Плутоний-240: кризис

Плутоний-240: кризис

В Ок-Ридж действовал небольшой экспериментальный ядерный реактор — Х-10, впервые достигший критической массы в ноябре 1943 года. Х-10 предназначался для производства значительного количества плутония. Это плутоний планировалось применять в опытах, до того как начнутся регулярные поставки больших объемов плутония, крупные реакторы для синтеза которого строились в Дюпоне и Хэнфорде. Но физики из Лос-Аламоса сделали важное открытие, касающееся плутония, синтезируемого в реакторах, и это открытие поставило под сомнение само существование плутониевой бомбы. А без плутониевой бомбы Манхэттенский проект в лучшем случае мог сделать только бомбу на уране-235.

Физики обнаружили, что свойства плутония из уранового реактора значительно отличаются от свойств тех микроскопических доз плутония, которые были получены в циклотроне нейтронной бомбардировкой. Годом ранее Гленн Сиборг предупреждал о том, что плутоний, производимый в реакторе, может содержать небольшие количества изотопа Pu²⁴⁰, образующегося из Pu²³⁹ после захвата еще одного нейтрона. В 1944 году Сегре доказал в созданной им же небольшой лаборатории, что Сиборг был прав. Чем дольше плутоний накапливался в ядерном реакторе, тем выше становилась доля плутония-240. Плутоний, доставленный из хэнфордского реактора, скорее всего, содержал весьма значительный процент изотопа Pu²⁴⁰.

Проблема заключалась в том, что плутоний-240 оказался очень нестабильным, активно излучал альфа-частицы и был постоянным источником фоновых нейтронов. Сегре заключил, что скорость спонтанного деления плутония, полученного из Х-10, значительно выше, чем в образцах из циклотрона. Это явление можно было связать с очень высокой скоростью спонтанного деления плутония-240. Считалось, что при применении пушечного метода компоненты с докритической массой дают сверхкритическую массу в течение примерно одной десятитысячной доли секунды. Высокая же скорость спонтанного деления Pu²⁴⁰ вызовет попадание целого потока нейтронов в собираемую массу еще до достижения оптимальной конфигурации заряда. При попытке собрать сверхкритическую массу плутония пушечным методом неизбежно случится преждевременная детонация. При этом бомба «займется», но не взорвется, так как попросту невозможно собрать сверхкритическую массу достаточно быстро. Сборка должна протекать примерно в 100 раз быстрее, чего можно достичь только с помощью имплозии.

Это был двойной удар. Пушечный метод исключили в связи с загрязнением топлива изотопом Pu²⁴⁰. Чтобы очистить плутоний, нужно было отделить плутоний-240 от плутония-239. Из-за того что ядра двух изотопов отличались только на один нейтрон, задача была значительно сложнее, нежели отделение урана-235 от урана-238. Перспектива получить плутоний, а значит, получить доступ к ядерному топливу, которое не требовало трудоемкого разделения изотопов, теперь представлялась совершенно нереальной.

Для обсуждения проблемы Оппенгеймер встретился 17 июля с Конэнтом, Комптоном, Ферми, Гровсом и Николсом в Чикаго. Методов очистки плутония, реализуемых на практике, не существовало. Применять же неочищенное топливо в бомбе, сконструированной по «пушечному» принципу, было нельзя. Конэнт предложил в качестве альтернативы использовать смесь урана с плутонием. Но это будет маломощное оружие, его взрывная сила не превысит нескольких сотен тонн тротила. Может, Конэнт развивал мысль дальше, создав такое оружие, мы получим опыт, необходимый для конструирования более мощных бомб, но Оппенгеймер возразил, что в таком случае в работе возникнет недопустимая задержка.

«Представляется целесообразным, — писал Оппенгеймер в заключительном отчете на следующий день, — прекратить интенсивные работы, направленные на получение высоко-очищенного плутония, и сосредоточиться на разработке методов, не требующих низкого нейтронного фона. В настоящее время наивысший приоритет следует присвоить имплозивному методу».

Для Оппенгеймера все это стало настоящим кошмаром. Когда физики обсуждали план дальнейших действий, неизбежно встал вопрос, как далеко продвинулась германская ядерная программа. Не столкнулись ли немцы с той же проблемой? А может, они ее уже решили? «Наконец мы пришли к выводу, что немцы достигли не меньших результатов, а возможно, продвинулись дальше, — отмечал Раби. — Все представлялось очень мрачным. Никто не знал, каких результатов достиг враг. Был дорог каждый день, каждая неделя. А если бы мы потеряли месяц, это была бы катастрофа».

Неддермейер и его группа, изучавшая имплозию в артиллерийско-техническом отделе, подошла к проблеме достаточно старательно и академично. «Я чувствовал, что [Оппенгеймер] был очень недоволен, что я не торопился — как будто работал не над военным проектом, а над обыденной научной проблемой», — признавал позже Неддермейер. Чтобы активизировать исследования, в январе 1944 года Оппенгеймер окончательно убедил переехать в Лос-Аламос Георгия Кистяковского, американского физика российского происхождения, который до этого бывал на Холме в качестве консультанта. Работа Кистяковского в Манхэттенском проекте напоминала постоянную бешеную командировку: он ездил между Питтсбургом, Флоридой, Вашингтоном и Нью-Мексико, выполняя поручения Национального комитета по оборонным исследованиям, связанные со взрывчатыми веществами. Кистяковский вот-вот собирался за границу, где его ждало интересное назначение, и Оппенгеймеру пришлось приложить все возможные и невозможные усилия, помноженные на его легендарное обаяние, чтобы уговорить Кистяковского остаться.

Когда Кистяковский окончательно приехал на Холм, он объявил: «Я старый, я устал и я недоволен». Оппенгеймер заверил его, что здесь гостя ждет комфортный быт, и задешево продал бывшему казаку одну из собственных верховых лошадей. Кличка у лошади была вполне подходящей — Кризис.

Весной и в начале лета 1944 года в артиллерийско-техническом отделе Кистяковский изучал имплозию, отчаянно пытаясь улаживать бесконечные споры между Неддермейером и руководителем отдела, капитаном Уильямом Парсонсом по прозвищу Финт. Это было столкновение между военизированным стилем управления и обидчивостью ученого. «Эти двое никогда ни о чем не могли договориться, и они определенно не хотели, чтобы я вмешивался», — вспоминал Кистяковский. Работа двигалась медленно, и он все время угрожал, что собирается уйти.