Атомный аврал

Уже в 1944 году в сарае, построенном недалеко от лаборатории, Харитон с несколькими коллегами начал проведение экспериментов по изучению пушечного метода подрыва, используя для этого два 76-миллиметровых орудия, направленных своими стволами навстречу друг другу.

Но весной 1945 года группе Харитона пришлось круто изменить направление своей работы. В феврале от нашего самого ценного разведывательного источника, физика Клауса Фукса, работавшего в лос-аламосской лаборатории, пришло важное сообщение о конструкции АБ.

Американские ученые пришли к выводу, что пушечный метод подрыва пригоден для АБ с начинкой из урана-235, но не пригоден для плутония.

Дело оказалось не только в том, что цепная реакция в плутонии развивается намного быстрее, чем в уране. Было обнаружено, что один из изотопов плутония — с атомным весом 240 — имеет значительную скорость спонтанного деления с выделением нейтронов. Поэтому в плутониевом заряде всегда присутствует некоторый вредный «нейтронный фон», зависящий от процентного содержания изотопа 240. При пушечном выстреле скорость получения подкритической массы для плутония будет недостаточной, и спонтанные (фоновые) нейтроны могут вызвать преждевременную детонацию. В этом случае цепная реакция и взрыв произойдут рано. До полного сжатия ядерного заряда! В результате взрыв будет очень слабым, с низким КПД, а вполне вероятно, и просто с нулевым эффектом. Поэтому в случае использования плутония в качестве заряда субкритические массы должны быть соединены намного быстрее, чем это возможно при «пушечной» схеме. «Более быстрое сжатие, чем «пушечное», — сообщал Фукс, — может быть достигнуто путем «имплозии».

Сущность этого метода заключается в том, что взрывчатка обычного типа размещается вокруг делящегося материала, а взрывная волна при подрыве направляется исключительно внутрь бомбы. Энергия этого порохового взрыва используется для сжатия атомного заряда и многократного увеличения его плотности. Вероятность деления ядер плутония пропорциональна объемной концентрации этих ядер. Поэтому мгновенное увеличение плотности должно привести атомный заряд в надкритическое состояние. Степень и скорость сжатия ядерного заряда определяют конечную мощность атомного взрыва.

Секрет имплозии американцы тщательно оберегали. В отчете Смита, в котором описывается проведение первого атомного взрыва на полигоне в штате Нью-Мексико, о ней даже не упоминается. Хотя первая взорванная американская бомба была как раз имплозионного типа с плутониевым сердечником. Более простую по конструкции «пушечную» бомбу из урана-235 американцы сочли возможным вообще не испытывать на полигоне и сбросили её на Хиросиму без предварительной проверки на взрыв.

Клаус Фукс в феврале 1945 года передал нашему резиденту общий эскизный чертеж плутониевой бомбы, сообщив при этом, что критическая масса плутония меньше, чем у урана-235, и что для одной бомбы его потребуется от 5 до 15 килограмм. Тонкостей имплозионной конструкции Фукс сообщить тогда не мог, так как весной 1945 года американцы ещё сами не знали, как лучше и эффективнее добиться равномерного обжатия атомного сердечника: с помощью системы линз из обычной взрывчатки или посредством многоточечной одновременной детонации в тридцати двух точках на поверхности сферы из взрывчатого вещества.

В марте 1945 года в отчетном докладе Берия и Первухину по зарубежным разведданым Курчатов писал, что последние сообщения Лос-Аламоса имеют очень большую ценность. «Данные о сечении деления урана-235 и плутония-239 быстрыми нейтронами имеют огромное значение, так как дают возможность определить критические размеры атомного заряда». Но самым важным Игорь Васильевич счел сообщение Фукса об имплозии.

Из секретного доклада Курчатова:

«…Несомненно, что метод «взрыва вовнутрь» представляет большой интерес, принципиально правилен и должен быть подвергнут серьезному теоретическому и опытному анализу… Понятны все его преимущества перед методом Пушечного выстрела… Я бы считал необходимым показать соответствующий текст (от стр.6 до конца, за исключением стр.22) проф. Ю.Б. Харитону».

В апреле 1945 года в документе разведки была представлена короткая справка от Фукса, в которой сообщалось, что США на этот момент обладают 25 килограммами урана-235 и 6,5 килограммами плутония.

В июне Фуксу удалось передать в Москву свой научный отчет по работе в Лос-Аламосе, в котором он достаточно детально описал плутониевую бомбу. Были приведены сведения об отражателе из урана вокруг сердечника, об алюминиевой оболочке, системе линз для имплозийной взрывчатки, о конструкции полониевого инициатора атомного взрыва. В отчете были представлены размеры основных деталей и набросок всей конструкции.