Надежность взрыва АБ и её КПД в значительной степени определялись скоростью распространения взрывной волны, сжимающей плутониевый сердечник. Харитон предполагал, что придется иметь дело со скоростями, близкими к космическим, около семи тысяч метров в секунду. Ограничиться теоретическими расчетами было недостаточно. В КБ-11 нужно было создать экспериментальную базу, построить свой полигон для испытания взрывчатых веществ (ВВ), а скорее всего, и завод по их изготовлению на месте.
И прежде всего нужно было разработать лабораторные и экспериментальные методики, которые бы позволяли наблюдать, изучать и точно измерять быстропротекающие процессы взрыва и сжатия ядерного заряда.
Большие надежды в этом вопросе Харитон возлагал на специалиста, который первым в СССР, ещё до начала войны, начал заниматься импульсной рентгенографией. Фамилия его была Цукерман. В 1938 году за рубежом была опубликована статья о возможности получения рентгеновских вспышек длительностью в одну микросекунду. В том же году немецкий физик Штеенбек, используя описанную методику, впервые получил рентгенографические снимки свободного полета пули.
В марте 1941 года такие же снимки получили сотрудники рентгеновской лаборатории Института машиноведения АН СССР Цукерман и Авдеенко. В следующем году Цукерман применил этот метод для изучения детонации взрывчатых веществ. Технология экспериментов Цукермана позволяла определить скорость распространения волны конкретного взрывного устройства. Действенность и эффективность своего метода Цукерман вскоре доказал на практике.
В начале 1942 года в бронетанковых войсках возникла проблема защиты танков от немецких снарядов калибра 76 миллиметров. Они пробивали стальную броню наших танков толщиной в 100 миллиметров, хотя, по теоретическим расчетам, при их массе и скорости полета они не должны были обладать достаточной для пробоя кинетической энергией. Качество брони было поставлено под вопрос. Но проверка подтвердила высокое качество брони. Оставалось непонятным, на чем основан принцип действия подобных снарядов. В августе 1942 года Цукерман предложил использовать для исследования рентгенографический метод. Харитон, работавший тогда в Казани над пороховыми зарядами по заказу Наркомата вооружений, активно поддержал это предложение. Рентгенограммы Цукермана показали, что броня пробивается не самим снарядом, а мощной направленной и сосредоточенной струей газов, образующихся при взрыве снаряда. Подобные заряды направленного действия получили название кумулятивных. Весной 1943 года Харитон написал Цукерману благодарственное и одобряющее письмо:
«Дорогой товарищ, Цукерман (простите, не знаю Вашего имени и отчества), я показывал Ваши рентгенограммы Министру боеприпасов Борису Львовичу Ванникову. Они его очень заинтересовали и особенно Ваша идея применять рентгеновскую методику для изучения действия кумулятивных зарядов… Мне представляется, что рентгенографическая методика изучения взрывных процессов может оказаться полезной не только для кумуляции, но и во многих других случаях».
В январе 1946 года Цукерман и Альтшулер были награждены Сталинской премией «За изобретение методов рентгенографических исследований явлений при выстреле и взрыве». Через несколько месяцев, с организацией КБ-11 в Сарове, Харитон пригласил обоих ученых принять участие в атомном проекте.
И только тогда Юлий Борисович узнал, что Вениамин Аронович Цукерман почти полностью потерял зрение ещё до войны и является, по существу, слепым человеком, которому во время экспериментов помогает жена. Стоя молча за бронезащитным экраном, она настраивала и следила за регистрирующей аппаратурой. Иногда он дотрагивался до её плеча рукой, иногда она, в случае удачи, молча пожимала ему локоть. И так, в паре, они работали уже много лет. Юлий Борисович был и восхищен этим человеком, и озадачен. После недельного размышления Харитон подтвердил приглашение, предоставив Цукерману должность начальника лаборатории рентгенографии, а его жене — место лаборанта. «Если Цукерман, в конце концов, сделает только одно: определит скорость взрывной волны, — думал Харитон, — то и тогда его приглашение в Саров будет вполне оправданным».
Цукерманы приняли приглашение и одними из первых приехали в зону.
— Вениамин Аронович, скажите, пожалуйста, откровенно, — спросил Харитон при первой же встрече и очном знакомстве, — год, двенадцать месяцев — будет достаточно для определения скорости ВВ, близкой к первой космической? Это я спрашиваю, не подгоняя вас. Просто для составления в голове собственного плана…
— Я думаю, что при благоприятных условиях этого времени будет достаточно, — ответил Цукерман.
— Хорошо. Благоприятные условия я вам обещаю…
Цукерман работал над этой проблемой два года. В качестве химического взрывчатого вещества после ряда экспериментов на собственном полигоне КБ-11 была выбрана наиболее эффективная смесь тротила и гексогена в соотношении один к одному. Прогнозируемая скорость детонации её определялась ориентировочно в 7,5 километров в секунду. Теоретические расчеты, проведенные в отделе Зельдовича, подтверждали правильность прогноза. От истинного значения этой величины наполовину зависел успех при испытании первой бомбы. Харитон действовал в этом вопросе в духе сложившихся атомных традиций, унаследованных от Берия и Ванникова.
Параллельно с Цукерманом ещё две лаборатории занимались тем же вопросом. «Дублирование — залог успеха» — таков был лозунг тех лет. Вторую лабораторию по определению скорости ВВ и степени сжатия ядерного горючего возглавлял один из лучших физиков-экспериментаторов СССР — Евгений Константинович Завойский. Его авторитет был безукоризненным. Он использовал в своей лаборатории другой принцип. Суть его заключалась в том, что датчик, выполненный из металлического проводника, при взрыве ВВ приходил в импульсно-ускоренное движение под действием детонационной волны. Скорость движения датчика напрямую определялась скоростью движения продуктов взрыва. Сам цилиндр с ВВ и датчиком помещался в мощное магнитное поле огромного электромагнита (весом в несколько тонн). В момент взрыва и импульсного движения датчика-проводника на его концах появлялась электрическая разность потенциалов. Этот мгновенный электрический импульс фиксировался на осциллографе. Характер и величина электрического импульса напрямую зависели от скорости движения проводника и, следовательно, скорости детонации.
Учитывая сверхважность измеряемой величины, Харитон перестраховался и поручил эту задачу ещё третьей лаборатории — Л.В. Альтшулера.
Осенью 1948 года пришло время подводить окончательные итоги. К концу года все три лаборатории оформили заключительные отчеты с выводами. Раньше других это было сделано группой Цукермана: скорость взрывной волны близка к 7,5 тысячам метров в секунду. Вывод оптимистический: принятая схема взрыва гарантирует надежность атомного взрыва. Бомба взорвется!
Несколько позже представил отчет Завойский. Скорость взрывной волны находится в пределах от пяти до шести километров в секунду. Этой скорости недостаточно для надежного взрыва. Скорее всего, бомба не взорвется.
Лаборатория Альтшулера получила промежуточные результаты: бомба, наверное, всё-таки взорвется! Но, возможно, и не взорвется!
Результаты оказались неожиданными, ошеломляющими и драматическими. По прикидочным расчетам Харитона, через полмесяца-месяц должна была начаться выгрузка из реактора «А» первой партии загруженного урана. На выдержку в бассейнах и на переработку можно накинуть ещё полгода. Как ни считай на пальцах, к середине следующего года плутониевый сердечник будет готов. И если он, Харитон, к этому времени не решит свои проблемы, вся ответственность за срыв срока ляжет на его плечи… Что делать в этой ситуации? Искать новый состав для ВВ? Уже поздно… Поздно! Вот в чем дело… Решил посоветоваться по-дружески с Курчатовым, прежде чем бить тревогу. Курчатов и Ванников находились в это время в Челябинске, в ожидании первой выгрузки, являвшейся чрезвычайно ответственным моментом.
Сообщение Харитона озадачило Курчатова. Но чем он мог помочь Юлию Борисовичу? Лететь срочно в Саров? Так здесь своих забот выше горла. Поздним вечером того же дня Игорь Васильевич доложил обо всем Ванникову.
— Тьфу! Засранцы! — произнес тот. — Час от часу не легче…
Ванников правильно оценил серьезность ситуации и решил утром лететь в Саров.
— Ты, Игорь, с ним — имею в виду Берия — пока несколько дней не откровенничай. Я завтра полечу сам, разберусь на месте. Если будут спрашивать, скажи: «Улетел со срочной инспекцией»…
Ученые-испытатели сидели перед Ванниковым притихшие, как мыши. Докладывали по очереди суть и результаты своих экспериментов. Он улавливал, конечно, физический смысл и схватывал основное. Дать технические предложения по совершенствованию методов эксперимента он не мог. Но у него в запасе всегда был свой метод, общий на все случаи жизни и годный на все времена.
Он приказал лучших людей из каждой лаборатории объединить в единую комиссионную группу, которую через два часа надлежало перевести на «казарменное положение». Руководителем группы он назначил независимого эксперта, нейтрального физика А.А.Бриша. Комиссия должна была совместно перепроверить все опыты в течение недели, не уходя домой и, желательно, не тратя времени на еду и сон.
— Через неделю я вас всех буду ждать здесь, в этом кабинете. Я никуда не уеду, пока не получу от вас вразумительного разъяснения и окончательных выводов.
Все молчали.
— Может быть, кому-то что-то неясно? — переспросил Ванников.
Харитон ответил за всех:
— Все ясно!..
Комиссия решила начать опыты с перепроверки электромагнитного метода. Срочно изготовили за два дня новый цилиндр с ВВ и П-образным датчиком. Увеличили вес электромагнита на несколько тонн.
Сначала проводили опыты с датчиками из меди и латуни, с которыми проводил опыты Завойский. Результаты были, как и у него самого: негативные! Характер осциллографических кривых на экране смутил некоторых членов комиссии. По идее, кривая должна была иметь острый пик в момент взрыва, а затем падать, что соответствовало бы уменьшению скорости взрывной волны в считанные доли секунды.
Однако кривая была пологой. Это навело некоторых ученых на сумасбродное предположение, что датчик-проводник разрушается в первый же момент взрыва, а разрывы шунтируются за счет высокой электропроводности газовых продуктов взрыва. Использование более толстых проводников из алюминия в качестве датчика дало серию экспериментов с прекрасными результатами, близкими к тем, которые получил Цукерман рентгенографическим методом. Оставалось осмыслить суть явления, почему газ, который является изолятором, при взрыве вдруг становится проводящим. Подобный эффект в науке был неизвестен до сего времени. После недолгого совещания решили, что разобраться с теоретической новинкой можно и потом. А Ванникову доложить нужно немедленно… На заключительном заседании ученые сообща доложили, что сомнений в положительном исходе испытания у них нет: бомба взорвется! Ванников привстал для заключительного слова. Он очень устал за эту неделю и был бледен. Молчал. Видимо, затруднялся, как начать. Что-то мямлил, шепелявил вполголоса еле двигающимися губами. Потом окончательно выпрямился, выгнул грудь и встал из-за стола со словами, обращенными к Зернову: «Готовь самолет».
И вышел из комнаты, так ничего и не сказав вслух. Но после его ухода кто-то сидевший прямо перед Ванниковым в первом ряду, сообщил всем, что он расслышал. Он уверял, что Борис Львович обложил их всех трехэтажным матом и сердечно поблагодарил за оперативную работу.
Вторая проблема, мучившая Харитона, — это нейтронный запал для бомбы: пресловутый НЗ!
Главной деталью нейтронного запала является высокоактивный полоний.
Этот искусственный химический элемент был открыт в 1898 году французскими учеными Марией и Пьером Кюри, которым удалось получить его из радия. Однако необходимого запаса радия в СССР не было.
Перспективы разработки новой технологии получения полония открылись с пуском первого экспериментального реактора Ф-1. Реактор можно использовать для получения радиоактивных изотопов, в том числе и полония-210 (элемент № 84).
Если облучать внутри котла мощным потоком нейтронов предыдущий элемент в таблице Менделеева — № 83, то, поглощая нейтроны, часть ядер его в конечном итоге превратится в элемент № 84, в полоний. Элементом № 83 является висмут. Двум группам ученых (доктора Зива в РИАНе и доктора Ершовой в НИИ-9) была поставлена задача разработать химическую технологию выделения полония из облученных в реакторе висмутовых блочков…
Первые полгода ушли на то, чтобы найти и освоить в СССР добычу природного висмута. Затем освоить металлургическое производство по выплавке чистых металлических висмутовых блочков. В конце 1947 года первые в СССР тридцать висмутовых блочков были загружены в экспериментальный туннель реактора Ф-1 для многомесячного облучения. В начале 1948 года они были извлечены и специальным вагоном, в контейнерах, под охраной отправлены в Ленинград в лабораторию Зива для пробного получения из них искусственного полония.
Примерно год понадобился РИАНу для создания лабораторной технологической установки получения полония.
В начале 1949 года на этой опытной установке было переработано 30 облученных блочков из котла Ф-1. Общий объем облучения (произведение мощности котла на время облучения) был невелик. Всего было выделено три миллиграмма полония общей активностью 14 кюри. Для создания НЗ этого было недостаточно.
Технологическая схема, разработанная в НИИ-9 под руководством Ершовой, была практически аналогичной, но сама установка являлась более мощной, напоминающей полупроизводственный цех. Именно сюда поступили более сотни висмутовых блочков, облученных мощным нейтронным потоком в промышленном реакторе «А», пущенном в это время в Челябинске. Активность этих блочков была очень высокой, и работа с ними представляла серьезную опасность. Однако все они были переработаны в первом квартале 1949 года. Весь полученный полоний был отправлен поездом в КБ-11, где была к тому времени создана специальная лаборатория по изготовлению НЗ (руководитель Л.Я.Апин). И только в июне 1949 года, как последняя деталь к уже готовой бомбе, были сконструированы и изготовлены четыре НЗ мощностью около 50 кюри. К моменту испытания АБ все они были доставлены на Семипалатинский полигон. В самый последний момент окончательно выбрали один из них, с наилучшими характеристиками…
Судьба участников группы Ершовой, получивших полоний для первых НЗ, была героической и трагической…
Полоний является одним из наиболее токсичных радионуклидов. Работа с ним, особенно на ранней стадии по несовершенной технологии, была связана с неминуемыми выбросами его микроскопических частичек в воздух и попаданием их во внутренние органы через дыхательные пути. Большое количество ручных операций, отсутствие индивидуальных защитных средств и спешка привели в эти два года к поголовной интоксикации и серьезному нейтронному облучению всех сотрудников Ершовой и её лично в первую очередь.
Все они — первые герои полониевого производства — потеряли здоровье. Некоторые остались инвалидами на всю жизнь. Другие вскоре умерли, едва пережив успешное испытание советской бомбы. Этого исхода в сложившихся тогда обстоятельствах следовало ожидать. Однако в атомной истории известны поразительные исключения из общих правил. Ряд людей, получивших заведомо смертельные интегральные дозы облучения, наперекор медицинской логике, страдая хроническими недомоганиями, тем не менее, прожили очень долгую жизнь. К ним относится и Зинаида Васильевна Ершова, дожившая до девяноста одного года. Она умерла в Москве в 1995 году. Маленькая, сморщенная, с большими умными глазами, с удивлением наблюдавшими за тем, что происходит в последние годы в её любимой стране, на улицах Москвы, в родном переулке… Как добывали полоний американцы, неизвестно. Смит умолчал.