Одними из первых практических шагов Спецкомитета и ПГУ были решения о создании производственной базы ядерного оружейного комплекса. В 1946 году был принят ряд важнейших решений в связи с этими планами. Одно из них касалось создания при Лаборатории № 2 специализированного КБ по разработке ядерного оружия.
9 апреля 1946 года Совет Министров СССР принял закрытое постановление № 806-327 о создании КБ-11. Так была названа организация, призванная создать «изделие», то есть атомную бомбу. Начальником КБ-11 был назначен П.М. Зернов, главным конструктором – Ю.Б. Харитон.
К моменту принятия постановления вопрос о создании КБ-11 был детально проработан. Уже было определено его месторасположение с учетом специфики будущей работы. С одной стороны особо высокая степень секретности намечаемых работ, необходимость проведения взрывных экспериментов предопределяли выбор малонаселенной, скрытой от визуальных наблюдений местности. С другой – не следовало чрезмерно удаляться от предприятий и организаций-соисполнителей атомного проекта, значительная часть которых находилась в центральных районах страны. Немаловажным фактором было наличие на территории будущего КБ производственной базы и транспортных артерий.
Перед КБ-11 была поставлена задача создать два варианта атомных бомб – плутониевую с использованием сферического обжатия и урановую с пушечным сближением. По завершении разработки намечалось проведение государственных испытаний зарядов на специальном полигоне. Наземный взрыв заряда плутониевой бомбы предполагалось провести до 1 января 1948 года, урановой – до 1 июня 1948 года.
За официальную точку отсчета начала разработки РДС-1 следует принять дату выдачи «Тактико-технического задания на атомную бомбу» (ТТЗ), подписанного главным конструктором Ю.Б. Харитоном 1 июля 1946 года и направленного начальнику Первого Главного Управления при Совмине СССР Б.Л. Ванникову. Техническое задание состояло из 9 пунктов и оговаривало вид ядерного горючего, способ его перевода через критическое состояние, габаритно-массовые характеристики атомной бомбы, разновременность срабатывания электродетонаторов, требования к высотному взрывателю и самоликвидации изделия в случае отказа аппаратуры, обеспечивающей срабатывание этого взрывателя.
В соответствии с ТТЗ предусматривалась разработка двух вариантов атомных бомб - имплозивного типа на плутонии и урановой с пушечным сближением. Длина бомбы не должна была превышать 5 метров, диаметр – 1,5 метра, а вес – 5 тонн.
Одновременно предусматривалось строительство испытательного полигона, аэродрома, опытного завода, а также организация медицинской службы, создание библиотеки и т.п.
Создание атомной бомбы требовало решения исключительно широкого круга физических и технических вопросов, связанных с проведением обширной программы расчетно-теоретических исследований, проектно-конструкторских и экспериментальных работ. Прежде всего, предстояло провести исследования физико-химических свойств делящихся материалов, разработать и апробировать методы их литья и механической обработки. Необходимо было создать радиохимические методы извлечения различных продуктов деления, организовать производство полония и разработать технологию изготовления источников нейтронов. Требовались методики определения критической массы, разработка теории эффективности или КПД, а также теории ядерного взрыва в целом и многое другое.
Приведенное краткое перечисление тех направлений, в которых развернулись работы, далеко не исчерпывает всего содержания деятельности, требовавшей осуществления для успешного завершения атомного проекта.
Февральским 1948 года постановлением Совета Министров СССР, скорректировавшем сроки выполнения основной задачи по атомному проекту, Ю.Б. Харитону и П.М. Зернову предписывалось обеспечить изготовление и предъявление к первому марта 1949 года на государственные испытания одного комплекта атомной бомбы РДС-1 с полным снаряжением.
С целью своевременного выполнения задания в постановлении оговаривались объем и сроки завершения научно-исследовательских работ и изготовления материальной части для проведения летно-конструкторских испытаний, а также решения отдельных организационных и кадровых вопросов.
Из научно-исследовательских работ выделялись следующие:
- завершение до мая 1948 года отработки сферического заряда из взрывчатых веществ;
- изучение до июля того же года проблемы обжатия металлов при взрыве заряда взрывчатых веществ;
- разработка конструкции нейтронного запала к январю 1949 года;
- определение критической массы и сборка плутониевого и уранового зарядов для РДС-1 и РДС-2. Обеспечение сборки плутониевого заряда для РДС-1 до 1 февраля 1949 года.
Разработка конструкции собственно атомного заряда – «РД-1» – (позднее, во второй половине 1946 года, названного «РДС-1») была начата в НИИ-6 в конце 1945 года. Разработка началась с модели заряда в масштабе 1/5 натурной величины. Работы проводились без ТЗ, а исключительно по устным указаниям Ю.Б. Харитона. Первые прорисовки делались Н.А. Терлецким, который работал в НИИ-6 в отдельной комнате, куда вход был разрешен только Ю.Б. Харитону и Е.М. Адаскину – зам. директора НИИ-6, осуществлявшего общую координацию работ с другими группами, начавшими разработку быстродействующих детонаторов для обеспечения синхронного подрыва группы электродетонаторов и работы по системе электрического задействования. Отдельная группа стала заниматься подбором взрывчатых веществ и технологий изготовления необычных форм деталей из ВС.
В начале 1946 года модель была разработана, а к лету изготовлена в 2-х экземплярах. Испытание модели проводилось на полигоне НИИ-6 в Софрино.
К концу 1946 года была начата разработка документации на натурный заряд, отработка которого стала проводиться уже в КБ-11, где в начале 1947 г. в Сарове были созданы первоначально минимальные условия для изготовления блоков и проведения взрывных работ (детали из ВВ, до пуска в эксплуатацию завода № 2 в КБ-11, поставляли из НИИ-6).
Если к началу разработки атомных зарядов отечественные ученые-физики в какой-то степени были готовы к тематике по созданию атомной бомбы (по своей предыдущей работе), то для конструкторов эта тематика была совершенно новой. Они не знали физических основ заряда, новых материалов, применяемых в конструкции, их физико-механических свойств, допустимость совместного хранения и т.п.
Крупные размеры деталей из ВВ и их сложные геометрические формы, жесткие допуска потребовали решения многих технологических проблем. Так, за изготовление крупногабаритного корпуса заряда специализированные предприятия страны не брались, и пришлось опытному заводу № 1 (КБ-11) изготовить образец корпуса, после чего эти корпуса стали изготавливать на Кировском заводе в Ленинграде. Крупногабаритные детали из ВВ первоначально были изготовлены также в КБ-11.
При первоначальной организации разработки составных элементов заряда, когда к работам были привлечены институты и предприятия различных министерств, создалась проблема, связанная с тем, что документация была разработана по различным ведомственным руководящим материалам (инструкции, технические условия, нормали, построение чертежного обозначения и т.д.). Это положение сильно затрудняло производство из-за больших различий в требованиях к изготавливаемым элементам заряда. Положение было исправлено в 1948-1949 гг. с назначением заместителем главного конструктора и начальника научно-конструкторского сектора КБ-11 Н.Л. Духова. Он привез с собой из ОКБ-700 (из Челябинска) принятую там «Систему чертежного хозяйства» и организовал переработку ранее разработанной документации, приведя ее к единой системе. Новая система лучшим образом подошла к условиям нашей специфичной разработки, предусматривающей многовариантную проработку конструкций (в силу новизны конструкций).
Что касается радио- и электротехнических элементов заряда («РДС-1»), то они целиком отечественной разработки. Причем, они разрабатывались с дублированием наиболее ответственных элементов (для обеспечения необходимой надежности) и возможной миниатюризации.
Жесткие требования к надежности срабатывания заряда, безопасность работы с зарядом, сохранение качеств заряда в период гарантийного срока его годности обусловили тщательность отработки конструкции.
Сведения, доставлявшиеся разведкой, об обводах бомб и их размерах были немногочисленны и зачастую противоречивы. Так, о калибре урановой бомбы, т.е. «Малыше», сообщалось, что он то 3"(дюйма), то 51/2" (на самом деле, калибр оказался заметно больше). О плутониевой бомбе, т.е. «Толстяке», – что она выглядит «как грушевидное тело», а о диаметре – то он 1,27 м, то 1,5 м. Так что разработчикам бомб пришлось все начинать практически с нуля.
К отработке обводов корпуса авиабомбы КБ-11 привлекло ЦАГИ. Продувки в его аэродинамических трубах беспрецедентного числа вариантов обводов (более 100, под руководством акад. С.А. Христиановича) начали приносить успех.
Необходимость использовать сложную систему автоматики – вот еще одно принципиальное отличие от разработки обычных авиабомб. Система автоматики состояла из ступеней предохранения и датчиков дальнего взведения; пусковых, «критических» и контактных датчиков; источников энергии (аккумуляторов) и системы инициирования (в том числе, комплекта капсулей-детонаторов), обеспечивающей синхронное срабатывание последних, с разновременностью из микросекундного диапазона.
Таким образом, на первом этапе реализации проекта:
- был определен самолет-носитель: ТУ-4 (по приказу И.В. Сталина воспроизведена американская «летающая крепость» Б-29);
- разработаны несколько вариантов конструкций авиабомб; проведены их летные испытания и выбраны удовлетворяющие требованиям атомного оружия обводы и конструкции;
- разработана автоматика бомбы и приборного пульта самолета, гарантировавшая безопасность подвески, полета и сброса АБ, реализацию воздушного подрыва на заданной высоте и одновременно - сохранность самолета после атомного взрыва.
Конструктивно первая атомная бомба состояла из следующих принципиальных составных узлов:
- ядерного заряда;
- взрывного устройства и системы автоматики подрыва заряда с системами предохранения;
- баллистического корпуса авиабомбы, в котором размещались ядерный заряд и автоматика подрыва.
Атомный заряд бомбы РДС-1 представлял собой многослойную конструкцию, в которой перевод активного вещества – плутония в надкритическое состояние осуществлялось за счет его сжатия посредством сходящейся сферической детонационной волны во взрывчатом веществе.
Больших успехов достигли не только технологи, но и металлурги и радиохимики. Благодаря их стараниям уже первые плутониевые детали содержали небольшое количество примесей и высокоактивных изотопов. Последний момент был особенно существенен, так как короткоживущие изотопы, являясь основным источником нейтронов, могли оказать негативное влияние на вероятность преждевременного взрыва.
В полости плутониевого ядра в составной оболочке из природного урана устанавливался нейтронный запал (НЗ). В течение 1947-1948 годов было рассмотрено около 20 различных предложений, касавшихся принципов действия, устройства и усовершенствования НЗ.
Одним из наиболее сложных узлов первой атомной бомбы РДС-1 был заряд взрывчатого вещества из сплава тротила с гексогеном.
Выбор внешнего радиуса ВВ определялся, с одной стороны, необходимостью получения удовлетворительного энерговыделения, а, с другой, – допустимыми внешними габаритами изделия и технологическими возможностями производства.
Первая атомная бомба разрабатывалась применительно к подвеске ее в самолете ТУ-4, бомболюк которого обеспечивал возможность размещения изделия диаметром до 1500 мм. Исходя из этого габарита и был определен мидель баллистического корпуса бомбы РДС-1. Заряд ВВ конструктивно представлял собой полый шар и состоял из двух слоев.
Внутренний слой формировался из двух полусферических оснований, изготовленных из отечественного сплава тротила с гексогеном.
Внешний слой заряда ВВ РДС-1 собирался из отдельных элементов. Этот слой, предназначенный для формирования в основании ВВ сферической сходящейся детонационной волны и получивший название фокусирующей системы, был одним из основных функциональных узлов заряда, во многом определявшим его тактико-технические показатели.
Уже на самом начальном этапе разработки ядерного оружия стало очевидным, что исследование процессов, протекающих в заряде, должно пойти по расчетно-экспериментальному пути, позволявшему корректировать теоретический анализ по результатам экспериментов опытных данных о газодинамических характеристиках ядерных зарядов.
Стоит особо отметить, что главный конструктор РДС-1 Ю.Б. Харитон и основные разработчики, физики-теоретики, знали о высокой вероятности 2,5% неполного взрыва (снижение мощности взрыва в ~ 10%) и о последствиях, которые их ожидают в случае его реализации. Знали и… работали.
Место для испытательного полигона было выбрано в районе города Семипалатинска Казахской ССР в безводной степи с редкими заброшенными и пересохшими колодцами, солеными озерами, частично покрытой невысокими горами. Площадка, предназначенная для сооружения испытательного комплекса, представляла собой равнину диаметром примерно 20 км, окруженную с юга, запада и севера невысокими горами.
Строительство полигона было начато в 1947 году, а к июлю 1949 года было закончено. Всего за два года были выполнены работы колоссального объема, с отличным качеством и на высоком техническом уровне. Все материалы доставлялись на строительные площадки автомобильным транспортом по грунтовым дорогам за 100-200 км. Движение было круглосуточным и зимой, и летом.
На опытном поле находились многочисленные сооружения с измерительной аппаратурой, военные, гражданские и промышленные объекты для изучения воздействия поражающих факторов ядерного взрыва. В центре опытного поля находилась металлическая башня высотой 37,5 м для установки РДС-1.
Опытное поле было разделено на 14 испытательных секторов: два фортификационных сектора; сектор гражданских сооружений; физический сектор; военные сектора для размещения образцов военной техники; биологический сектор. По радиусам в северо-восточном и юго-восточном направлениях на различных расстояниях от центра были сооружены приборные здания для размещения в них фотохронографической, кино- и осциллографической аппаратуры, регистрирующей процессы ядерного взрыва.
На расстоянии 1000 м от центра было сооружено подземное здание для аппаратуры, регистрирующей световые, нейтронные и гамма-потоки ядерного взрыва. Оптическая и осциллографическая аппаратура управлялась по кабелям с программного автомата.
Для изучения воздействия ядерного взрыва на опытном поле были построены отрезки тоннелей метро, фрагменты взлетно-посадочных полос аэродромов, размещены образцы самолетов, танков, артиллерийских ракетных установок, корабельных надстроек различных типов. Для перевозки этой военной техники понадобилось 90 железнодорожных вагонов.
Правительственная комиссия по проведению испытания РДС-1 под председательством М.Г. Первухина приступила к работе 27 июля 1949 года. 5 августа комиссией было сделано заключение о полной готовности полигона и предложено в течение 15 дней провести детальную отработку операций по сборке и подрыву изделия. Определилось время испытания – последние числа августа.
Научным руководителем испытания был назначен И.В. Курчатов, от Министерства обороны подготовкой полигона к испытаниям руководил генерал-майор В.А. Болятко, научное руководство полигоном осуществлял М.А. Садовский.
В период с 10 по 26 августа было проведено 10 репетиций по управлению испытательным полем и аппаратурой подрыва заряда, а также три тренировочных учения с запуском всей аппаратуры и 4 подрыва натурных ВВ с алюминиевым шаром от автоматики подрыва.
21 августа специальным поездом на полигон были доставлены плутониевый заряд и четыре нейтронных запала, один из которых должен был использоваться при подрыве боевого изделия.
Научный руководитель опыта И.В. Курчатов, в соответствии с указанием Л.П. Берии, отдал распоряжение об испытании РДС-1 29 августа в 8 часов утра местного времени.
В ночь на 29.08.49 была проведена окончательная сборка заряда. Сборку центральной части с установкой деталей из плутония и нейтронного запала проводила группа в составе Н.Л. Духова, Н.А. Терлецкого, Д.А. Фишмана и В.А. Давиденко (установка «НЗ»). Окончательный монтаж заряда был завершен к 3 часам утра 29 августа под руководством А.Я. Мальского и В.И. Алферова. Члены специального комитета Л.П. Берия, М.Г. Первухин и В.А. Махнев контролировали ход заключительных операций.
В день испытания на командном пункте полигона, расположенного в 10 км от центра испытательного поля, собралось большинство высшего руководства испытания: Л.П. Берия, М.Г. Первухин, И.В. Курчатов, Ю.Б. Харитон, К.И. Щелкин, сотрудники КБ-11, участвовавшие в окончательной установке заряда на башне.
К 6 часам утра заряд подняли на испытательную башню, было завершено его снаряжение взрывателями и подключение к подрывной схеме.
Из-за ухудшения погоды со сдвигом раньше на один час (с 7.00 вместо 8.00 по плану) стали проводиться все работы, предусмотренные по утвержденному регламенту.
В 6 часов 35 минут операторы включили питание системы автоматики, а в 6 часов 48 минут был включен автомат испытательного поля.
Ровно в 7 часов утра 29 августа 1949 года вся местность озарилась ослепительным светом, который ознаменовал, что СССР успешно завершил разработку и испытание первой атомной бомбы.
По воспоминаниям участника испытания Д.А. Фишмана, события в помещении КП разворачивались следующим образом:
В последние секунды перед взрывом были приоткрыты двери, расположенные с обратной стороны здания КП (от центра поля) с тем, чтобы момент взрыва можно было бы наблюдать по всплеску освещения местности. В моменты «ноль» все увидели очень яркое освещение земли и облаков. Яркость превышала солнечную в несколько раз. Было ясно, что взрыв был успешным!
Все выбежали из помещения и взбежали на бруствер, ограждающий КП от прямого воздействия взрыва. Перед ними открылась чарующая по своим масштабам картина образования огромного облака из пыли и дыма, в центре которого полыхало пламя!
Но вот из репродуктора раздались слова Мальского: «Всем немедленно войти в здание КП! Приближается ударная волна» (по расчетам, она к КП должна была подойти через 30 секунд).
Войдя в помещение, Л.П. Берия всех тепло поздравил с успешным испытанием, а И.В. Курчатова и Ю.Б. Харитона расцеловал. Но внутри, видимо, у него оставались еще какие-то сомнения в полноте взрыва, поскольку он не стал сразу звонить и докладывать И.В. Сталину об успешном испытании, а поехал на второй наблюдательный пункт, где находился физик-ядерщик М.Г. Мещеряков, который в 1946 году присутствовал на показательных испытаниях атомных зарядов США на атолле Бикини.
На втором наблюдательном пункте Берия так же тепло поздравил М.Г. Мещерякова, Я.Б. Зельдовича, Н.Л. Духова и других товарищей. После этого он придирчиво расспрашивал Мещерякова о внешнем эффекте американских взрывов. Мещеряков заверил, что наш взрыв по внешней картине превосходит американский.
Получив подтверждение очевидца, Берия поехал в штаб полигона с тем, чтобы сообщить Сталину об успешном испытании.
Сталин, узнав об успешном испытании, сразу же позвонил Б.Л. Ванникову (который находился дома и из-за болезни не мог присутствовать на испытании) и поздравил его с успешным испытанием.
По воспоминаниям Бориса Львовича, он, в ответ на поздравления, стал говорить, что это заслуга партии и правительства… Тут Сталин его прервал, сказав: «Да бросьте, товарищ Ванников, эти формальности. Вы лучше подумайте, как нам в самое короткое время начать изготовление этих изделий».
Через 20 минут после взрыва к центру поля были направлены два танка, оборудованные свинцовой защитой, для проведения радиационной разведки и осмотра центра поля.
Разведкой было установлено, что все сооружения в центре поля снесены. На месте башни образовалась воронка, почва в центре поля оплавилась и образовалась сплошная корка шлака. Гражданские здания и промышленные сооружения были полностью или частично разрушены. Очевидцам представилась страшная картина великого побоища.
Энерговыделение первой советской атомной бомбы составило 22 килотонны тротилового эквивалента.
Расследование происходило в апреле-мае 1954 года в Вашингтоне и называлось, на американский манер, "слушания".
В слушаниях участвовали Физики (с большой буквы!), но для научного мира Америки конфликт был беспрецедентен: не спор о приоритете, не подковёрная борьба научных школ и даже не традиционное противостояние вперёдсмотрящего гения и толпы посредственных завистников. В разбирательстве властно звучало ключевое слово - "лояльность". Обвинение в "нелояльности", обретшее негативный, грозный смысл, влекло наказание: лишение допуска к работам высшей секретности. Действие происходило в Комиссии по атомной энергии (КАЭ). Главные действующие лица:
Роберт Оппенгеймер , уроженец Нью-Йорка, пионер квантовой физики в США, научный руководитель Манхэттенского проекта, "отец атомной бомбы", успешный научный менеджер и рафинированный интеллектуал, после 1945 года национальный герой Америки...
«Я не самый простой человек, - заметил однажды американский физик Исидор Айзек Раби. - Но по сравнению с Оппенгеймером я весьма и весьма прост». Роберт Оппенгеймер был одной из центральных фигур ХХ века, сама «сложность» которого вобрала в себя политические и этические противоречия страны.
Во время Второй мировой войны блестящий физик Ажулиус Роберт Оппенгеймер возглавлял разработки американских ядерщиков по созданию первой в истории человечества атомной бомбы. Ученый вел уединенный и замкнутый образ жизни, и это породило подозрения в измене.
Атомное оружие - результат всего предшествующего развития науки и техники. Открытия, которые непосредственно связаны с его возникновением, были сделаны в конце XIX в. Огромную роль в раскрытии тайны атома сыграли исследования А. Беккереля, Пьера Кюри и Марии Склодовской-Кюри, Э. Резерфорда и др.
В начале 1939 года французский физик Жолио-Кюри сделал вывод, что возможна цепная реакция, которая приведет к взрыву чудовищной разрушительной силы и что уран может стать источником энергии, как обычное взрывное вещество. Это заключение стало толчком для разработок по созданию ядерного оружия.
Европа была накануне Второй мировой войны, и потенциальное обладание таким мощным оружием подталкивало милитаристские круги на быстрейшее его создание, но тормозом слала проблема наличия большого количества урановой руды для широкомасштабных исследований. Над созданием атомного оружия трудились физики Германии, Англии, США, Японии, понимая, что без достаточного количества урановой руды невозможно вести работы, США в сентябре 1940 года закупили большое количество требуемой руды по подставным документам у Бельгии, что и позволило им вести работы над созданием ядерного оружия полным ходом.
С 1939 по 1945, на проект Манхэттен было потрачено более двух биллионов долларов. В Oak Ridge, штат Теннеси, был построен огромный завод по очистке урана. H.C. Urey и Ernest O. Lawrence (изобретатель циклотрона) предложили способ очистки, основанный на принципе газовой диффузии с последующим магнитным разделением двух изотопов. Газовая центрифуга отделяла легкий Уран-235 от более тяжелого Урана-238.
На территории Соединенных Штатов, в Лос-Аламосе, в пустынных просторах штата Нью-Мексико, в 1942 году был создан американский ядерный центр. Над проектом работало множество учёных, главным же был Роберт Оппенгеймер. Под его началом были собраны лучшие умы того времени не только США и Англии, но практически всей Западной Европы. Над созданием ядерного оружия трудился огромный коллектив, включая 12 лауреатов Нобелевской премии. Работа в Лос-Аламосе, где находилась лаборатория, не прекращалась ни на минуту. В Европе тем временем шла Вторая мировая война, и Германия проводила массовые бомбардировки городов Англии, что подвергало опасности английский атомный проект “Tub Alloys”, и Англия добровольно передала США свои разработки и ведущих ученых проекта, что позволило США занять ведущее положение в развитии ядерной физики (создания ядерного оружия).
«Отец атомной бомбы», он в то же время был ярым противником американской ядерной политики. Нося звание одного из самых выдающихся физиков своего времени, с удовольствием изучал мистицизм древних индийских книг. Коммунист, путешественник и убежденный американский патриот, очень духовный человек, он, тем не менее, был готов предать своих друзей, чтобы защититься от нападков антикоммунистов. Ученый, разработавший план причинения наибольшего ущерба Хиросиме и Нагасаки, проклинал себя за «невинную кровь на своих руках».
Писать об этом противоречивом человеке задача непростая, но интересная, и ХХ век отмечен рядом книг о нем. Однако насыщенная жизнь ученого продолжает привлекать биографов.
Оппенгеймер родился в Нью-Йорке в 1903 году в семье обеспеченных и образованных евреев. Оппенгеймер воспитывался в любви к живописи, музыке, в атмосфере интеллектуальной любознательности. В 1922 году он поступил в Гарвардский университет и всего за три года получил диплом с отличием, его основным предметом была химия. В последующие несколько лет не по годам развитой молодой человек побывал в нескольких странах Европы, где работал с физиками, занимавшимися проблемами исследований атомных явлений в свете новых теорий. Всего через год после окончания университета Оппенгеймер опубликовал научную работу, которая показала, насколько глубоко он разбирается в новых методах. Вскоре он, совместно со знаменитым Максом Борном, разработал важнейшую часть квантовой теории, известную под названием метода Борна-Оппенгеймера. В 1927 году его выдающаяся докторская диссертация принесла ему всемирную славу.
В 1928 работал в Цюрихском и Лейденском университетах. В том же году возвратился в США. С 1929 по 1947 Оппенгеймер преподавал в Калифорнийском университете и Калифорнийском технологическом институте. С 1939 по 1945 активно участвовал в работах по созданию атомной бомбы в рамках Манхэттенского проекта; возглавляя специально созданную для этого Лос-Аламосскую лабораторию.
В 1929 году Оппенгеймер, восходящая звезда науки, принял предложения двух из нескольких боровшихся за право пригласить его университетов. Весенний семестр он преподавал в оживленном, молодом Калифорнийском технологическом институте в Пасадене, а осенний и зимний - в Калифорнийском университете в Беркли, где он стал первым преподавателем квантовой механики. По сути дела, ученому-эрудиту пришлось какое-то время приспосабливаться, постепенно снижая уровень обсуждения до возможностей своих студентов. В 1936 году он влюбился в Джин Тэтлок, беспокойную и подверженную переменам настроения молодую женщину, чей страстный идеализм нашел выход в коммунистической деятельности. Как многие думающие люди того времени, Оппенгеймер изучал идеи левого движения в качестве одной из возможных альтернатив, хотя и не вступал в компартию, что сделали его младший брат, невестка и многие из его друзей. Его интерес к политике, как и умение читать на санскрите, был естественным результатом постоянного стремления к знаниям. По его собственным словам, он был также глубоко встревожен взрывом антисемитизма в фашистской Германии и Испании и вкладывал по 1000 долларов в год из своего ежегодного заработка в 15 000 долларов в проекты, связанные с деятельностью коммунистических групп. После встречи с Китти Харрисон, ставшей в 1940 году его женой, Оппенгеймер расстался с Джин Тэтлок и отошел от круга ее друзей с левыми убеждениями.
В 1939 году Соединенные Штаты узнали, что в рамках подготовки к глобальной войне гитлеровская Германия открыла расщепление атомного ядра. Оппенгеймер и другие ученые сразу же догадались, что немецкие физики попытаются получить управляемую цепную реакцию, которая могла стать ключом с созданию оружия, гораздо более разрушительного, чем любое существовавшее на тот момент. Заручившись поддержкой великого научного гения, Альберта Эйнштейна, обеспокоенные ученые в своем знаменитом письме предупредили Президента Франклина Д. Рузвельта об опасности. Санкционируя финансирование проектов, направленных на создание неиспытанного оружия, президент действовал в обстановке строгой секретности. По иронии судьбы, совместно с американскими учеными в лабораториях, разбросанных по всей стране, работали многие ведущие ученые мира, вынужденные бежать со своей родины. Одна часть университетских групп исследовала возможность создания ядерного реактора, другие взялись за решение проблемы отделения изотопов урана, необходимых для высвобождения энергии в цепной реакции. Оппенгеймеру, который до этого был занят теоретическими проблемами, предложили заняться организацией широкого фронта работ только в начале 1942 года.
Программа армии США по созданию атомной бомбы получила кодовое название «Проект Манхэттен», ее возглавил 46-летний полковник Лесли Р. Гровс, профессиональный военный. Гровс, который характеризовал ученых, работавших над созданием атомной бомбы, как «дорогостоящее сборище чокнутых», однако, признавал, что Оппенгеймер обладал способностью, до тех пор не востребованной, управлять своими коллегами-спорщиками, когда накалялась атмосфера. Физик предложил, чтобы всех ученых объединили в одной лаборатории в тихом провинциальном городке Лос-Аламос, штат Нью-Мексико, в районе, который он хорошо знал. К марту 1943 года закрытый пансион для мальчиков был превращен в строго охраняемый секретный центр, научным директором которого стал Оппенгеймер. Настояв на свободном обмене информацией между учеными, которым строго-настрого запрещалось покидать пределы центра, Оппенгеймер создал атмосферу доверия и взаимного уважения, что способствовало удивительным успехам в работе. Не щадя себя, он оставался руководителем всех направлений этого сложного проекта, хотя от этого сильно пострадала его личная жизнь. Но для смешанной группы ученых - среди которых было больше десятка тогдашних или будущих нобелевских лауреатов и из которых редкий человек не обладал ярко выраженной индивидуальностью -Оппенгеймер был необыкновенно преданным делу руководителем и тонким дипломатом. Большинство из них согласились бы, что львиная доля заслуги в окончательном успехе проекта принадлежит ему. К 30 декабря 1944 года Гровс, ставший к тому времени генералом, мог с уверенностью сказать, что на затраченные два миллиарда долларов будет создана готовая к действию бомба к 1 августа следующего года. Но когда в мае 1945 года Германия признала свое поражение, многие из работавших в Лос-Аламосе исследователей стали задумываться об использовании нового оружия. Ведь, вероятно, Япония вскоре капитулировала бы и без атомной бомбардировки. Нужно ли Соединенным Штатам становиться первой в мире страной, применившей такое ужасное устройство? Гарри С. Трумэн, ставший президентом после смерти Рузвельта, назначил комитет для изучения возможных последствий использования атомной бомбы, в который вошел и Оппенгеймер. Специалисты решили рекомендовать сбросить атомную бомбу без предупреждения на крупный японский военный объект. Было получено и согласие Оппенгеймера.
Все эти тревоги были бы, конечно, спорными, если бы бомба не сработала. Испытание первой в мире атомной бомбы было проведено 16 июля 1945 года примерно в 80 километрах от авиационной базы в Аламогордо, штат Нью-Мексико. Испытываемое устройство, названное за его выпуклую форму «Толстяком», прикрепили к стальной вышке, установленной в пустынной местности. Ровно в 5.30 утра детонатор с дистанционным управлением привел бомбу в действие. С отдающимся эхом грохотом на участке диаметром в 1,6 километра в небо взметнулся гигантский фиолетово-зелено-оранжевый огненный шар. Земля содрогнулась от взрыва, вышка исчезла. К небу стремительно поднялся белый столб дыма и стал постепенно расширяться, принимая на высоте около 11 километров устрашающую форму гриба. Первый ядерный взрыв поразил научных и военных наблюдателей, находившихся рядом с местом испытания, и вскружил им головы. Но Оппенгеймеру вспомнились строки из индийской эпической поэмы «Бхагавадгита»: «Я стану Смертью, истребителем миров». До конца его жизни к удовлетворению от научных успехов всегда примешивалось чувство ответственности за последствия.
Утром 6 августа 1945 г. над Хиросимой было ясное, безоблачное небо. Как и прежде, приближение с востока двух американских самолета (один из них назывался Энола Гей) на высоте 10-13 км не вызвало тревоги (т.к. каждый день они показывались в небе Хиросимы). Один из самолетов спикировал и что-то сбросил, а затем оба самолета повернули и улетели. Сброшенный предмет на парашюте медленно спускался и вдруг на высоте 600 м над землей взорвался. Это была бомба "Малыш".
Через три дня после того, как «Малыш» был взорван в Хиросиме, точная копия первого «Толстяка» была сброшена на город Нагасаки. 15 августа Япония, чья решимость была окончательно сломлена этим новым оружием, подписала безоговорочную капитуляцию. Однако уже стали слышны голоса скептиков, и сам Оппенгеймер предсказал через два месяца после Хиросимы, что «человечество проклянет названия Лос-Аламос и Хиросима».
Весь мир был шокирован взрывами в Хиросиме и Нагасаки. Что характерно, Оппенгеймеру удалось сочетать в себе переживания по поводу испытания бомбы на мирных гражданах и радости, что оружие наконец-то проверено.
Тем не менее на следующий год он принял назначение на пост председателя научного совета Комиссии по атомной энергии (КАЭ), став тем самым наиболее влиятельным советником правительства и военных по ядерным проблемам. Пока Запад и возглавляемый Сталиным Советский Союз всерьез готовились к холодной войне, каждая из сторон сосредоточила свое внимание на гонке вооружений. Хотя многие из ученых, входивших в «Проект Манхэттен», не поддерживали идею создания нового оружия, бывшие сотрудники Оппенгеймера Эдвард Теллер и Эрнест Лоуренс посчитали, что национальная безопасность США требует скорейшей разработки водородной бомбы. Оппенгеймер пришел в ужас. С его точки зрения, две ядерные державы и так уже противостояли друг другу, как «два скорпиона в банке, каждый в состоянии убить другого, но только с риском для собственной жизни». С распространением нового оружия в войнах больше не было бы победителей и побежденных - только жертвы. И «отец атомной бомбы» сделал публичное заявление, что он против разработки водородной бомбы. Всегда чувствовавший себя при Оппенгеймере не в своей тарелке и явно завидовавший его достижениям, Теллер стал прилагать усилия, чтобы возглавить новый проект, подразумевая, что Оппенгеймер больше не должен принимать участие в работе. Он рассказал следователям ФБР, что его соперник своим авторитетом удерживает ученых от работы над водородной бомбой, и открыл секрет, что в молодости Оппенгеймер страдал приступами сильной депрессии. Когда Президент Трумэн дал в 1950 году согласие на финансирование работ по созданию водородной бомбы, Теллер мог праздновать победу.
В 1954 году враги Оппенгеймера развернули кампанию по его удалению от власти, что им удалось - после занявших месяц поисков "черных пятен" в его личной биографии. В результате было организовано показное дело, в котором против Оппенгеймера выступали многие влиятельные политические и научные деятели. Как позже высказался по этому поводу Альберт Эйнштейн: «Проблема Оппенгеймера заключалась в том, что он любил женщину, которая не любила его: правительство США».
Позволив расцвести таланту Оппенгеймера, Америка обрекла его на погибель.
Оппенгеймер известен не только как создатель американской атомной бомбы. Ему принадлежат многие работы по квантовой механике, теории относительности, физике элементарных частиц, теоретической астрофизике. В 1927 он разработал теорию взаимодействия свободных электронов с атомами. Совместно с Борном создал теорию строения двухатомных молекул. В 1931 он и П.Эренфест сформулировали теорему, применение которой к ядру азота показало, что протонно-электронная гипотеза строения ядер приводит к ряду противоречий с известными свойствами азота. Исследовал внутреннюю конверсию g -лучей. В 1937 разработал каскадную теорию космических ливней, в 1938 сделал первый расчет модели нейтронной звезды, в 1939 предсказал существование «черных дыр».
Оппенгеймеру принадлежит ряд популярных книг, в том числе – Наука и обыденное познание (Science and the Common Understanding , 1954), Открытый разум (The Open Mind , 1955), Некоторые размышления о науке и культуре (Some Reflections on Science and Culture , 1960). Умер Оппенгеймер в Принстоне 18 февраля 1967.
Работы над атомными проектами в СССР и США начались одновременно. В августе 1942 года в одном из зданий во дворе Казанского университета начала работать секретная «Лаборатория №2». Её руководителем был назначен Игорь Курчатов.
В советские времена утверждалось, что СССР решил свою атомную задачу совершенно самостоятельно, а Курчатов считался «отцом» отечественной атомной бомбы. Хотя и ходили слухи о некоторых украденных у американцев секретах. И только в 90-х годах, спустя 50 лет, один из главных действующих тогда лиц – Юлий Харитон рассказал о существенной роли разведки в ускорении отставшего советского проекта. А американские научные и технические результаты добывал приехавший в английской группе Клаус Фукс.
Информация из-за рубежа помогла руководству страны принять трудное решение - начать работы по ядерному оружию в ходе тяжелейшей войны. Разведка позволила нашим физикам сэкономить время, помогла избежать "осечки" при первом атомном испытании, имевшем огромное политическое значение.
В 1939 году была открыта цепная реакция деления ядер урана-235, сопровождающаяся выделением колоссальной энергии. Вскоре после этого со страниц научных журналов начали исчезать статьи по ядерной физике. Это могло свидетельствовать о реальной перспективе создания атомного взрывчатого вещества и оружия на его основе.
После открытия советскими физиками спонтанного деления ядер урана-235 и определения критической массы в резидентуру по инициативе начальника НТР Л. Квасникова была разослана соответствующая директива.
В ФСБ России (бывший КГБ СССР) под грифом "хранить вечно" покоятся 17 томов архивного дела N 13676, где документально зафиксировано, кто и как привлекал граждан США к работе на советскую разведку. Лишь немногие из высшего руководства КГБ СССР имели доступ к материалам этого дела, гриф секретности с которого снят лишь недавно. Первые сведения о работах по созданию американской атомной бомбы советская разведка получила осенью 1941 года. А уже в марте 1942 года обширная информация о ведущихся в США и Англии исследованиях легла на стол И. В. Сталина. По словам Ю. Б. Харитона, в тот драматический период надежнее было использовать для первого нашего взрыва уже испытанную американцами схему бомбы. "Учитывая государственные интересы, любое другое решение было тогда недопустимым. Заслуга Фукса и других наших помощников за рубежом несомненна. Однако мы реализовали американскую схему при первом испытании не столько из технических, сколько из политических соображений.
Сообщение о том, что Советский Союз овладел секретом ядерного оружия вызвало у правящих кругов США желание как можно быстрее развязать превентивную войну. Был разработан план "Тройан", в котором предусматривалось начать боевые действия 1 января 1950 года. На то время США располагало 840 стратегическими бомбардировщиками в строевых частях, 1350 - в резерве и свыше 300 атомными бомбами.
В районе г. Семипалатинска был построен испытательный полигон. Ровно в 7.00 утра 29 августа 1949 года на этом полигоне было подорвано первое советское ядерное устройство под кодовым названием "РДС-1".
План "Тройан", согласно которому на 70 городов СССР должны были быть сброшены атомные бомбы, был сорван из-за угрозы ответного удара. Событие, происшедшее на Семипалатинском полигоне, известило мир о создании в СССР ядерного оружия.
Внешняя разведка не только привлекла внимание руководства страны к проблеме создания на Западе атомного оружия и тем самым инициировала проведение подобных работ в нашей стране. Благодаря информации внешней разведки, по признанию академиков А.Александрова, Ю.Харитона и других, И.Курчатов не сделал больших ошибок, нам удалось избежать тупиковых направлений в создании атомного оружия и создать в более короткие сроки атомную бомбу в СССР, всего за три года, тогда как США на это потратили четыре года, израсходовав на ее создание пять миллиардов долларов.
Как отметил в интервью газете "Известия" от 8 декабря 1992 г., первый советский атомный заряд был изготовлен по американскому образцу с помощью сведений, полученных от К.Фукса. По словам академика, когда вручались правительственные награды участникам советского атомного проекта, Сталин, удовлетворенный тем, что американской монополии в этой области не существует, заметил: "Если бы мы опоздали на один-полтора года, то, наверное, испробовали бы этот заряд на себе".
В течение двух лет группа Гейзенберга провела исследования, необходимые для создания атомного реактора с использованием урана и тяжелой воды. Было подтверждено, что взрывчатым веществом может служить лишь один из изотопов, а именно — уран-235, содержащийся в очень небольшой концентрации в обычной урановой руде. Первая проблема заключалась в том, как его оттуда вычленить. Отправной точкой программы создания бомбы был атомный реактор, для которого — в качестве замедлителя реакции — требовался графит либо тяжелая вода. Немецкие физики выбрали воду, создав себе тем самым серьезную проблему. После оккупации Норвегии в руки нацистов перешел в то время единственный в мире завод по производству тяжелой воды. Но там запас необходимого физикам продукта к началу войны составлял лишь десятки килограммов, да и они не достались немцам — французы увели ценную продукцию буквально из-под носа нацистов. А в феврале 1943 года заброшенные в Норвегию английские коммандос с помощью бойцов местного сопротивления вывели завод из строя. Реализация ядерной программы Германии оказалась под угрозой. На этом злоключения немцев не кончились: в Лейпциге взорвался опытный ядерный реактор. Урановый проект поддерживался Гитлером лишь до тех пор, пока оставалась надежда получить сверхмощное оружие до конца развязанной им войны. Гейзенберга пригласил Шпеер и спросил прямо: «Когда можно ожидать создания бомбы, способной быть подвешенной к бомбардировщику?» Ученый был честен: «Полагаю, потребуется несколько лет напряженной работы, в любом случае на итоги текущей войны бомба повлиять не сможет». Германское руководство рационально посчитало, что форсировать события не имеет смысла. Пусть ученые спокойно работают — к следующей войне, глядишь, успеют. В итоге Гитлер решил сосредоточить научные, производственные и финансовые ресурсы только на проектах, дающих скорейшую отдачу в создании новых видов оружия. Государственное финансирование работ по урановому проекту было свернуто. Тем не менее работы ученых продолжались.
Манфред фон Арденне, разработавший метод газодиффузионной очистки и разделения изотопов урана в центрифуге.
В 1944 году Гейзенберг получил литые урановые пластины для большой реакторной установки, под которую в Берлине уже сооружался специальный бункер. Последний эксперимент по достижению цепной реакции был намечен на январь 1945 года, но 31 января все оборудование спешно демонтировали и отправили из Берлина в деревню Хайгерлох неподалеку от швейцарской границы, где оно было развернуто только в конце февраля. Реактор содержал 664 кубика урана общим весом 1525 кг, окруженных графитовым замедлителем-отражателем нейтронов весом 10 т. В марте 1945 года в активную зону дополнительно влили 1,5 т тяжелой воды. 23 марта в Берлин доложили, что реактор заработал. Но радость была преждевременна — реактор не достиг критической точки, цепная реакция не пошла. После перерасчетов оказалось, что количество урана необходимо увеличить по крайней мере на 750 кг, пропорционально увеличив массу тяжелой воды. Но запасов ни того ни другого уже не оставалось. Конец Третьего рейха неумолимо приближался. 23 апреля в Хайгерлох вошли американские войска. Реактор был демонтирован и вывезен в США.
Тем временем за океаном
Параллельно с немцами (лишь с небольшим отставанием) разработками атомного оружия занялись в Англии и в США. Начало им положило письмо, направленное в сентябре 1939 года Альбертом Эйнштейном президенту США Франклину Рузвельту. Инициаторами письма и авторами большей части текста были физики-эмигранты из Венгрии Лео Силард, Юджин Вигнер и Эдвард Теллер. Письмо обращало внимание президента на то, что нацистская Германия ведет активные исследования, в результате которых может вскоре обзавестись атомной бомбой.
В 1933 году немецкий коммунист Клаус Фукс бежал в Англию. Получив в Бристольском университете диплом физика, он продолжал работать. В 1941 году Фукс сообщил о своем участии в атомных исследованиях агенту советской разведки Юргену Кучинскому, который проинформировал советского посла Ивана Майского. Тот поручил военному атташе срочно установить контакт с Фуксом, которого в составе группы ученых собирались переправить в США. Фукс согласился работать на советскую разведку. В работе с ним были задействованы многие советские разведчики-нелегалы: супруги Зарубины, Эйтингон, Василевский, Семенов и другие. В результате их активной деятельности уже в январе 1945 года СССР имел описание конструкции первой атомной бомбы. При этом советская резидентура в США сообщила, что американцам потребуется минимум один год, но не более пяти лет для создания существенного арсенала атомного оружия. В сообщении также говорилось, что взрыв первых двух бомб, возможно, будет произведен уже через несколько месяцев. На фото — операция Crossroads, серия тестов атомной бомбы, проведенная США на атолле Бикини летом 1946 года. Целью было испытать эффект атомного оружия на кораблях.
В СССР первые сведения о работах, проводимых как союзниками, так и противником, были доложены Сталину разведкой еще в 1943 году. Сразу же было принято решение о развертывании подобных работ в Союзе. Так начался советский атомный проект. Задания получили не только ученые, но и разведчики, для которых добыча ядерных секретов стала сверхзадачей.
Ценнейшие сведения о работе над атомной бомбой в США, добытые разведкой, очень помогли продвижению советского ядерного проекта. Участвовавшие в нем ученые сумели избежать тупиковых путей поиска, тем самым существенно ускорив достижение конечной цели.
Опыт недавних врагов и союзников
Естественно, советское руководство не могло оставаться безразличным и к немецким атомным разработкам. По окончании войны в Германию была направлена группа советских физиков, среди которых были будущие академики Арцимович, Кикоин, Харитон, Щелкин. Все были закамуфлированы в форму полковников Красной армии. Операцией руководил первый заместитель наркома внутренних дел Иван Серов, что открывало любые двери. Кроме нужных немецких ученых «полковники» разыскали тонны металлического урана, что, по признанию Курчатова, сократило работу над советской бомбой не менее чем на год. Немало урана из Германии вывезли и американцы, прихватив и специалистов, работавших над проектом. А в СССР, помимо физиков и химиков, отправляли механиков, электротехников, стеклодувов. Некоторых находили в лагерях военнопленных. Например, Макса Штейнбека, будущего советского академика и вице-президента АН ГДР, забрали, когда он по прихоти начальника лагеря изготовлял солнечные часы. Всего по атомному проекту в СССР работали не менее 1000 немецких специалистов. Из Берлина была целиком вывезена лаборатория фон Арденне с урановой центрифугой, оборудование Кайзеровского института физики, документация, реактивы. В рамках атомного проекта были созданы лаборатории «А», «Б», «В» и «Г», научными руководителями которых стали прибывшие из Германии ученые.
К.А. Петржак и Г. Н. Флеров
В 1940 году в лаборатории Игоря Курчатова двумя молодыми физиками был открыт новый, очень своеобразный вид радиоактивного распада атомных ядер — спонтанное деление.
Лабораторией «А» руководил барон Манфред фон Арденне, талантливый физик, разработавший метод газодиффузионной очистки и разделения изотопов урана в центрифуге. Поначалу его лаборатория располагалась на Октябрьском поле в Москве. К каждому немецкому специалисту было приставлено по пять-шесть советских инженеров. Позже лаборатория переехала в Сухуми, а на Октябрьском поле со временем вырос знаменитый Курчатовский институт. В Сухуми на базе лаборатории фон Арденне сложился Сухумский физико-технический институт. В 1947 году Арденне удостоился Сталинской премии за создание центрифуги для очистки изотопов урана в промышленных масштабах. Через шесть лет Арденне стал дважды Сталинским лауреатом. Жил он с женой в комфортабельном особняке, жена музицировала на привезенном из Германии рояле. Не были обижены и другие немецкие специалисты: они приехали со своими семьями, привезли с собой мебель, книги, картины, были обеспечены хорошими зарплатами и питанием. Были ли они пленными? Академик А.П. Александров, сам активный участник атомного проекта, заметил: «Конечно, немецкие специалисты были пленными, но пленными были и мы сами».
Николаус Риль, уроженец Санкт-Петербурга, в 1920-е годы переехавший в Германию, стал руководителем лаборатории «Б», которая проводила исследования в области радиационной химии и биологии на Урале (ныне город Снежинск). Здесь с Рилем работал его старый знакомый еще по Германии, выдающийся русский биолог-генетик Тимофеев-Ресовский («Зубр» по роману Д. Гранина).
В декабре 1938 года немецкие физики Отто Ган и Фриц Штрассман впервые в мире осуществили искусственное расщепление ядра атома урана.
Получив признание в СССР как исследователь и талантливый организатор, умеющий находить эффективные решения сложнейших проблем, доктор Риль стал одной из ключевых фигур советского атомного проекта. После успешного испытания советской бомбы он стал Героем Социалистического Труда и лауреатом Сталинской премии.
Работы лаборатории «В», организованной в Обнинске, возглавил профессор Рудольф Позе, один из пионеров в области ядерных исследований. Под его руководством были созданы реакторы на быстрых нейтронах, первая в Союзе АЭС, началось проектирование реакторов для подводных лодок. Объект в Обнинске стал основой для организации Физико-энергетического института имени А.И. Лейпунского. Позе работал до 1957 года в Сухуми, затем — в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне.
Отцами атомной бомбы официально признаны американец Роберт Оппенгеймер и советский ученый Игорь Курчатов. Но параллельно смертоносное оружие разрабатывали и в других странах (Италии, Дании, Венгрии), поэтому открытие по праву принадлежит всем.
Первыми занялись этим вопросом немецкие физики Фриц Штрассман и Отто Ган, которым в декабре 1938 года впервые удалось искусственно расщепить атомное ядро урана. А через полгода на полигоне Куммерсдорф под Берлином уже сооружали первый реактор и срочно закупали в Конго урановую руду.
«Урановый проект» - немцы начинают и проигрывают
В сентябре 1939 года «Урановый проект» засекретили. Для участия в программе привлекли 22 авторитетных научных центра, курировал исследования министр вооружений Альберт Шпеер. Сооружение установки для разделения изотопов и производство урана для вытяжки из него изотопа, поддерживающего цепную реакцию, поручили концерну «ИГ Фарбениндустри».
Два года группа маститого ученого Гейзенберга изучала возможности создания реактора с и тяжелой воды. Потенциальное взрывчатое вещество (изотоп уран-235) можно было вычленить из урановой руды.
Но для необходим ингибитор, замедляющий реакцию, – графит или тяжелая вода . Выбор последнего варианта создал непреодолимую проблему.
Единственный завод по производству тяжелой воды, который находился в Норвегии, после оккупации был выведен из строя бойцами местного сопротивления, а небольшие запасы ценного сырья были вывезены во Францию.
Быстрой реализации ядерной программы помешал также взрыв опытного ядерного реактора в Лейпциге.
Гитлер поддерживал урановый проект до тех пор, пока надеялся получить сверхмощное оружие, способное повлиять на исход развязанной им войны. После сокращения государственного финансирования программы работы какое-то время продолжались.
В 1944 году Гейзенбергу удалось создать литые урановые пластины, под реакторную установку в Берлине соорудили специальный бункер.
Завершить эксперимент для достижения цепной реакции планировали в январе 1945 года, но через месяц оборудование срочно переправили к швейцарской границе, где его развернули только через месяц. В ядерном реакторе было 664 кубика урана массой 1525 кг. Он был окружен графитовым отражателем нейтронов массой 10 тонн, в активную зону дополнительно загрузили полторы тонны тяжелой воды.
23 марта реактор наконец-то заработал, но доклад в Берлин был преждевременным: критической отметки реактор не достиг, и цепная реакция не возникла. Дополнительные расчеты показали, что массу урана надо увеличить, как минимум, на 750 кг, пропорционально добавив и количество тяжелой воды.
Но запасы стратегического сырья были на пределе, как и судьба Третьего рейха. 23 апреля в деревню Хайгерлох, где проводились испытания, вошли американцы. Военные демонтировали реактор и переправили его в США.
Первые атомные бомбы в США
Чуть позже немцев занялись разработкой атомной бомбы в США и Великобритании. Все началось с письма Альберта Эйнштейна и его соавторов, физиков-эмигрантов, направленного ими в сентябре 1939 года президенту США Франклину Рузвельту.
В обращении подчеркивалось, что нацистская Германия близка к созданию атомной бомбы.
О работах над ядерным оружием (как союзников, так и противников) впервые Сталин узнал от разведчиков в 1943 году. Сразу же приняли решение о создании аналогичного проекта в СССР. Указания выдали не только ученым, но и разведке, для которой добыча любых сведений о ядерных секретах стала сверхзадачей.
Бесценная информация о разработках американских ученых, которую удалось получить советским разведчикам, существенно продвинула отечественный ядерный проект. Она помогла нашим ученым избежать малоэффективных путей поиска и значительно ускорить сроки реализации конечной цели.
Серов Иван Александрович - руководитель операции по созданию бомбы
Конечно, советское правительство не могло оставить без внимания успехи немецких физиков-ядерщиков. После войны в Германию отправили группу советских физиков – будущих академиков в форме полковников Советской армии.
Руководителем операции был назначен Иван Серов – первый замнаркома внутренних дел, это позволяло ученым открывать любые двери.
Кроме немецких коллег, они разыскали запасы металлического урана. Это, по мнению Курчатова, сократило сроки разработки советской бомбы не менее, чем на год. Не одну тонну урана и ведущих специалистов-ядерщиков вывезли из Германии и американские военные.
В СССР отправляли не только химиков и физиков, но и квалифицированную рабочую силу – механиков, электрослесарей, стеклодувов. Часть сотрудников нашли в лагерях для военнопленных. В общей сложности над советским атомным проектом работало около 1000 немецких специалистов.
Немецкие ученые и лаборатории на территории СССР в послевоенные годы
Из Берлина перевезли урановую центрифугу и другое оборудование, а также документы и реактивы лаборатории фон Арденне и Кайзеровского института физики. В рамках программы создали лаборатории «А», «Б», «В», «Г», которые возглавили немецкие ученые.
Руководителем лаборатории «А» был барон Манфред фон Арденне, который разработал способ газодиффузионной очистки и разделения изотопов урана в центрифуге.
За создание такой центрифуги (только в промышленных масштабах) в 1947 году он получил Сталинскую премию. В то время лаборатория располагалась в Москве, на месте знаменитого Курчатовского института. В команде каждого немецкого ученого было 5-6 советских специалистов.
Позже лаборатория «А» была вывезена в Сухуми, где на ее базе создан физико-технический институт. В 1953-м барон фон Арденне второй раз стал Сталинским лауреатом.
Лабораторию «Б», проводившую эксперименты в области радиационной химии на Урале, возглавлял Николаус Риль – ключевая фигура проекта. Там, в Снежинске, с ним работал талантливый русский генетик Тимофеев-Ресовский, с которым они дружили еще в Германии. Успешное испытание атомной бомбы принесло Рилю звезду Героя Социалистического Труда и Сталинскую премию.
Исследованиями лаборатории «В» в Обнинске руководил профессор Рудольф Позе – пионер в сфере ядерных испытаний. Его команде удалось создать реакторы на быстрых нейтронах, первую в СССР АЭС, проекты реакторов для подводных лодок.
На базе лаборатории позже был создан Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского. До 1957 года профессор работал в Сухуми, потом – в Дубне, в Объединенном институте ядерных технологий.
Лабораторию «Г», размещенную в сухумском санатории «Агудзеры», возглавлял Густав Герц. Племянник знаменитого ученого XIX века получил известность после серии экспериментов, подтвердивших идеи квантовой механики и теорию Нильса Бора.
Результаты его продуктивной работы в Сухуми применили при создании промышленной установки в Новоуральске, где в 1949 году сделали начинку первой советской бомбы РДС-1.
Урановая бомба, которую американцы сбросили на Хиросиму, была пушечного типа. При создании РДС-1 отечественные физики-атомщики ориентировались на Fat Boy – «бомбу Нагасаки», сделанную из плутония по имплозивному принципу.
В 1951 году за плодотворную деятельность Герц был удостоен Сталинской премии.
Немецкие инженеры и ученые жили в комфортабельных домах, из Германии они перевезли свои семьи, мебель, картины, их обеспечили достойной зарплатой и спецпитанием. Был ли у них статус пленных? По мнению академика А.П. Александрова, активного участника проекта, пленными в таких условиях были они все.
Получив разрешение вернуться на родину, немецкие специалисты дали подписку о неразглашении своего участия в советском атомном проекте в течение 25 лет. В ГДР они продолжили работу по специальности. Барон фон Арденне был дважды лауреатом немецкой Национальной премии.
Профессор возглавлял Физический институт в Дрездене, который создали под эгидой Научного совета по мирному применению атомной энергии. Руководил Научным советом Густав Герц, получивший Национальную премию ГДР за свой трехтомный учебник по атомной физике. Здесь же, в Дрездене, в Техническом университете, трудился и профессор Рудольф Позе.
Участие в советском атомном проекте немецких специалистов, так же как и достижения советской разведки, не уменьшают заслуги советских ученых, которые своим героическим трудом создали отечественное атомное оружие. И все же без вклада каждого участника проекта создание атомной промышленности и ядерной бомбы растянулось бы на неопределенны
При подрыве ядерного боеприпаса происходит ядерный взрыв , поражающими факторами которого являются:
Люди, непосредственно подвергшиеся воздействию поражающих факторов ядерного взрыва, кроме физических повреждений, испытывают мощное психологическое воздействие от ужасающего вида картины взрыва и разрушений. Электромагнитный импульс непосредственного влияния на живые организмы не оказывает, но может нарушить работу электронной аппаратуры.
Классификация ядерных боеприпасов
Все ядерные боеприпасы могут быть разделены на две основные категории:
- «Атомные» - однофазные или одноступенчатые взрывные устройства, в которых основной выход энергии происходит от ядерной реакции деления тяжелых ядер (урана-235 или плутония) с образованием более лёгких элементов.
- Термоядерное оружие (также «водородные») - двухфазные или двухступенчатые взрывные устройства, в которых последовательно развиваются два физических процесса, локализованных в различных областях пространства: на первой стадии основным источником энергии является реакция деления тяжелых ядер, а на второй реакции деления и термоядерного синтеза используются в различных пропорциях, в зависимости от типа и настройки боеприпаса.
Реакция термоядерного синтеза, как правило, развивается внутри делящейся сборки и служит мощным источником дополнительных нейтронов. Только ранние ядерные устройства в 40-х годах XX в., немногочисленные бомбы пушечной сборки в 1950-х, некоторые ядерные артиллерийские снаряды, а также изделия ядерно-технологически слаборазвитых государств (ЮАР, Пакистан, КНДР) не используют термоядерный синтез в качестве усилителя мощности ядерного взрыва. Вопреки устойчивому стереотипу, в термоядерных (то есть двухфазных) боеприпасах бо́льшая часть энергии (до 85%) выделяется за счет деления ядер урана-235/плутония-239 и/или урана-238. Вторая ступень любого такого устройства может быть оснащена тампером из урана-238, который эффективно делится от быстрых нейтронов реакции синтеза. Так достигается многократное увеличение мощности взрыва и чудовищный рост количества радиоактивных осадков. С легкой руки Р. Юнга, автора знаменитой книги Ярче тысячи солнц, написанной в 1958 году по «горячим следам» Манхэттенского проекта , такого рода «грязные» боеприпасы принято называть FFF (fusion-fission-fusion) или трехфазными. Однако этот термин не является вполне корректным. Почти все «FFF» относится к двухфазным и отличаются только материалом тампера, который в «чистом» боеприпасе может быть выполнен из свинца, вольфрама и т. д. Исключением являются устройства типа «Слойки» Сахарова , которые следует отнести к однофазным, хотя они имеют слоистую структуру взрывчатого вещества (ядро из плутония - слой дейтерида лития-6 - слой урана 238). В США такое устройство получило название Alarm Clock (Часы с будильником). Схема последовательного чередования реакций деления и синтеза реализована в двухфазных боеприпасах, в которых можно насчитать до 6 слоев при весьма «умеренной» мощности. Примером служит относительно современная боеголовка W88, в которой первая секция (primary) содержит два слоя, вторая секция (secondary) имеет три слоя, и ещё одним слоем является общая для двух секций оболочка из урана-238 (см. рисунок).
- Иногда в отдельную категорию выделяется нейтронное оружие - двухфазный боеприпас малой мощности (от 1 кт до 25 кт), в котором 50-75% энергии получается за счет термоядерного синтеза. Поскольку основным переносчиком энергии при синтезе являются быстрые нейтроны, то при взрыве такого боеприпаса выход нейтронов может в несколько раз превышать выход нейтронов при взрывах однофазных ядерных взрывных устройств сравнимой мощности. За счет этого достигается существенно больший вес поражающих факторов нейтронное излучение и наведённая радиоактивность (до 30% от общего энерговыхода), что может быть важным с точки зрения задачи уменьшения радиоактивных осадков и снижения разрушений на местности при высокой эффективности применения против танков и живой силы. Следует отметить мифический характер представлений о том, что нейтронное оружие поражает исключительно людей и оставляет в сохранности строения. По разрушительному воздействию взрыв нейтронного боеприпаса в сотни раз превосходит любой неядерный боеприпас.
Пушечная схема
«Пушечная схема» использовалась в некоторых моделях ядерного оружия первого поколения. Суть пушечной схемы заключается в выстреливании зарядом пороха одного блока делящегося вещества докритической массы («пуля») в другой - неподвижный («мишень»). Блоки рассчитаны так, что при соединении их общая масса становится сверхкритической.
Данный способ детонации возможен только в урановых боеприпасах, так как плутоний имеет на два порядка более высокий нейтронный фон, что резко повышает вероятность преждевременного развития цепной реакции до соединения блоков. Это приводит к неполному выходу энергии (fizzle или «пшик»). Для реализации пушечной схемы в плутониевых боеприпасах требуется увеличение скорости соединения частей заряда до технически недостижимого уровня. Кроме того, уран лучше, чем плутоний, выдерживает механические перегрузки.
Классическим примером такой схемы является бомба «Малыш » («Little Boy»), сброшенная на Хиросиму 6 августа г. Уран для её производства был добыт в Бельгийском Конго (ныне Демократическая Республика Конго), в Канаде (Большое Медвежье озеро) и в США (штат Колорадо). В бомбе «Little Boy» для этой цели использовался укороченный до 1,8 м ствол морского орудия калибра 16,4 см, при этом урановая «мишень» представляла собой цилиндр диаметром 100 мм, на который при «выстреле» надвигалась цилиндрическая «пуля» сверхкритической массы (38,5 кг) с соответствующим внутренним каналом. Такой «интуитивно непонятный» дизайн был сделан для снижения нейтронного фона мишени: в нём она находилась не вплотную, а на расстоянии 59 мм от нейтронного отражателя («тампера»). В результате риск преждевременного начала цепной реакции деления с неполным энерговыделением снижался до нескольких процентов.
Имплозивная схема
Эта схема детонации подразумевает получение сверхкритического состояния путём обжатия делящегося материала сфокусированной ударной волной, создаваемой взрывом химической взрывчатки. Для фокусировки ударной волны используются так называемые взрывные линзы, и подрыв производится одновременно во многих точках с прецизионной точностью. Создание подобной системы расположения взрывчатки и подрыва являлось в своё время одной из наиболее трудных задач. Формирование сходящейся ударной волны обеспечивалось использованием взрывных линз из «быстрой» и «медленной» взрывчаток - ТАТВ (Триаминотринитробензол) и баратола (смесь тринитротолуола с нитратом бария), и некоторыми добавками) (см. анимацию).
По такой схеме был исполнен и первый ядерный заряд (ядерное устройство «Gadget» (англ. gadget - приспособление), взорванный на башне в испытательных целях в ходе испытаний с выразительным названием «Trinity» («Троица») 16 июля 1945 года на полигоне неподалеку от местечка Аламогордо в штате Нью-Мексико), и вторая из примененных по назначению атомных бомб - «Толстяк » («Fat Man»), сброшенная на Нагасаки. Фактически, «Gadget» был лишенным внешней оболочки прототипом бомбы «Толстяк». В этой первой атомной бомбе в качестве нейтронного инициатора был использован так называемый «ёжик» (англ. urchin ). (Технические подробности см. в статье «Толстяк ».) Впоследствии эта схема была признана малоэффективной, и неуправляемый тип нейтронного инициирования почти не применялся в дальнейшем.
В ядерных зарядах на основе реакции деления в центре полой сборки обычно размещается небольшое количество термоядерного топлива (дейтерий и тритий), которое нагревается и сжимается в процессе деления сборки до такого состояния, что в нём начинается термоядерная реакция синтеза. Эту газовую смесь необходимо непрерывно обновлять, чтобы скомпенсировать непрерывно идущий самопроизвольный распад ядер трития. Выделяющиеся при этом дополнительные нейтроны инициируют новые цепные реакции в сборке и возмещают убыль нейтронов, покидающих активную зону, что приводит к многократному росту энергетического выхода от взрыва и более эффективному использованию делящегося вещества. Варьируя содержание газовой смеси в заряде получают боеприпасы с регулируемой в широких пределах мощностью взрыва.
Следует отметить, что описанная схема сферической имплозии является архаичной и с середины 1950-х годов почти не применяется. Реально применяемый дизайн Swan (англ. swan - лебедь), основан на использовании эллипсоидальной делящейся сборки, которая в процессе двухточечной, то есть инициированной в двух точках имплозии сжимается в продольном направлении и превращается в надкритическую сферу. Как таковые, взрывные линзы при этом не используются. Детали этого дизайна до сих пор засекречены, но, предположительно, формирование сходящейся ударной волны осуществляется за счет эллипсоидальной формы имплозирующего заряда, так что между ним и находящейся внутри ядерной сборкой остается заполненное воздухом пространство. Тогда равномерное обжатие сборки осуществляется за счет того, что скорость детонации взрывчатки превышает скорость движения ударной волны в воздухе. Существенно более легкий тампер выполняется не из урана-238, а из хорошо отражающего нейтроны бериллия. Можно предположить, что необычное название данного дизайна - «Лебедь» (первое испытание - Inca в 1956 г.) было подсказано образом взмахнувшего крыльями лебедя, который отчасти ассоциируется с фронтом ударной волны, плавно охватывающим с двух сторон сборку. Таким образом оказалось возможным отказаться от сферической имплозии и, тем самым, уменьшить диаметр имплозивного ядерного боеприпаса с 2 м у бомбы «Толстяк » до 30 см и менее. Для самоликвидации такого боеприпаса без ядерного взрыва инициируется только один из двух детонаторов, и плутониевый заряд разрушается несимметричным взрывом безо всякого риска его имплозии.
Мощность ядерного заряда, работающего исключительно на принципе деления тяжёлых элементов, ограничивается десятками килотонн. Энерговыход (англ. yield ) однофазного боеприпаса, усиленного термоядерным зарядом внутри делящейся сборки, может достигать сотен килотонн. Создать однофазное устройство мегатонного класса практически невозможно, увеличение массы делящегося вещества не решает проблему. Дело в том, что энергия, выделяющаяся в результате цепной реакции, раздувает сборку со скоростью порядка 1000 км/с, поэтому она быстро становится докритической и бо́льшая часть делящегося вещества не успевает прореагировать. Например, в сброшенной на город Нагасаки бомбе «Толстяк » успело прореагировать не более 20 % из 6,2 кг заряда плутония, а в уничтожившей Хиросиму бомбе «Малыш » с пушечной сборкой распалось только 1,4 % из 64 кг обогащенного примерно до 80 % урана. Самый мощный в истории однофазный (британский) боеприпас, взорванный в ходе испытаний Orange Herald в г., достиг мощности 720 кт.
Двухфазные боеприпасы позволяют повысить мощность ядерных взрывов до десятков мегатонн. Однако ракеты с разделяющимися боеголовками, высокая точность современных средств доставки и спутниковая разведка сделали устройства мегатонного класса практически ненужными. Тем более, что носители сверхмощных боеприпасов более уязвимы для систем ПРО и ПВО.
Дизайн Теллера-Улама для двухфазного боеприпаса («термоядерная бомба»).
В двухфазном устройстве первая стадия физического процесса (primary ) используется для запуска второй стадии (secondary ), в ходе которой выделяется наибольшая часть энергии. Такую схему принято называть дизайном Теллера-Улама.
Энергия от детонации primary передаётся через специальный канал (interstage ) в процессе радиационной диффузии квантов рентгеновского излучения и обеспечивает детонацию secondary посредством радиационной имплозии тампера/пушера, внутри которого находится дейтерид лития-6 и запальный плутониевый стержень. Последний также служит дополнительным источником энергии вместе с пушером и/или тампером из урана-235 или урана-238, причем совместно они могут давать до 85 % от общего энерговыхода ядерного взрыва. При этом термоядерный синтез служит в большей мере источником нейтронов для деления ядер. Под действием нейтронов деления на ядра Li в составе дейтерида лития образуется тритий , который сразу вступает в реакцию термоядерного синтеза с дейтерием.
В первом двухфазном экспериментальном устройстве Ivy Mike (10,5 Мт в испытании 1952 г.) вместо дейтерида лития использовались сжиженный дейтерий и тритий, но в последующем крайне дорогой чистый тритий непосредственно в термоядерной реакции второй стадии не применялся. Интересно отметить, что только термоядерный синтез обеспечил 97 % основного энерговыхода экспериментальной советской «Царь-бомбе » (она же «Кузькина мать»), взорванной в 1961 г. с абсолютно рекордным выходом энергии около 58 Мт. Наиболее эффективным по отношению мощность/вес двухфазным боеприпасом стал американский «монстр» Mark 41 с мощностью 25 Мт, который выпускался серийно для развертывания на бомбардировщиках B-47 , B-52 и в варианте моноблока для МБР Титан-2. Тампер этой бомбы выполнен из урана-238, поэтому она никогда не испытывалась в полном масштабе. При замене тампера на свинцовый мощность данного устройства понижалась до 3 Мт.
Средства доставки
Средством доставки ядерного боеприпаса к цели может быть практически любое тяжелое вооружение. В частности, тактическое ядерное оружие с 1950-х существует в форме артиллерийских снарядов и мин - боеприпасов для ядерной артиллерии . Носителями ядерного оружия могут быть реактивные снаряды РСЗО , но пока ядерных снарядов для РСЗО не существует . Однако, габариты многих современных ракет РЗСО позволяют разместить в них ядерный заряд, аналогичный применяемому ствольной артиллерией, в то время как некоторые РСЗО, например российский «Смерч », по дальности практически сравнялись с тактическими ракетами, другие же (например, американская система MLRS) способны запускать со своих установок тактические ракеты . Тактические ракеты и ракеты большей дальности являются носителями ядерного оружия. В Договорах по ограничению вооружений в качестве средств доставки ядерного оружия рассматриваются баллистические ракеты , крылатые ракеты и самолеты . Исторически самолеты были первыми средствами доставки ядерного оружия, и именно с помощью самолетов было выполнено единственное в истории боевое ядерное бомбометание :
- На японский город Хиросима 6 августа 1945 года. В 08:15 местного времени самолёт B-29 «Enola Gay» под командованием полковника Пола Тиббетса, находясь на высоте свыше 9 км, произвёл сброс атомной бомбы «Малыш » («Little Boy») на центр Хиросимы. Взрыватель был установлен на высоту 600 метров над поверхностью; взрыв, эквивалентом от 13 до 18 килотонн тротила, произошёл через 45 секунд после сброса.
- На японский город Нагасаки 9 августа 1945 года. В 10:56 самолёт В-29 «Bockscar» под командованием пилота Чарльза Суини прибыл к Нагасаки. Взрыв произошёл в 11:02 местного времени на высоте около 500 метров. Мощность взрыва составила 21 килотонну.
Развитие систем ПВО и ракетного оружия выдвинуло на первый план именно ракеты.
«Старые» ядерные державы США, Россия, Великобритания, Франция и Китай являются т. н. ядерной пятёркой - то есть государствами, которые считаются «легитимными» ядерными державами согласно Договору о нераспространении ядерного оружия . Остальные страны, обладающие ядерным оружием, называются «молодыми» ядерными державами.
Кроме того, на территории нескольких государств, которые являются членами НАТО и другими союзниками, находится или может находиться ядерное оружие США. Некоторые эксперты считают, что в определенных обстоятельствах эти страны могут им воспользоваться .
Испытание термоядерной бомбы на атолле Бикини, 1954 г. Мощность взрыва 11 Мт, из которых 7 Мт выделилось от деления тампера из урана-238
Взрыв первого советского ядерного устройства на Семипалатинском полигоне 29 августа 1949 года. 10 часов 05 минут.
СССР испытал своё первое ядерное устройство мощностью 22 килотонны 29 августа 1949 года на Семипалатинском полигоне . Испытание первой в мире термоядерной бомбы - там же 12 августа 1953 года. Россия стала единственным международно-признанным наследником ядерного арсенала Советского Союза.
Израиль не комментирует информацию о наличии у него ядерного оружия, однако, по единодушному мнению всех экспертов, владеет ядерными боезарядами собственной разработки с конца 1960-х - начала 1970-х гг.
Небольшой ядерный арсенал был у ЮАР , но все шесть собранных ядерных зарядов были добровольно уничтожены при демонтаже режима апартеида в начале 1990-х годов . Полагают, что ЮАР проводила собственные или совместно с Израилем ядерные испытания в районе острова Буве в 1979 году . ЮАР - единственная страна, которая самостоятельно разработала ядерное оружие и при этом добровольно от него отказалась.
По различным причинам добровольно отказались от своих ядерных программ Бразилия , Аргентина , Ливия . В разные годы подозревалось, что ядерное оружие могут разрабатывать ещё несколько стран. В настоящее время предполагается, что наиболее близок к созданию собственного ядерного оружия Иран . Также по мнению многих специалистов, некоторые страны (например, Япония и Германия), не обладающие ядерным оружием, по своим научно-производственным возможностям способны создать его в течение короткого времени после принятия политического решения и финансирования.
Исторически потенциальную возможность создать ядерное оружие второй или даже первой имела нацистская Германия . Однако Урановый проект до разгрома Третьего Рейха завершён не был по ряду причин.
Запасы ядерного оружия в мире
Количество боеголовок (активных и в резерве)
| 1947 | 1952 | 1957 | 1962 | 1967 | 1972 | 1977 | 1982 | 1987 | 1989 | 1992 | 2002 | 2010 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| США | 32 | 1005 | 6444 | ≈26000 | >31255 | ≈27000 | ≈25000 | ≈23000 | ≈23500 | 22217 | ≈12000 | ≈10600 | ≈8500 |
| СССР/Россия | - | 50 | 660 | ≈4000 | 8339 | ≈15000 | ≈25000 | ≈34000 | ≈38000 | ≈25000 | ≈16000 | ≈11000 | |
| Великобритания | - | - | 20 | 270 | 512 | ≈225 |
