I
Для создания бомбы нужно иметь атомную промышленность. Это невероятно трудная задача для страны, так сильно пострадавшей в войне. Но Сталин хотел иметь бомбу как можно скорее и был готов не постоять за ценой. Создание атомной бомбы оказалось задачей, к решению которой сталинская командная экономика подходила наилучшим образом. Этот проект напоминал крупнейшие строительные проекты 1930-х гг. — город стали Магнитогорск или Днепрострой, знаменитую плотину на Днепре. Это было героическое предприятие, на которое нужно было мобилизовать ресурсы всей страны, включая лучших ученых и руководителей производства, а также заключенных ГУЛАГа. Проект стал своеобразной комбинацией лучшего и худшего в советском обществе — полных энтузиазма ученых и инженеров, получивших образование при советской власти, и заключенных, живших в нечеловеческих условиях лагерей.
Нет достоверных данных о стоимости проекта или о числе вовлеченных в него людей. Некоторое представление о масштабах дает, однако, доклад Центрального разведывательного управления (1950 г.), в котором число занятых в проекте оценивается в пределах от 330 до 460 тыс. человек. Большинство из них — от 255 до 361 тыс. — работало в горнодобывающей промышленности в Советском Союзе (80–255 тыс. чел.) и в Восточной Европе (175–241 тыс. чел.). 50–60 тыс. человек были заняты в строительстве, 20–30 тыс. — на производстве, и 5–8 тыс. занимались исследованиями. По оценке ЦРУ, в проект было занято около 10 тыс. специалистов — инженеров, геологов, ученых-исследователей и лаборантов. Хотя эти оценки носят приблизительный характер, они вполне правдоподобны. Многие из этих людей, особенно шахтеры и строительные рабочие, были заключенными.
Анатолий Александров, который стал директором Института физических проблем вместо Капицы и был близок к Курчатову, писал, что в проекте было два типа руководителей. Одни, такие как Ванников, Завенягин и Первухин, имели большой организаторский опыт и были способны быстро вникнуть в технические вопросы. Были и другие: «те, кто ничего в деле не понимал, но все время пытался проявлять власть, раз уже она им дана. Многие из них понимали проблему на уровне: взорвется — не взорвется? И, думается, так же понимал ее Берия, хотя, конечно, к нему стекалась вся информация». Наиболее важные решения поступали к Берии и Сталину и в Специальный комитет для окончательного утверждения, но повседневной работой над проектом руководили Ванников и Курчатов.
Берия, как уже было отмечено, сомневался в советских ученых, но ему приходилось опираться на Курчатова. Возможно, что он надеялся использовать немецких ученых в качестве параллельной команды, которая соперничала бы с Курчатовым и его коллегами. Однако это оказалось невозможным, за исключением весьма ограниченных участков работы, так как советские ученые уже продвинулись дальше немецких в понимании того, что надо делать. С другой стороны, образцом, с которого можно было брать пример, был «проект Манхэттен». Он оказал сильное влияние на советский проект не только потому, что привел к успеху, но и потому, что в политической обстановке того времени советские ученые должны были представить очень веские доказательства, если бы захотели действовать иначе.
Был сделан русский перевод книги «Атомная энергия для военных целей», выпущенной американским правительством 12 августа 1945 г. Этот доклад, написанный принстонским физиком Генри Д. Смитом, являлся развернутым отчетом о «проекте Манхэттен», хотя и не включал секретной информации о конструкции бомбы — имплозия, например, не упоминалась. Русский перевод начал печататься в середине ноября и вышел в начале 1946 г. тиражом 30 тысяч экземпляров. Отчет Смита получил широкое распространение среди ученых и инженеров, участвовавших в советском проекте. Он давал им общую картину того, что было проделано в Соединенных Штатах. Наряду с разведывательными данными отчет оказал большое влияние на выбор технических решений в советском проекте.
Берия не вмешивался в научные или технические решения. Его роль состояла в обеспечении проекта ресурсами — людьми, материалами, необходимой информацией — и в давлении на тех, кто руководил проектом, чтобы получить бомбу как можно скорее. Он посещал институты и заводы, источая угрозы и дух опасности. Все понимали, что его угрозы не пустой звук — доказательством их были миллионы жертв репрессий. Но Берия хотел, чтобы проект завершился успехом, и, кажется, понимал, что арест его руководителей только замедлит исполнение. Во время войны он не проводил массовых арестов в тех отраслях промышленности, за которые отвечал. Так обстояло дело и с атомным проектом. Он был достаточно умен, чтобы понимать, что должен сочетать репрессивную власть, бывшую в его распоряжении, со способностью к компетентному руководству.
II
Первая проблема состояла в том, чтобы найти уран. Ее решение уже нельзя было откладывать. Она к тому же усугублялась тем, что Соединенными Штатами и Англией в июне 1944 г. с целью контроля над мировыми запасами урана и тория был учрежден Объединенный трест развития. Возглавляемый Гровзом, трест имел две цели: обеспечивать «проект Манхэттен» необходимым количеством урана и препятствовать другим странам — в особенности Советскому Союзу — в приобретении урана для своих проектов. Гровз писал Стимсону в ноябре 1944 г., что «было бы нежелательно, чтобы любое другое правительство имело какие-либо запасы материалов, и заведомо опасным было бы позволить любому другому правительству иметь более одной тысячи тонн окиси урана».
В течение 1945 г. Объединенный трест развития подписал соглашения с Бельгией, Бразилией и Нидерландами, препятствующие тому, чтобы запасы урана и тория, которые контролировались этими государствами, _ попали в руки других стран. 3 декабря 1945 г. Гровз информировал Роберта Паттерсона, преемника Стимсона на посту министра обороны, что страны, входящие в трест, сейчас контролируют 97% мировой добычи урана и 65% мировых поставок тория. (Торий важен, поскольку торий-232 при поглощении нейтронов превращается в торий-233, который, в свою очередь, превращается в уран-233, и он относится к делящимся материалам.) Большие залежи низкокачественного урана, писал Гровз, найдены в Южной Африке, являющейся частью Британской империи, и в Швеции, которая хотя и не подписала соглашение о запасах, обещала не экспортировать уран. Единственными странами, обладающими ресурсами и индустриальной мощью, способной поколебать доминирующую роль Соединенных Штатов и Англии в ближайшем будущем, являются Советский Союз и, возможно, Швеция. Но «русские ресурсы сырья намного меньше, чем у группы стран, входящих в трест, — писал он, — и, по всей вероятности, их можно использовать, если только не считаться с издержками производства». Гровз не думал, что Советский Союз сможет получить достаточное количество урана для своего проекта из шахт Яхимова в Чехословакии, и был намерен препятствовать получению урана из других источников. Советская разведка была, вероятно, хорошо информирована о действиях Гровза через Дональда Маклина, который работал в британском посольстве в Вашингтоне с мая 1944 г. до лета 1948 г.
Оценка Гровза поставок урана в Советский Союз оказалась ошибочной, но в августе 1945 г. советское руководство имело реальные причины для беспокойства, так как еще не было известно, будет ли получен уран, в котором оно нуждалось. Несмотря на правительственное постановление о производстве 100 тонн металлического урана в 1943 г., к августу 1945 г. был получен только один килограмм. Потребность в уране стала теперь неотложной. Металлический уран был нужен для реактора — производителя плутония, уран требовался в различных формах и для разделения изотопов. Уран, конфискованный в Германии и Чехословакии в конце войны, был кстати, но не мог полностью удовлетворить запросы. Советское правительство еще не знало, сколько его могла бы поставить Восточная Европа. Еще меньше оно знало о собственных резервах. Доклад Дмитрия Щербакова, написанный в 1943 г., не дал результата. Советские геологи не изучили в должной мере имеющиеся залежи, более того, они не имели определенного представления, где на советской территории могли быть такие залежи. Добыча урана в промышленных масштабах еще не была организована.
Теперь требовались срочные меры. В сентябре 1945 г. в Среднюю Азию отправилась комиссия для разведки урановых залежей и организации там добычи урана. Комиссию возглавлял П.Я. Антропов, один из заместителей Ванникова в Первом главном управлении. Перед войной Антропов был директором Восточносибирского геологического треста наркомата тяжелой промышленности, затем руководителем Главного управления свинцово-цинковой промышленности того же наркомата и первым заместителем наркома цветной металлургии. Комиссия Антропова, в которую входил Щербаков, вела опрос местных геологов в Средней Азии и изучала геологические материалы. Кроме старого рудника в Тюя-Муюне, залежи урана были открыты перед войной в Табошарах, Уйгур-сае (Атбаши), Майли-сае и других местах. Однако было нелегко определить объем этих залежей. В Табошарах, например, геологи считали, что уран сконцентрирован в двух рудных пластах на глубине не более 100 метров и, следовательно, дальнейшая разработка рудника не имела смысла. Другие полагали, что урановая руда залегает и на больших глубинах и горные разработки должны быть расширены. Единственным способом решить этот спор была бы закладка новых штолен, что требовало инвестиций.
Антропов и Щербаков, перед которыми стояла задача найти уран в кратчайшие сроки, решили осуществить разведочную проходку в Табошарах самым энергичным способом. Это оказалось правильным решением. В других местах Антропов использовал тот же подход, утверждая, что дальнейшая разведка приведет к открытию новых запасов весьма высококачественной руды. Он также организовал широкую разведку в районах, прилегающих к уже открытым залежам. Это привело к обнаружению новых значительных запасов. После того как комиссия Антропова проделала предварительную работу, в помощь Комбинату № 6, переданному теперь Первому главному управлению, были созданы постоянно действующие организации. Для оказания помощи Комбинату в разведке и поисковых работах, в подготовке геологических карт региона и документации подземных выработок, а также для изучения распределения и генезиса рудных залежей и состава самих руд были учреждены геологическая база и поисковая группа.
Сконцентрировав внимание прежде всего на Средней Азии, Антропов следовал рекомендациям доклада Щербакова 1943 г. Но следующий шаг. рекомендованный Щербаковым, — поиски урана на остальной территории страны — оказался более трудным. «Ради объективности следует сказать, — писал Антропов позднее, — что все мы плохо себе представляем, где и как искать урановые руды». Предложенные точки зрения очень отличались друг от друга. Один ведущий минералог утверждал, что уран нужно искать в центральных областях страны. Капица, который принимал участие в этих первых дискуссиях, полагал, что прежде всего поиск урана следует начать на севере.
При недостаточной ясности направления поиска Антропов решил, что было бы ошибочно ограничиться поисками урана в пределах одной геологической формации. Поэтому он принял предложенную Щербаковым тактику «широкого фронта» и решил вести поиски на больших площадях, имеющих различную геологическую структуру. В конце 1947 г. Министерство геологии организовало специальные территориальные экспедиции в различные части страны, а все остальные геологические организации были ориентированы на поиск урана наряду с проведением собственных работ. Как только обнаруживались признаки урана, Антропов начинал горные разработки на месте. К концу 1948 г. были заложены рудники вблизи Желтых Вод в районе Кривого Рога на Украине, в Силламяэ в Эстонии, Сланцах (Ленинградская область), вблизи Пятигорска на Кавказе, а также на востоке Сибири в золотопромышленной области на Колыме. Рудники были заложены и на Урале, а в 1948–1950 гг. на содержание урана там изучались реки и озера. К 1948 г. в Советском Союзе разрабатывался также монацит, из которого можно было извлекать торий с последующей переработкой последнего в делящийся изотоп уран-233. Монацит добывался на Алтае, Урале, в Сибири, на Кольском полуострове и на Кавказе.
Условия добычи в Средней Азии были крайне трудными: «найденный уран залегал в горных районах, куда не было практически никаких подъездов и дорог». Руда перевозилась на обогатительную фабрику Комбината № 6 в Чкаловске, вблизи Ленинабада, на самом западе Ферганской долины. Руда обрабатывалась смесью азотной и серной кислот, продуктом переработки была очень чистая соль урана, которая затем перевозилась на урановый завод в Электростали, около Москвы, для переработки в металл. В конце 1940-х гг. в Желтых Водах на Украине была построена другая обогатительная фабрика, использующая тот же процесс; возможно, строились и другие фабрики.
Однако именно Восточная Европа обеспечивала большую часть урана в эти первые годы. Когда Советский Союз завладел урановыми шахтами в Яхимове, ему досталась и руда, добытая ранее, но оставшаяся на месте. Вскоре после этого были расширенным фронтом начаты горные работы для разведки новых залежей, они дали результаты уже к концу десятилетия. Вскоре советская зона оккупации Германии стала самым важным источником урана: Южная и Юго-западная Саксония имели богатые залежи, которые были обнаружены еще в 1943 г. Однако организация добычи требовала времени: нужно было приспособить оборудование имевшихся там серебряных и кобальтовых рудников и наметить план горных работ на этих рудниках; следовало также обеспечить транспорт, машинное оборудование и спецодежду. В июне 1946 г. разработка урана началась в Рудных горах, затем в горном массиве Гарц, в районе Плауэна, Эльсница и Бергена, а также в окрестностях Герлица и Циттау. Вначале не предпринималось никаких попыток использовать серебряные, кобальтовые, висмутовые, никелевые и другие руды, разработка которых велась наряду с ураном; они просто шли в отвалы, так как предпочтение отдавалось урану. Для получения с помощью механических и химических средств рудного концентрата, отправлявшегося затем в Советский Союз, были построены фабрики. Урановые рудники закладывались также в Болгарии и Польше. Эксплуатация урановых залежей вблизи Бухово в Болгарии началась в конце 1945 г., после чего разработки распространились и на другие участки; в Польше разработка урановых залежей началась в 1947 г. в Нижней Силезии. Но эти залежи давали значительно меньше урана, чем в Германии и Чехословакии. Советский Союз начал также добычу в китайской провинции Синьцзян, которую он тогда контролировал.
Данные о добыче советского урана, даже в первые послевоенные годы, не опубликованы. То, что известно, получено из тогдашних оценок, сделанных ЦРУ и отдельными аналитиками. Согласно оценке ЦРУ 1950 г., советские и восточноевропейские рудники давали 70–110 тонн окиси урана в 1946 и 1947 гг. Только в 1948 г. произошло значительное увеличение добычи. Для последующих лет оценки ЦРУ отсутствуют, но в 1950 г. ЦРУ пришло к выводу, что если «Советы и… считали свои запасы урана катастрофически малыми», то к середине 1948 г. «запасы урановой руды перестали находиться у критической черты и оказались достаточными для тогдашних запросов». Это была, должно быть, завышенная оценка, так как увеличение добычи урана все еще считалась задачей первостепенной важности.
По оценкам ЦРУ, в 1950 г. 45% советского урана было получено из Восточной Германии, 33% — из Советского Союза, 15% — из Чехословакии, 4% — из Болгарии и 3% — из Польши. Эти цифры должны быть приняты с известной осторожностью, а оценки по Советскому Союзу, вероятно, менее надежны, чем по Восточной Германии и Чехословакии, — последние были более доступны для разведывательных операций. Тем не менее важность восточноевропейского урана была в 1953 г. подтверждена Авраамием Завенягиным, который отметил, что «значительная часть» урана для советского проекта была получена за рубежом, и призвал к срочным мерам по расширению сырьевой базы внутри Советского Союза. Несмотря на скудость данных, вырисовывается общая картина: Советский Союз должен был принять вполне определенные и дорогостоящие меры для получения урана, требуемого ядерным проектом. Он предпринял огромные усилия для увеличения собственных ресурсов, но в первые послевоенные годы был вынужден опираться главным образом на восточноевропейские поставки, и только с 1948 г. проблема урановых запасов стала несколько ослабевать.
III
Задача получения металлического урана была поставлена перед Николаусом Рилем, который отвечал за очистку урана в компании «Ауэр» в Берлине во время войны. Риль, родившийся в Санкт-Петербурге и бегло говоривший по-русски, учился у Лизы Мейтнер; он был «хорошим ученым и весьма достойным человеком (одним из числа порядочных)», по мнению Пауля Розбауда. Его привезли в Москву в июне 1945 г., и Берия поручил ему задачу очистки урана. Завенягин выбрал Электросталь, город, расположенный в 70 км к востоку от Москвы, как место для строительства завода по производству металлического урана. Город получил свое название по огромному сталелитейному заводу, который был построен немцами в 1930-е гг. Там был завод боеприпасов, где и должен был разместиться урановый завод, а также мастерские, электростанция, большая автобаза, рабочие. Риль был обрадован таким выбором, так как считал, что работать будет тем легче, чем ближе к Москве. С урановой обогатительной фабрики в Ораниенбурге, расположенном севернее Берлина, были демонтированы и вывезены в Электросталь все оборудование и станки, пережившие американские бомбардировки.
Вначале было решено (предположительно, Техническим советом) получать металлический уран по методам и Риля, и Ершовой, которая получила 1 кг металлического урана в Институте редких и драгоценных металлов в декабре 1944 г. Метод Риля был признан более быстрым и простым. Тем не менее производство металлического урана в промышленных масштабах оказалось трудной задачей. Производственный процесс включал несколько этапов: очистку, восстановление и плавление — и первая печь, в которой происходил завершающий этап производства урана, вступила в строй. В одну из ночей в конце 1945 г. Риль и его группа плавили порошок металлического урана, который был привезен из Германии, в только что установленной печи в Электростали. Они делали это отчасти для проверки печи, отчасти для демонстрации советским властям, что немцы не являются саботажниками или «волынщиками». К концу 1945 г. урановый завод был частично готов, но строительство явно не укладывалось в сроки, установленные правительством. Атмосфера становилась напряженной и неприятной, и в начале нового года на завод прибыл Завенягин для ускорения дел. Используя полный набор непристойных и угрожающих выражений, которыми так богат русский язык, он наставлял руководителей предприятия самым оскорбительным образом. Обстановка нормализовалась после того, как группе Риля удалось получить несколько тонн двуокиси урана достаточной чистоты для экспериментов, которые хотел провести Курчатов.
Хотя завод теперь начал работать, метод очистки урана все еще оставался узким местом. Риль решил извлекать примеси из окиси урана методом фракционной кристаллизации. Им он пользовался в Германии, но этот процесс был слишком медленным. Когда он получил копию доклада Смита (русское издание вышло в начале 1946 г.), то прочел его за одну ночь и узнал, что американцы использовали метод извлечения примесей с помощью эфира, который был известен Рилю, но применялся только в лабораторных опытах при очистке редких земель. «То, что сделали американцы, сможем сделать и мы», — решили Риль и его коллеги и применили эфирный метод в промышленном масштабе. Метод работал безотказно в течение нескольких лет и в конце концов выход достиг почти тонны урана в день.
Теперь, однако, уже металлургическая стадия процесса тормозила работу. Вначале Риль для восстановления использовал метод отжига, как это делалось на заводе «Дегусса» во Франкфурте, но он давал некачественный порошок урана со значительными примесями кальция. Один из советских специалистов спросил Риля, почему он не использует тетрафторид урана вместо окиси урана, так как фторид кальция, в отличие от окиси кальция, плавится, и в итоге получается металл, а не порошок. В своих мемуарах Риль приводит этот случай в доказательство того, что Советский Союз черпал информацию из разведывательных источников, но на самом деле в докладе Смита указывается, что американцы использовали тетрафторид, так что вопрос, заданный Рилю, был явно основан на информации из доклада Смита. Риль подхватил идею, и процедура фторирования была успешно применена одним из его немецких коллег, д-ром Г. Виртсом, и главным инженером завода Ю.Н. Головановым. К сентябрю-октябрю 1946 г. завод в Электростали давал для Лаборатории № 2 около трех тонн металлического урана в неделю.
IV
Следующим шагом на пути к бомбе был экспериментальный ядерный реактор, создание которого планировалось Курчатовым с начала 1943 г. Он намеревался использовать этот реактор для получения образцов плутония для химического и физического анализа, испытания материалов, предназначенных для промышленного реактора, и для экспериментов, которые помогли бы в проектировании этих реакторов. Хотя ответственность, лежавшая на нем, резко возросла после августа 1945 г., Курчатов взял на себя строительство экспериментального реактора. Он возглавил реакторную группу, численность которой увеличилась с 11 человек в январе 1946 г. до 76 в декабре.
Работа над реактором в Лаборатории № 2 сильно затруднялась нехваткой графита и урана. И только между маем и августом 1945 г. была решена проблема получения графита требуемой чистоты, но лишь к концу года такой графит был получен в достаточных количествах. Свыше 500 тонн графита поступило в 1946 г., и весь он был исследован в лаборатории на предмет примесей. В январе 1946 г. завод в Электростали начал выдавать нужное количество урана в виде цилиндрических отливок, подготовленных по спецификации Курчатова для экспоненциальных экспериментов с различным размещением урана в графите. Эти эксперименты продолжались до марта и позволили Курчатову и его группе рассчитать наилучшую конфигурацию реактора. Курчатов также смог подтвердить, что уран и графит, поставляемые в лабораторию, имеют нужную чистоту.
Советские ядерные объекты
Летом 1946 г. из Электростали в Лабораторию начали поступать большие партии металлического урана. В августе, однако, в Лаборатории обнаружили, что часть урана содержит слишком большую концентрацию бора. Ванников прибыл в Электросталь для решения проблемы. Его тон в разговорах с заводскими руководителями был вежливым, но угрожающим, и проблема была скоро решена. Если бы примесь не была обнаружена, реактор не достиг бы критичности, поскольку бор является сильным поглотителем нейтронов. Под руководством А.П. Виноградова были разработаны методы анализа примесей в уране. Эти методы позднее были внедрены для контроля качества на заводе в Электростали.
К июлю 1946 г. на территории Лаборатории № 2 было построено специальное здание для реактора размером 15x40 м2. Сам реактор собирали в шахте глубиной 7 метров. Там располагалась лаборатория, защищенная от радиации мощными бетонными стенами и толстым слоем земли и песка. Вход в реактор походил на лабиринт из блоков свинца, парафина и борной кислоты. Две независимые подстанции давали электрический ток, необходимый для управления реактором. Для измерения уровня радиации вокруг здания размещались дозиметры, на здании были установлены сирены и световая сигнализация для предупреждения об опасном уровне радиации. В августе, сентябре и октябре Курчатов и его группа построили четыре модели реактора, используя весь уран, бывший в их распоряжении.
Были проведены эксперименты для определения радиуса активной зоны реактора. Она не могла быть определена теоретически из-за вариаций в степени чистоты графита и урана. Эксперименты показали, что активная зона должна иметь радиус 3 метра, и понадобится около 500 тонн графита и 50 тонн урана. Кладка реактора началась 15 ноября 1946 г. Полная структура реактора представляла кубическую решетку урана, погруженную в графитовую сферу. Реактор контролировался тремя кадмиевыми стержнями, которые могли подниматься и опускаться внутрь него; кадмий является сильным поглотителем нейтронов, и присутствие его стержней в реакторе прекращает развитие цепной реакции. Через центр реактора проходил горизонтальный туннель размером 40x60 см, в котором размещались исследуемые материалы и приборы для измерений.
20 декабря 1946 г., когда к реактору был добавлен пятидесятый слой, стало ясно, что критичность будет достигнута при 55 слоях вместо планируемых 76. Теперь Курчатов и его коллеги действовали очень осторожно, поскольку реактор приближался к критическому состоянию. В два часа дня 25 декабря был добавлен пятьдесят четвертый слой. Курчатов попросил всех, кто не был непосредственно занят измерениями, покинуть здание; он и пять человек из его группы остались. В шесть часов вечера реактор, управляемый Курчатовым, достиг критичности, и впервые в Советском Союзе, да и во всей Европе, была получена цепная ядерная реакция. Курчатов оставался за пультом управления всю ночь и поднял мощность реактора до 100 ватт, прежде чем заглушил его.
Как только реактор был пущен, некоторые из тех, кто работал на нем, поспешили к зданию, чтобы увидеть его в действии. «Это был для всех нас волнующий и радостный вечер, — писал один из присутствующих. — Сдержанно, как то позволяла рабочая обстановка, но тепло и искренне мы поздравляли друг друга с необычным и особенным рождеством». Курчатов, который более шести лет думал о цепной реакции, был счастлив. «Атомная энергия, — сказал он тем торжественным тоном, которым пользовался в действительности, или тем, который ему приписывают в подобных случаях, — теперь подчинена воле советского человека!» Запуск реактора стал первой важной вехой на пути к бомбе.
Несколько дней спустя в лабораторию пришел Берия, для которого была устроена специальная демонстрация нового реактора. Он стоял рядом с пультом управления, когда Курчатов поднимал управляющий стержень. Послышались щелчки регистрирующих нейтроны приборов, частота их возрастала, переходя в непрерывный вой, а стрелку гальванометра зашкалило. Присутствующие ученые «радостно воскликнули “пошла”, имея в виду начавшуюся цепную реакцию. “И это все?” — явно разочарованно спросил Берия. — И больше ничего? А можно подойти к реактору?” Игорь Васильевич остановил: “Нет”», предупредив, что это было бы опасно для его здоровья. Запуск реактора был намного менее впечатляющим, чем полет нового самолета или испытание нового танка. Из-за того, что мало что можно было увидеть при этой «демонстрации», Берия не мог быть уверенным, что Курчатов не втирает ему очки.
Параметры реактора Ф-1 (Физический-1) были в целом подобны сборке, построенной Ферми в Чикаго в декабре 1942 г. В сборке Ферми было задействовано 400 тонн графита, б тонн металлического урана и 50 тонн окиси урана, тогда как в Курчатовском реакторе использовалось около 400 тонн графита и 45,07 тонн урана. Это сходство объясняется желанием в обоих случаях построить реактор как можно скорее из графита и природного урана; никакого другого объяснения и не требуется, хотя в докладе Смита приводится детальное описание конструкции чикагской сборки. Чикагская сборка не давала больше 200 ватт, ограничение определялось радиационной опасностью для персонала внутри и снаружи корта для сквоша, где она была собрана. Курчатов хотел производить плутоний, испытывать материалы и проводить эксперименты, и потому он предпринял шаги, чтобы работать при большей мощности, чем 200 ватт, обеспечив защиту и дистанционное управление. Реактор Ф-1 давал 100 ватт в тот день, когда достиг критичности, и позднее (после добавки графита и урана) работал при коротких всплесках мощности до 3800 киловатт; он мог бы работать на уровне нескольких десятков ватт в течение долгого периода. В первые месяцы 1947 г. в сборку были добавлены новые слои графита и урана для увеличения мощности. При длительных периодах функционирования реактор управлялся со специального пульта, расположенного на расстоянии 1–1,5 км.
Курчатов перенес свое внимание на реактор-производитель задолго до того, как Ф-1 достиг критичности. В мае 1945 г. он решил, — вероятно, на основании информации, полученной из Соединенных Штатов, — что такой реактор должен быть уран-графитовой системой. Это было логичным решением, учитывая, что советская промышленность не могла поставить нужное количество тяжелой воды в ближайшем будущем. Для производства одного грамма плутония в день, как указывалось в докладе Смита, требовался реактор тепловой мощности 500–1500 киловатт. Курчатов и его коллеги оказались перед той же проблемой, что и американцы в 1943 г.: они должны были создать реактор требуемой мощности на основе реактора, который мог работать только на гораздо меньшей мощности.
В январе 1946 г. Курчатов обратился за помощью в конструировании промышленного реактора к Николаю Доллежалю, директору Института химического машиностроения. Доллежаль начинал свою карьеру, проектируя теплоэлектростанции, и позднее работал на различных заводах химического машиностроения. Когда он рассмотрел первоначальный проект, который уже был подготовлен, тот ему не понравился. В нем предлагалось горизонтальное расположение топливных и контрольных стержней, которые вставлялись и вынимались сбоку; такого типа реакторы были построены в Хэнфорде. Вместо этого Доллежаль предложил реактор с вертикальным расположением стержней, в котором они загружались и выгружались с использованием их собственного веса. К марту 1946 г. он подготовил эскизный проект и в июне показал Курчатову чертежи. В то же время группа в Ленинграде работала над горизонтальной конструкцией реактора. В июле Научно-технический совет решил на своем заседании, продолжавшемся с короткими перерывами 92 часа, принять проект Доллежаля. Это решение было утверждено правительством в августе, за четыре месяца до того, как экспериментальный реактор достиг критичности.
Доллежаль собрал конструкторскую группу в Институте химического машиностроения. Эта группа получала более высокую зарплату и лучшие продуктовые карточки, чем другие сотрудники института. Доллежаль имел правительственную связь, а в его институт был назначен «полномочный представитель Совета Министров». Курчатов находился с ним в тесном контакте. Каждые три или четыре дня он приезжал в институт посмотреть, как идет работа. «Это позволяло ему, — как писал Доллежаль, — знать все в деталях, фиксировать вопросы, которые оказывались необычными в связи с новизной дела, и принимать соответствующие решения». Хотя первый промышленный реактор, подобно экспериментальному реактору, был уран-графитовой системой, его проект поставил много новых проблем. Его энергетический выход оказался много выше, и поэтому при работе его нужно было охлаждать. Для охлаждения использовалась вода, поэтому в реакторе необходимы были трубы для подачи воды туда, где необходимо охлаждение.
Урановое топливо нужно было вынимать из реактора, чтобы выделить из него плутоний. Следовательно, иметь уран в виде блоков в графите было непрактично. Топливными стержнями, которые проходят через замедлитель, было легче управлять при загрузке и выгрузке, но их было труднее изготавливать. Более того, эти стержни нужно было защитить от контакта с водой, чтобы они не подвергались коррозии. В Хэнфорде урановые стержни были защищены или «вставлены» в защитные алюминиевые оболочки, и советские конструкторы использовали этот опыт. Следовало предусмотреть дистанционное управление, чтобы работа с реактором, а также выемка и загрузка стержней были безопасны. Следовало также предусмотреть защиту операторов реактора от радиации.
Реактор Ф-1 оказался чрезвычайно полезным для поисков решения этих проблем. 30 различных решеток — с различным шагом, с урановыми стержнями различного диаметра, с водой и без нее — были испытаны в туннеле реактора, чтобы определить лучшую конфигурацию. Уран для промышленного реактора был проверен в экспериментальном реакторе, как и алюминий для оболочечных труб и топливных каналов; контроль качества графита был возложен на заводы-производители. Экспериментальный реактор использовался для изучения защитных свойств различных материалов — воды, бетона, грунта, а также железных, свинцовых и парафиновых экранов — от нейтронов и гамма-излучения, а результаты этих экспериментов использовались при проектировании защиты промышленного реактора. Для изучения биологических эффектов радиации в реакторе были проведены и эксперименты с животными.
Курчатов и Доллежаль столкнулись со многими трудностями. Были проблемы с изготовлением топливных урановых стержней; в 1948 г. Фуксу задали вопрос, как изготовляются стержни из металлического урана, но он не смог помочь. Изготовление алюминиевых труб и оболочек топливных стержней также было узким местом. Зная из доклада Смита о «проблеме оболочки», как одной из самых трудных, Курчатов организовал в начале 1946 г. исследования в четырех разных институтах по методам герметизации топливных стержней, и в конце концов решение было найдено.
V
Первый промышленный реактор был построен на Урале в 15 км к востоку от города Кыштыма и в 80 км к северо-западу от индустриального центра Челябинск. Место было выбрано Завенягиным в самом конце 1945 г. Этот район Завенягин знал хорошо, так как, став депутатом в декабре 1937 г., он представлял Кыштымский округ в Верховном Совете. Новый комбинат был назван Челя-бинск-40 в соответствии с советской практикой давать секретным заводам название близлежащего города и номер почтового ящика. Он должен был стать советским эквивалентом американского комплекса в Хэнфорде.
Челябииск-40 был построен в необычайно красивой местности среди озер, гор и лесов. Место имело также и практические преимущества: поблизости были озера Иртяш и Кызылтяш, огромные запасы воды, необходимой для охлаждения реактора; в районе была лучшая в опустошенной войной стране линия электропередач; район прилегал к железной дороге и шоссе и был близок к индустриальным центрам Урала, которые могли обеспечить комбинат многими материалами, необходимыми для строительства; он располагался внутри страны и был менее уязвим для нападения вражеской авиации.
Челябинск-40 был построен на земле, которая до Октябрьской революции была частью Кыштымского завода, собственности барона Меллера-Закомельского, дальнего родственника Романовых. В течение нескольких лет перед первой мировой войной имение управлялось американской фирмой, директором которой был Герберт Гувер, будущий президент США. Гувер способствовал развитию добычи и выплавки меди в Кыштыме. «Русские инженеры были очень способными специалистами-техниками, но им не хватало подготовки для административного управления, — писал он в своих мемуарах. — Между русскими и американцами возникла непринужденная атмосфера товарищества». После революции, однако, химические и металлургические работы были там прекращены. Теперь советские инженеры строили здесь нечто несравнимо большее, чем прежде, и символом этого времени было углубляющееся политическое соперничество двух стран, а не российско-американская дружба.
В первые месяцы 1946 г. были проложены дороги и была подготовлена площадка для строительства; рытье котлованов для фундаментов началось летом. Завенягин поставил во главе строительства Якова Раппопорта, генерал-майора МВД. Раппопорт был одним из ответственных за строительство Беломоро-Балтийского канала в начале 1930-х гг., печально известной стройки, на которой погибли сотни тысяч заключенных. Челябинск-40 также строился заключенными, причем одновременно работало не менее 70 тыс. человек. Осенью 1946 г. был заложен фундамент для главного здания реактора, и к концу 1947 г. оно было готово.
К этому времени было получено достаточное количество материалов для промышленного реактора. В декабре с Казанского вокзала в Москве отправился поезд со всем необходимым для запуска реактора и с членами реакторной группы. Курчатов и Ванников приехали в Челябинск-40 в начале 1948 г. для наблюдения за сборкой реактора. Ванников незадолго до этого перенес сердечный приступ, поэтому решил остаться в вагоне на станции, чтобы избежать ежедневных поездок на расстояние более 10 км из города, где жили рабочие и инженеры. Курчатов остался с Ванниковым, и большую часть следующего года оба провели в Челябинске-40.
Курчатов занимался подготовкой реактора в тесном контакте с Ванниковым, Завенягиным и руководителями нового комплекса. Первым директором Челябинска-40 был Е.П. Славский, один из заместителей Ванникова по Первому главному управлению. Как и большинство других заместителей Ванникова, Славский рано вступил в партию — в 1918 г. Прослужив комиссаром в кавалерии в течение 10 лет, он учился в московском Институте цветных и драгоценных металлов, а затем занимал различные посты в металлургической промышленности, став во время войны директором Уральского алюминиевого завода и заместителем наркома цветной металлургии в 1945 г. Однако в конце 1947 г. во главе комплекса был поставлен Б.Г. Музруков, директор Уральского машиностроительного завода, одного из главных центров танкостроения во время войны. Музруков — бывший морской офицер, назначенный руководителем Уральского завода в 1939 г. в возрасте 35 лет. Причины этой замены не ясны, но Славский остался в Челябинске-40 главным инженером.
Сборка реактора началась в начале марта 1948 г. Курчатов произнес речь. «Здесь, дорогие мои друзья, наша сила, наша мирная жизнь на долгие-долгие годы. Мы с вами закладываем промышленность не на год, не на два… на века. “Здесь будет город заложен назло надменному соседу”. Надменных соседей еще хватает, к сожалению. Вот им назло и будет заложен! Со временем в нашем с вами городе будет все — детские сады, прекрасные магазины, свой театр, свой, если хотите, симфонический оркестр! А лет так через тридцать дети ваши, рожденные здесь, возьмут в свои руки все то, что мы сделали. И наши успехи померкнут перед их успехами. Наш размах померкнет перед их размахом. И если за это время над головами людей не взорвется ни одна урановая бомба, мы с вами можем быть счастливы! И город наш тогда станет памятником миру. Разве не стоит для этого жить?», [223]Переверзев был одним из телохранителей Курчатова, преданным Курчатову и его памяти.
К концу мая сборка реактора была в основном завершена. Теперь наступило время для испытания контрольных приборов и механизмов управления реактором. Реактор был построен под землей в бетонной шахте со стенками трехметровой толщины, и эти стенки были окружены баками с водой. Активная зона реактора включала 1168 топливных каналов и имела диаметр 9,4 м.
В начале июня 1948 г. в трубы была пущена вода и урановые стержни были загружены в топливные каналы. Работа продолжалась круглосуточно под руководством Курчатова, Ванникова и дирекции Челябинска-40. 7 июня Курчатов начал выдвигать аварийные стержни и прекратил напуск воды в реактор. Реактор, известный как «аппарат А», или «реактор А», или «Аннушка», стал критическим в тот же вечер и достиг выходной мощности 10 киловатт ранним утром 8 июня. Когда Курчатов объявил, что физические процессы идут в реакторе нормально, все, кто находился в комнате управления, подошли к нему, чтобы поздравить. «Дальше решать будет не только физика, — заявил Курчатов, — но и техника, технология». Заглушив реактор, Курчатов приказал продолжить загрузку урана. В 8 часов вечера 10 июня он пустил воду в реактор. Сидя у пульта управления, он поднял мощность реактора до 1000 киловатт. Финальная стадия запуска началась 19 июня, и 22 июня реактор достиг желаемого уровня 100 000 киловатт.
В июле реактор начал работать согласно плану производства плутония. Возникли неожиданные проблемы. Началась сильная коррозия алюминиевой оболочки топливных стержней, ее следовало анодировать другим способом. Более серьезным было разбухание топливных стержней и возникновение складок и выступов на поверхности урана; стержни застревали в охлаждающих трубах. Представители Берии подозревали саботаж, но Курчатов заявил, что вполне можно ожидать сюрпризов в поведении материалов в сильных нейтронных полях. Реактор нужно было заглушить, уран вынуть и исследовать, а образовавшийся плутоний извлечь. В проекте реактора были сделаны изменения, и все проблемы были решены.
Второй составляющей в Челябинске-40 была «установка Б» — радиохимический завод, где плутоний выделялся из урана, облученного в реакторе. Курчатов поручил разработку процесса выделения плутония Хлонину и Радиевому институту. Хлопин работал над этой проблемой во время войны, но только после возвращения института в Ленинград в начале 1945 г. и в особенности после августовских событий лучшие радиохимики и физики начали серьезно работать над процессом выделения плутония.
В докладе Смита указывалось, что в «проекте Манхэттен» использовались четыре типа метода химического разделения: испарение, абсорбция, экстрагирование и осаждение — и что на Хэнфордском обогатительном заводе использовался метод осаждения.
Успех этого процесса «превзошел все ожидания», согласно докладу, что свидетельствовало о правильности выбора, хотя он был сделан на основании сведений о химии плутония, полученных при анализе менее миллиграмма этого элемента.
Хлопин организовал несколько групп по исследованию различных методов выделения плутония — возможно, четыре, в соответствии с докладом Смита. Он считал осаждение наиболее перспективным методом, отчасти, несомненно, учитывая американский опыт, но также и потому, что большая часть его собственной работы была посвящена методу осаждения радиоактивных элементов, и первый русский радий в 1921 г. был им получен именно этим способом. Первые эксперименты были выполнены с ничтожно малыми количествами нептуния и продуктов деления, поскольку плутоний еще не был получен. На основе этих первичных экспериментов Хлопин и его коллеги в 1946 г. подготовили отчет по работе с облученным ураном для химиков и инженеров проекта. К этому времени Хлопин предоставил основные данные по проектированию завода для выделения плутония в Челябинске-40.
Однако первыми добились успеха в выделении плутония из окиси урана, облученной в реакторе Ф-1, не Хлопин, а Борис Курчатов и его коллеги в Лаборатории № 2 в апреле — августе 1947 г., используя метод осаждения. Было получено два образца плутония весом 6,1 и 17,3 микрограмма, они были видны только под микроскопом. Даже этих малых количеств хватило для начала исследований свойств плутония и его соединений. Экспериментальный полупромышленный завод был построен при НИИ-9. Там 18 декабря 1947 г. получили первый советский плутоний. Этот образец весил меньше миллиграмма, но в следующем году на этом заводе было получено два образца плутония, каждый весом в несколько миллиграммов. Исследования продолжались и по методам выделения, но существовали трудности, наличие которых косвенно подтверждается тем фактом, что Клауса Фукса через своего контролера запросили о процессе экстрагирования. Он «вряд ли мог знать что-нибудь об этом, и смог извлечь очень ограниченную информацию из отчетов Харуэлла, и даже передав ее, считал, что его данные вряд ли имеют большую ценность».
Характерной особенностью завода по выделению плутония в Челябинске-40 был каньон, состоящий из нескольких последовательно расположенных отделений с массивными бетонными стенами и почти полностью скрытых в грунте; сам термин «каньон», который использовался на заводе, был взят из доклада Смита. Как только снималась алюминиевая оболочка, топливные элементы перевозили в конец каньона и растворяли в азотной кислоте. Затем они проходили различные стадии обработки для удаления осколков деления, которые образовывались в уране наряду с плутонием. Процесс выделения основывался на осаждении слабо растворимого натрий-уранил-ацетата из раствора облученного урана в азотной кислоте. Поскольку продукты деления были слишком радиоактивны, процесс требовал дистанционного управления и специальной защиты заводских операторов. Высокая труба выносила радиоактивные ксенон и йод, которые высвобождались в больших количествах при растворении топливных стержней. Конечный процесс был разработан Б.А. Никитиным и А.П. Ратнером из Радиевого института, так как Хлопин серьезно болел и вскоре умер. Завод по выделению плутония был готов в декабре 1948 г. и начал производить плутоний в начале следующего года. Советские отчеты показывают, что освоение производства было особенно трудным, хотя в них не уточняется, в чем заключались проблемы.
Третьей составляющей Челябинска-40 была «установка В»: химико-металлургический завод, где выделенный плутоний очищали и перерабатывали в металл для бомб. И.И. Черняев, директор Института общей и неорганической химии, отвечал за разработку методов очистки плутония. А.А. Бочвар, директор НИИ-9, отвечал за металлургию плутония. Виноградов, «являясь научным руководителем, отвечал за решение проблемы аналитического контроля на радиохимических и химико-металлургических заводах». В начале 1949 г. завод еще не был готов, поэтому пустили временный «цех № 9». 27 февраля 1949 г. цех получил первые порции раствора плутония в азотной кислоте. К середине апреля была получена чистая двуокись плутония, переданная затем в металлургическое отделение, где ее перерабатывали в металл. К июню было накоплено достаточно плутония для изготовления первой атомной бомбы. В августе 1949 г. все производство было переведено из временного цеха № 9 в специально спроектированное здание.
Строительство комбината в Челябинске-40 не прекращалось и после создания первой атомной бомбы. В начале пятидесятых годов были построены новые промышленные реакторы: в сентябре 1950 г. вступил в строй второй уран-графитовый реактор, за ним последовали еще два аналогичных реактора в апреле 1951 г. и сентябре 1952 г. В январе 1952 г. был запущен небольшой реактор для получения изотопов. Тогда же был построен реактор на тяжелой воде. Работа по производству тяжелой воды началась на Чирчикском азотном комбинате в 1944 г., и примерно в то же время Институт физической химии в Москве начал физико-химические исследования электролитических элементов. В октябре 1945 г. НКВД собрал группу немецких специалистов по тяжелой воде на заводах Лейна в Мерсеберге. Эта группа работала над проектом завода тяжелой воды до октября 1946 г., а затем была переведена в Москву и передана Институту физической химии. Однако после 1948 г. немецкие ученые переключились на другую работу, так как Чирчикский завод уже производил тяжелую воду в большом количестве. В 1947 г. он доставил первую значительную партию (200 литров) в Москву для реактора, который построил Алиханов в Лаборатории № 3. Реактор стал критическим в апреле 1949 г. при тепловой мощности 500 киловатт. Он послужил прототипом для тяжеловодного реактора в Челябинске-40.
VI
Во время войны Соединенные Штаты построили в Теннесси три завода по разделению изотопов. Первым был завод электромагнитного разделения, который дал уран-235 для бомбы, взорванной над Хиросимой. Второй, термодиффузионный, завод был построен для производства полуфабриката, частично обогащенного урана, поставляемого на первый завод. Последний из трех заводов — газодиффузионный — стал главным поставщиком урана-235 для американской ядерной программы.
Советский Союз после августа 1945 г. развивал все три метода. Анатолий Александров, который возглавлял исследования по термодиффузии, хотел закрыть это направление, но Курчатов решил, что его нужно продолжать, полагая, что, если потребуется обогащенный уран для экспериментального реактора, термодиффузия станет самым подходящим методом. Этого, однако, не случилось, и термодиффузиоиный завод не был построен. После августа 1945 г. Кикоин начал интенсивно работать вместе с Соболевым и физиком-теоретиком Я.А. Смородинским над теорией газодиффузионного процесса. В нем использовался газ, гексафторид урана, диффундировавший через очень большое число пористых перегородок, в результате возникала повышенная концентрация более легкого изотопа урана-235, быстрее проникавшего через перегородки.
Арцимович, работая с И.Н. Головиным и Г.Я. Щепкиным, изучал различные возможные методы электромагнитного разделения. В этом процессе ионы пропускают через магнитное поле; они движутся по полуокружностям, которые имеют разный радиус для разных изотопов; так как легкие ионы движутся по полуокружности меньшего радиуса, соответствующим образом расположенный коллектор накапливает легкие, а не тяжелые ионы.
В начале 1946 г. были выбраны площадки для газодиффузионного и электромагнитного комбинатов. Первый должен был строиться на Среднем Урале, около Невьянска, примерно в 50 км к северу от Свердловска; ему дали кодовое название Свердловск-44. Второй — на Северном Урале, в Северной Туре, и был назван Свердловск-45. Кикоин и Арцимович назначаются научными руководителями этих двух заводов.
Значительный прогресс был достигнут в 1946 г. Кикоину удалось сделать пористые перегородки из спеченного никелевого порошка; первые газовые компрессоры пошли в серийное производство; газообразный гексафторид урана начал поступать в достаточных количествах; часть урана была обогащена на небольшом экспериментальном каскаде (поскольку степень обогащения на каждой ступени очень мала, требовался «каскад», состоящий из многих ступеней). Арцимович и его коллеги создали первый ионный источник: пучок электронов ионизовал пары тетрахлорида урана, ионы направлялись на коллектор полем электромагнита, вывезенного из Германии.
Разделение изотопов оказалось тем участком атомного проекта, где немецкие ученые приняли наиболее активное участие. Было создано два отдельных института, один под руководством Густава Герца, другой — Манфреда фон Арденне. Оба института располагались в зданиях санаториев на берегу Черного моря около Сухуми, в Грузии; институт Герца — в Агудзери, институт фон Арденне — в Синопе. Хотя перед обоими институтами ставилась задача разделения изотопов, ведущие ученые, видимо, сами могли выбирать метод работы. В результате исследования проводились по нескольким направлениям.
Только несколько советских ученых — и, в общем, не из числа самых крупных — вначале работали в Сухуми. Но некоторые ведущие советские ученые посещали эти институты. В ноябре 1945 г. туда приезжал Флеров для чтения лекций по наиболее важным научным проблемам создания бомб из урана-235 и плутония. Вскоре после этого Сухуми посетили Иоффе, Арцимович, Кикоин и Соболев. Немецких ученых вызывали в Москву на совещания в Техническом совете, где обсуждалась их работа и их предложения. Наиболее важную роль сыграл Николаус Риль, некоторые другие были заняты разработкой электромагнитного и газодиффузионного методов. Макс Штеенбек и Конрад Циппе провели исследовательскую работу по разделению с помощью ультрацентрифуги.
Макс Штеенбек работал с Арцимовичем в Лаборатории № 2 примерно 12–18 месяцев в 1947–1948 гг. Штеенбек, занимавшийся в компании «Сименс» проблемой вращающегося в «вихревой трубке» газового разряда, восхищался ясностью ума Арцимовича. Группа Манфреда фон Арденне в Синопе также разрабатывала метод электромагнитного разделения, но отдельно от Штеенбека. В 1949 г. Технический совет одобрил предложенный фон Арденне проект ионного источника для электромагнитного завода. Фон Арденне приехал в Ленинград на завод «Электросила» для наблюдения за внедрением этой исследовательской работы в производство. Несколько немецких ученых тоже занимались газовой диффузией, среди них Густав Герц, Петер Тиссен и Хайнц Барвих. Их работа, видимо, не была составной частью проекта Кикоина, а делалась параллельно.
Ни с электромагнитным, ни с диффузионным методом дела не шли гладко. Арцимовичу не удавалось получить источники ионов с требуемым током. Проблемы с диффузионным методом были еще более серьезными. Строительство промышленного завода закончилось в 1948 г. Когда он начал работать, в конце последнего каскада вообще не оказалось конечного продукта, и даже в 1949 г. степень обогащения достигла только 40% — намного меньше 90% с лишним, требуемых для бомбы. Курчатов поручил Арцимовичу увеличить степень обогащения. Уран, обогащенный до 40%, был привезен в Лабораторию № 2, и после месяца круглосуточной работы Арцимович и его группа, используя экспериментальную установку, получила 400 граммов урана, обогащенного до 92–98%.
В ноябре 1949 г. немецким ученым поручили помочь в разработке газодиффузионного процесса. Шесть немцев, включая Герца, Тиссена и Барвиха, были привезены в Свердловск-44. На следующий день после их прибытия Ванников и Кикоин ознакомили ученых с возникшими трудностями. Кикоин объяснил, что завод не достиг ожидаемого уровня обогащения — получено только 50–60% вместо требуемых 90% и выше. Кроме того, сказал он, большая часть гексафторида урана в процессе диффузии вообще исчезает. Возможно, дело в коррозии, но химический анализ не мог показать, почему теряется уран. Не могли бы немецкие ученые помочь?
Диффузионный завод в Свердловске-44 был меньше, чем американский завод в Ок-Ридже, запланированный выход составлял один килограмм урана-235 в день. Подобно американскому заводу, он был построен в виде огромной буквы U, занимающей обширную площадь. Он включал 6000 компрессоров, разделенных на секции по 128 в каждой. Свежеокрашенные компрессоры, корпуса перегородок и соединительные трубы в кондиционированных помещениях произвели впечатление на немецких ученых. Они были поражены скоростью, с которой был воздвигнут этот технически современный завод.
Немцы работали в одной каскадной секции, которая была изолирована от остального каскада. Тиссен занимался методами защиты от коррозии, а Барвих измерял и хронометрировал потери гексафторида урана. Немцы, однако, оказались не в состоянии помочь. Берия прибыл на завод и дал Кикоину и его коллегам три месяца для решения проблемы. В конце концов было обнаружено, что уран теряется внутри компрессоров. Роторы, смонтированные внутри компрессоров, имели арматуру из многослойного железа, внутренние слои были влажными и реагировали с гексафторидом урана. Это не было замечено раньше, поскольку внешние слои оставались сухими. С помощью А.Н. Фрумкина, ведущего физико-химика, группа Кикоина нашла способ справиться с проблемой.
В 1950 г. Берия освободил Кикоина от обязанностей заместителя Курчатова по Лаборатории № 2, с тем чтобы он сосредоточил свои усилия на газодиффузионном заводе. К концу 1950 г. проблемы на заводе были решены. Макс Штеенбек, познавший все трудности диффузионного процесса, обратился к Берии с предложением о строительстве небольшого завода с центрифугой для «отшлифовки» обогащения после газодиффузионного разделения, и его предложение было принято. Но в декабре 1950 г. Технический совет раскритиковал предложение Штеенбека по заводу с центрифугой, фактически покончив с этой идеей. Примерно тогда же был снижен приоритет электромагнитного разделения. Было решено не строить полномасштабный завод по электромагнитному разделению, а небольшой завод в Свердловске-45, уже завершенный, больше не рассматривался как первоочередной. Эти решения означали, что альтернативы газовой диффузии теперь не были столь нужны. В январе 1951 г. Тиссен сказал Штеенбеку, что проблемы с коррозией на газодиффузионном заводе решены. В 1951 г. газодиффузионный завод начал производить уран со степенью обогащения легким изотопом свыше 90%.
VII
Создание атомной промышленности стало замечательным подвигом, в особенности для страны, экономика которой была разрушена войной. Это показывало, что в Советском Союзе были ученые и инженеры, способные создать совершенно новую отрасль промышленности. Более того, это был не единственный высокотехнологичный проект, разрабатывавшийся в Советском Союзе в то время; ракеты и радар также требовали очень квалифицированных специалистов. Это правда, что Советский Союз получил большую информацию о «проекте Манхэттен» и что эта информация повлияла на выбор технических решений. Но это не уменьшает достигнутого результата — создания атомной промышленности за столь короткое время. Между пониманием того, что нужно сделать, и реальным строительством заводов огромная дистанция.
Командно-административная система оказалась способной мобилизовать ресурсы в огромном масштабе и направить их на первоочередной проект. Сталин и Берия приняли дорогостоящую стратегию нескольких альтернативных путей к бомбе. Принципу избыточности, который критиковал Капица, следовали почти во всех частях проекта: плутоний и уран-235, графитовый и тяжеловодный реакторы, газодиффузионное и электромагнитное разделение изотопов. Выбор такой стратегии означает, что главным для Сталина было время.
Командно-административная система оказалась эффективной при создании атомной индустрии. Но система была жестокой, и цену, которую она потребовала, следует отметить. Во-первых, система широко использовала труд заключенных. Большая часть работ в шахтах и на стройках выполнялась ими. Они добывали уран в Средней Азии и других районах Советского Союза. Они принимали участие в строительстве новых городов, заводов и институтов на Урале и в строительстве лаборатории оружия в Арзамасе-16. Мало известно об условиях, в которых заключенные работали и жили. Даже Александр Солженицын в своем энциклопедическом труде «Архипелаг ГУЛАГ» ничего не говорит об урановых рудниках и очень мало — о заключенных, которые строили ядерные установки. Каждые три месяца, пишет он, заключенные в сверхсекретных лагерях атомной промышленности «обязаны были возобновлять подписку о неразглашении. Это обязательство создало настоящую проблему — куда девать освободившихся заключенных, так как после работы на объекте они уже не могли вернуться домой. Летом 1950 года группу таких “освободившихся” заключенных этапом отправили на Колыму. Там они были определены на вечное поселение как особо опасный контингент. Они были опасны потому, что помогли сделать атомную бомбу».
Отсутствие воспоминаний обитателей ядерного ГУЛАГа или свидетельств об условиях их работы не случайно. Очень немногие из них освобождались даже по окончании срока заключения.
Больше известно об урановых рудниках в советской оккупационной зоне Германии. Условия труда там были ужасны, советские власти вербовали рабочих, поскольку желающих не хватало. Биржи труда получили указание направлять рабочих на рудники, а полиции было приказано составить списки людей, не имеющих постоянной работы. Беженцы из восточных земель Германии, отошедших к Польше, посылались на рудники; также поступали с военнопленными, возвращавшимися из Советского Союза на эти земли. Организовывались также молодежные бригады. К 1950 г. в советской зоне в урановой промышленности было занято, по данным ЦРУ, 150–200 тыс. человек. Шахтеры в Германии жили в бараках, окруженных колючей проволокой и охранявшихся войсками МВД; за попытки побега наказывали, хотя, очевидно, многим они удавались. Мало внимания уделялось охране здоровья тех, кто работал с ураном: защитная одежда была плохой, многие шахтеры заболевали раком легких, вдыхая радон. Несчастные случаи были не редкостью, медицинское обслуживание — недостаточным. Нет оснований полагать, что условия на советских рудниках были лучше. Скорее всего, они были еще хуже, так как в них работали заключенные, а не контрактные рабочие. Умерших в советских лагерях хоронили в общих могилах.
Существовала еще одна цена, которая была уплачена из-за издержек административно-командной системы. В погоне за бомбой жизнь и здоровье людей ценились низко, хотя этим и не пренебрегали полностью. В августе 1948 г. Первое главное управление и Министерство здравоохранения разработали санитарные нормы и правила для работающих на установках А и Б в Челябинске-40.
Эти нормы были высоки по теперешним стандартам: в них допускалась ежедневная доза радиации в 0,1 бэр за б рабочих часов (около 30 бэр в год). Но даже этих норм не придерживались. Средняя доза, получаемая рабочими на установке А (реактор) в 1949 г., составляла 93,6 бэр; на установке Б (завод химического разделения) средняя доза составляла 113,3 бэр в 1951 г., Данные по химико-металлургического заводу, где прямой контакт с плутонием приводил к многочисленным профессиональным заболеваниям, недоступны. Ситуация там была гораздо хуже — радиохимические работы были особенно опасными. Следует отметить, что процент женщин здесь был выше, чем на других участках.
Первые случаи радиационных заболеваний появились в Челя-6инске-40 в начале 1949 г. Вскоре после этого один из физиков написал Берии, что руководители Челябинска-40 недооценивают опасность облучения персонала, и были приняты дополнительные меры для улучшения условий работы. Руководители атомного проекта понимали, что радиация может быть вредна, это видно из конструкции реактора и радиохимического завода. Но они завышали допустимые дозы облучения. Нажим сверху при создании бомбы был слишком велик, ученые, инженеры и техники, работавшие в проекте, понимали чрезвычайную важность цели и поэтому готовы были подвергаться высокому уровню облучения. «Опасность работы в условиях повышенного радиационного воздействия понимали не только руководители, но и рядовые сотрудники, — писалось в более позднем исследовании. — Однако не менее отчетливо они понимали, что стране необходимо атомное оружие, и это нередко заставляло их сознательно рисковать своей безопасностью». Опасность была особенно высока в первые годы, когда нужно было решить многочисленные проблемы, связанные с новыми, неизученными технологическими процессами. Именно в таких ситуациях люди получали особенно высокие дозы ионизирующего излучения. Они подвергались повышенному риску хронических радиационных заболеваний и рака в последующие годы. Ситуация в Челябин-ске-40 начала улучшаться только после 1953 г.
Третья цена, которая была заплачена за создание атомной промышленности, — это ущерб, нанесенный окружающей среде. С 1948 по 1951 г. 76 миллионов кубометров отходов с высоким и средним уровнем радиоактивности было спущено из Челябинска-40 в систему рек Теча — Исеть — Тобол. Вскоре стало ясно, что люди, живущие по берегам этих рек, страдают от этих отходов. Обследование летом 1951 г. показало, что русло и вся долина реки Течи сильно загрязнены и что 124 тыс. человек подверглись облучению без всякого предупреждения. Десять тысяч человек было эвакуировано из зон, подвергшихся наивысшему заражению, а другие населенные пункты стали снабжаться водой из иных источников. Река Теча и ее бассейн — в общей сложности 8000 гектаров — были исключены из землепользования. Была построена система дамб и резервуаров, чтобы улучшить положение, изолируя реку от самых зараженных участков. Первая дамба была построена к концу 1951 г. заключенными.
Советский Союз — не единственная страна, в которой атомная индустрия нанесла ущерб здоровью людей и окружающей среде. Но в условиях интенсивного нажима ради скорейшего достижения цели — создания бомбы — не было времени обращать внимание на риск, а протесты пострадавших в сталинской системе были невозможны. Хотя войны и не было, именно в эти годы гонка ядерных вооружений потребовала свои первые жертвы среди советских людей.