназначенного для получения урана-235 диффузионным методом, можно было разработать к середине 1945 г., и без особого оптимизма констатировал: "О сроках постройки и пуска в ход этого завода сейчас судить трудно". Далее И.В. Курчатов предположил, что "из-за сложности постройки диффузионного завода может оказаться, что получение урана-235 затянется на многие годы".

В другой справке, подготовленной И.В. Курчатовым в мае 1944 г. для И.В. Сталина, отмечалось: "В настоящий момент твердо определились пути использования внутриатомной энергии… Разрушительное действие такой бомбы эквивалентно обычной бомбе, снаряженной 1000 тонн тротила".

Далее И.В. Курчатов подробно описывал проблемы и трудности, стоящие на пути получения урана-235 и плутония-239. В связи с этим Игорь Васильевич настаивал на необходимости форсирования усилий: "Прошу Вас поручить рассмотреть вопрос о дальнейшем развитии этих работ".

В июле 1944 г. из предоставленных ГРУ Генштаба Красной Армии материалов (986 фотоклише и 19 листов печатного текста) И.В. Курчатову стали известны технические параметры экспериментального американского ядерного реактора (400 т графита и 50 т урана), важнейшие физические константы использованных материалов, а также применявшиеся в США методы выделения плутония из облученного урана. Стало ясно, что при неизменных темпах добычи урана в СССР (5 т солей за 1944 г.) постройка отечественного реактора в ближайшие годы становится нереальной. Попытка прозондировать почву в США о возможности закупки 100 т урана якобы "для изготовления особой броневой стали" не увенчалась успехом: весь экспорт этого материала из Соединенных Штатов и Канады строго контролировался американским правительством.

Между тем, не только ядерно-физические, но даже и химические свойства урана в нашей стране оставались недостаточно изученными. К примеру, 17 июля 1944 г. на территории Лаборатории № 2 в палатке, где изучались свойства графита, произошел пожар и было потеряно полтора килограмма металлического урана (стоимостью 18 тысяч рублей). Выяснилось, что порошкообразный уран на воздухе может самовоспламеняться! Попытка потушить пожар водой привела к обратному результату - горение стало еще интенсивней. Пришлось забросать песком горящие противни с ураном. "Только начали освобождать уран от песка, он тут же снова воспламенился, - вспоминал В.К. Лосев.

При проведении в РИАН экспериментов с гексафторидом урана выяснилось, что этот газообразный продукт активно реагирует почти со всеми металлами, образуя фторид металла и нелетучий четырехфтористый уран. Наиболее стойкими по отношению к гексафториду урана оказались чистое золото, кварц и платина. Попытки применения золочения для обеспечения устойчивости менее дефицитных материалов к успеху не привели: при температуре более 200°С гексафторид урана легко проникал сквозь покрытие и вступал в реакцию с основным материалом. Специалисты РИАН пришли к выводу, что изготовленная ими из красной меди термодиффузионная установка не может быть использована для разделения изотопов урана и предложили изготовить опытное устройство из чистого золота. Однако всем было понятно, что такое решение может быть только временным. Следовало провести широкие исследования с целью поиска материалов, которые можно использовать в установках с горячим гексафторидом урана.

В справке, подготовленной для представления И.В. Сталину, И.В. Курчатов указывал, что "в 1944 году работа Лаборатории № 2 заключалась в анализе полученных нами секретных материалов о работах иностранных ученых над проблемой урана и в проведении собственных теоретических исследований".

В январе 1945 г. В.А. Махнев докладывал Л.П. Берии о том, что геолого-разведочные работы по поиску урановых месторождений в СССР "явно недостаточны" и предлагал почти втрое увеличить финансирование таких работ в 1945 г. Между тем из письма наркома госбезопасности В.Н. Меркулова куратору атомного проекта стало известно, что американские проработки в части создания атомной бомбы продвигались весьма успешно и что испытания "изделия" можно было ожидать в апреле-мае 1945 г. (как известно, реально испытание в Аламогордо состоялось 16 июля 1945 г.). Л.П. Берия отреагировал быстро: уже 8 марта 1945 г. вышло еще одно постановление ГКО "О мероприятиях по обеспечению геолого-разведочных работ по урану в 1945 г.". Это постановление потребовало от руководителей ряда наркоматов, комитета по делам геологии при СНК СССР, совнаркомов Казахской, Узбекской и Таджикской ССР резко расширить масштабы работ, улучшить материальное обеспечение и оснащение поисковых партий и провести ряд других мероприятий. Постановлением ГКО утверждался самый обширный и детальный план поиска и организации добычи урансодержащих руд стоимостью 18 млн руб. Число участвовавших в поисках урана партий геологов по плану увеличивалось более чем вчетверо - с 14 до 64.

В конце февраля 1945 г. из очередной партии материалов, полученных через разведсеть НКГБ, руководителям отечественного ядерного проекта стала известна идея имплозивного зарядного устройства. Впоследствии К. Фукс так вспоминал о его разработке: "В конце 1944 г. я начал заниматься теоретическими расчетами величины необходимой массы плутониевого ядерного горючего и разработкой метода имплозии (взрыва, сходящегося во внутрь) для перевода заряда в надкритическое состояние… И, разумеется, я подробно информировал советских товарищей о том, как технически была решена эта задача и на какой теоретической базе". Если в середине марта 1945 г. И.В. Курчатов в письме Л.П. Берии "о необходимости проведения конструкторских работ, связанных с изучением метода взрыва атомной бомбы" ставил вопрос о привлечении артиллерийского КБ В.Г. Грабина для проведения экспериментов с метанием навстречу друг другу двух снарядов массой по 5 кг и получением скорости сближения 3000 м/с, то уже в начале апреля Игорь Васильевич просил разрешения ознакомить “научного руководителя по атомной урановой бомбе” профессора Ю.Б. Харитона с чрезвычайно важными разведматериалами по имплозии, поскольку именно этом метод достижения надкритичности стал, по его мнению, наиболее перспективным.

15 мая 1945 г. постановлением ГКО был утвержден план научно-технических работ Лаборатории № 2 АН СССР на 1945 г., подготовленный И.В. Курчатовым еще в марте. Проект плана был направлен И.В. Сталину с письмом Л.П. Берия и И.В. Курчатова, в котором говорилось: "… в плане на 1945 год в отличие от плана прошлого года намечается наряду с продолжением исследовательских работ провести следующие проектно-технические работы…"

Одновременно на рассмотрение И.В. Сталина были внесены проект постановления ГКО о строительстве при Лаборатории № 2 второго в мире по мощности циклотрона "для исследований, позволяющих определить разрушительную силу урана и для получения небольших количеств плутония-239", а также проект постановления ГКО, предусматривающий увеличение мощности предприятий, занимающихся добычей и переработкой урановых руд. Планировалось к 1 июля 1946 г. увеличить в 20-25 раз уровень годовой добычи урановых руд и наработки урановых концентратов по сравнению с уровнем, достигнутым к 1 января 1945 г. Мощность предприятий по получению металлического урана (который до этого времени в СССР не нарабатывался) намечалось довести до 50 тонн в год, а в 1945 г. получить 500 кг урана.

Постановлением ГКО от 15 мая 1945 г. предусматривалась разработка технических заданий для двух типов атомных бомб, получивших наименования БС-1 и БС-2. Весной 1945 г. И.В. Курчатов, по-видимому, не считал возможным спроектировать и изготовить образцы атомных бомб силами подчиненной ему Лаборатории № 2 (в которой в то время по штатному расписанию имелось всего 415 сотрудников). Во всяком случае, постановлением ГКО предусматривалось "поручить тт. Ванникову (созыв), Устинову, Махневу рассмотреть с участием тт. Курчатова и Харитона соображения Лаборатории № 2 по организации проектирования и изготовления изделий БС-1 и БС-2 в конструкторских организациях НКБ и НКВ и в месячный срок представить в Государственный комитет обороны свои предложения по развертыванию указанных работ".

В разделе "Конструкция атомных бомб с ураном-235 и плутонием-239" справки, подготовленной И.В. Курчатовым, утверждалось: "Конструирование атомной бомбы требует проведения серьезных артиллерийских и взрывных работ с участием специальных организаций Наркоматов вооружения и боеприпасов".

Интересно, что принцип имплозивного инициирования ядерного взрыва был, по-видимому, известен и в Германии. 30 марта 1945 г. И.В. Курчатов подписал отзыв о материале "О немецкой атомной бомбе", в котором говорилось: "Перевод урана-235 через критическую массу, который необходим для развития цепного атомного процесса, производится в описываемой конструкции взрывом окружающей уран-235 смеси пористого тринитротолуола и жидкого кислорода".

Возможно, что часть информации, содержащейся в разведматериале, представлялась И.В. Курчатову не вполне достоверной. Действительно, речь в нем шла, например, о предварительном (до взрыва) облучении делящегося материала гамма-лучами с целью последующей "интенсификации реакции". С другой стороны, очень важной и новой следует признать идею инициирования ядерной цепной реакции в атомной бомбе потоком быстрых нейтронов, получаемых с помощью высоковольтной трубки. Как известно, в первых атомных бомбах США и СССР имплозивного типа инициирование цепной реакции осуществлялось внутренним полоний-бериллиевым источником нейтронов, использование которого было связано с определенными эксплуатационными неудобствами. Прогрессивная идея использования внешнего источника нейтронов, генерируемых высоковольтной трубкой, была реализована впоследствии уже в усовершенствованных конструкциях атомных бомб.

(Продолжение в следующем номере).