Создание атомной бомбы - Ричард Роудс

1944 года, когда она, Энрико Ферми и Кроуфорд Гринуолт взобрались, преодолевая головокружение, на вершину двенадцатиэтажной башни, чтобы посмотреть с высоты на секретный комплекс в Хэнфорде, штат Вашингтон. Они видели глубокую синюю реку Колумбию, растянувшуюся в обе стороны и исчезающую из вида за горизонтом; они видели серую пустыню и далекие туманные горы. К этому времени строительство было завершено более чем на две трети, и ближе к ним возвышались промышленные здания и бараки, а также три массивных бункера, три реактора для производства плутония, расположенные на западном берегу реки. В июне этого года число строительных рабочих достигло максимума – 42 400 человек. Маршалл работала теперь в Хэнфорде; Ферми и Гринуолт приехали, чтобы проконтролировать запуск первого завершенного реактора, реактора В. В тот день, когда с него ушли строители, 13 сентября, Ферми начал загрузку реактора, вставив в него первый урановый тепловыделяющий элемент в алюминиевой оболочке, – до этого такое же папское благословение получили от него реакторы в Чикаго и Ок-Ридже.

Проблема упаковки урана в оболочки чуть было не привела к возникновению кризиса. В течение двух лет разработчики безуспешно пытались найти методом проб и ошибок подходящую технологию для защиты урановых элементов, быстро окисляющихся под воздействием воздуха и воды, от коррозии. Главный этап этого процесса был разработан только в августе, и добился этого молодой химик-исследователь, занимавшийся этой задачей сначала на предприятии Du Pont в Уилмингтоне, потом в Чикаго и в Хэнфорде. Отказавшись от замысловатых ванн и погружающих механизмов, он попробовал вымочить элемент без оболочки в расплавленном припое, затем погрузить в припой алюминиевую оболочку, удерживая ее щипцами, и вставить элемент в оболочку в погруженном состоянии. Хотя температура плавления алюминия была ненамного выше температуры плавления припоя, при тщательном соблюдении температурного режима эта методика упаковки оказалась работоспособной.

Гринуолт подгонял работу круглые сутки. Тепловыделяющие элементы скапливались в реакторном корпусе быстрее, чем загрузочные бригады успевали их использовать. Маршалл и Ферми наблюдали за ними, в очередной раз придя на площадку с инспекцией:

Мы с Энрико пошли в реакторный корпус… посмотреть на загрузку. Элементы привозили на место в сплошных деревянных блоках, в которых были просверлены отверстия, в каждое из которых можно было вставить по элементу; деревянные блоки складывали в штабеля точно так же, как складывали графитовые блоки с ураном в реакторе СР-1. От нечего делать, желая подразнить Ферми, я сказала ему, что все это похоже на котел, в котором идет цепная реакция. Ферми побледнел, ахнул и схватился за логарифмическую линейку. Но уже через пару секунд он осознал, что цепная реакция не может возникнуть в природном уране и природной древесине, как бы они ни были расположены, и успокоился[2352].

Вечером вторника 26 сентября 1944 года самый крупный атомный реактор, построенный до этого момента на Земле, был готов. Состояния «сухой критичности» – меньшей загрузки, при которой он мог перейти в критическое состояние без охлаждающей воды, если бы операторы не гасили его регулирующими стержнями, – он достиг еще в предыдущую пятницу. Теперь через 1500 загруженных алюминиевых трубок текла вода реки Колумбии. «Мы пришли в центр управления, когда там начало собираться начальство компании Du Pont, – вспоминает Маршалл. – Все операторы, тщательно отрепетировавшие свои действия, уже были на месте; на их столах лежали инструкции по запуску». Некоторые из наблюдателей приложились по поводу торжественного события к хорошему виски, и их дыхание наполняло воздух крепким ароматом. Маршалл и Ферми ходили по залу, проверяя показания приборов. Операторы выводили регулирующие стержни поэтапно, как делал Ферми, когда он запускал СР-1; он снова рассчитывал интенсивность нейтронного потока на своей пятнадцатисантиметровой логарифмической линейке. Приборы показывали, что охлаждающая вода постепенно нагревается: на входе ее температура была равна 10 °C, а на выходе – 60 °C. «И вот первый реактор для производства плутония заработал – плавно, устойчиво и спокойно… Даже в центре управления был слышен ровный гул воды, текущей под высоким давлением по трубам системы охлаждения»[2353].

Реактор достиг критического состояния через несколько минут после полуночи; к двум часам утра он работал на самой большой мощности, когда-либо ранее полученной в цепной реакции. В течение часа все шло хорошо. Но потом, как вспоминает Маршалл, операторы начали шептаться друг с другом, изменять положение регулирующих стержней и снова шептаться, все более встревоженно. «Что-то было не так. Реактивность реактора устойчиво снижалась с течением времени; чтобы поддерживать мощность реактора на уровне 100 мегаватт, приходилось непрерывно выдвигать из него регулирующие стержни. В конце концов стержни были полностью выведены. Мощность реактора начала падать, все ниже и ниже»[2354].

Ранним вечером в среду реактор В затух окончательно. К тому времени Маршалл и Ферми успели поспать и вернулись обратно. Они обсудили эту загадку с инженерами, которые сначала предполагали, что дело может быть в течи, возникшей в какой-нибудь трубе, или в боре из речной воды, осаждающемся на облицовке. Ферми предпочитал не спешить с выводами[2355]. Казалось, что графики показывают прямолинейное снижение, но оно вполне могло быть частью плавной кривой экспоненциального уменьшения реактивности, что означало бы, что реакцию «отравляет» некий продукт деления, который не был замечен в предыдущих реакторах.

Рано утром в четверг реактор снова заработал. К семи утра он снова работал в режиме, значительно превышавшем критический. Но двенадцать часов спустя начался новый спад.

Принстонский теоретик Джон А. Уилер консультировал Кроуфорда Гринуолта по вопросам физики реакторов с самого начала участия в проекте компании Du Pont. Теперь он работал в Хэнфорде и пристально наблюдал за второй остановкой реактора. «Уже несколько месяцев», пишет он, его «беспокоила возможность отравления продуктами деления». Нестабильная работа реактора В убедила его в существовании такого отравления. Механизм этого процесса был составным: «В результате деления образуется не поглощающий [нейтроны] материнский элемент с периодом полураспада в несколько часов. Он распадается в дочерний элемент, опасный для нейтронов. Сама эта отрава распадается с периодом полураспада в несколько часов в третий элемент, не поглощающий нейтронов и даже, возможно, стабильный»[2356]. Таким образом, когда в реакторе идет цепная реакция, в ней образуется материнское вещество; материнское вещество распадается в дочернее; по мере увеличения объема дочернего вещества, поглощающего нейтроны, интенсивность работы реактора падает; при наличии достаточного количества дочернего вещества поглощается такое количество нейтронов, что цепная реакция затухает, и реактор останавливается. Затем дочернее вещество распадается в третий элемент, не поглощающий нейтронов; по мере его распада реактор начинает проявлять признаки жизни; наконец, дочернего вещества остается слишком мало, чтобы помешать цепной реакции, и реактор возвращается