Ферми обсудил с Зинном и Вольни Уилсоном программу на этот день, продолжает Вудс; «затем появился сонный Герб Андерсон… Мы с Гербом и Ферми вернулись в квартиру, в которой я жила вместе с сестрой (она была недалеко от стадиона), чтобы поесть. Я приготовила оладьи, но так спешила сделать тесто, что в нем остались комки сухой муки. Когда я пожарила оладьи, эти комки хрустели на зубах, и Герб решил, что я добавила в тесто орехи»[1915].
На улице дул пронизывающий ветер. Бензин второй день продавался в городе по талонам, и чикагцы, оставившие свои машины дома, набивались в переполненные трамваи и поезда подземки: плотность автомобильного движения упала почти вдвое. Госдепартамент объявил этим утром, что в Европе погибли два миллиона евреев, а еще пять миллионов находились в опасности. Германия готовила контрнаступление в Северной Африке; американские морские пехотинцы и японские солдаты сражались в аду Гуадалканала.
Мы пришли обратно, пробираясь по холодному хрустящему снегу… Пятьдесят седьмая улица была необычно пуста. Под западной трибуной было так же холодно, как на улице. Мы надели привычные серые (теперь черные от графита) халаты, вошли на корт для сквоша, на котором возвышался реактор, покрытый грязной, серовато-черной аэростатной тканью, потом поднялись на балкон. Раньше этот балкон предназначался для зрителей, наблюдавших за игрой в сквош, но теперь он был забит контрольным оборудованием и измерительной аппаратурой: все это светилось, мигало лампочками и излучало желанное тепло[1916].
Среди прочей аппаратуры там были устаревшие счетчики на трифториде бора для измерения низкой интенсивности нейтронного потока и ионизационные камеры для измерения более высоких уровней. На деревянном помосте, отходившем от реактора, были установлены автоматические регулирующие стержни, приводимые в действие маленькими электромоторами: в этот день они не использовались. На той же конструкции стоял разработанный Зинном утяжеленный предохранительный стержень под названием ZIP. Его удерживал вне реактора соленоидный захват, управляемый ионизационной камерой; в случае превышения интенсивностью нейтронного потока значения, на которое была установлена камера, соленоид срабатывал и высвобождал стержень, который входил в реактор под действием собственного веса, чтобы остановить цепную реакцию. Еще один стержень, похожий на ZIP, был подвешен на веревке к перилам балкона; рядом с ним стоял, чувствуя себя очень глупо, один из физиков, который должен был перерубить веревку топором, если все остальные предохранительные устройства не сработают. Аллисон настоял даже на создании «команды смертников» – три молодых физика с бутылями раствора сульфата кадмия поднялись под самый потолок на подъемнике, который до этого использовали для доставки наверх графитовых блоков. «Некоторые из нас, – сетует Уоттенберг, – были очень этим недовольны: если бы бутыли случайно разбились вблизи реактора, его материал мог стать бесполезным»[1917]. Джордж Вейль, молодой физик, участвовавший в этой работе еще в Колумбийском университете, занял свое место на корте для сквоша: следуя указаниям Ферми, он должен был перемещать один из кадмиевых регулирующих стержней вручную. У Ферми были счетчики, отмечавшие показания трифторида бора громкими щелчками, и цилиндрический самописец, делавший то же самое беззвучно: он отмечал значения интенсивности нейтронного потока в реакторе чернилами на медленно вращающемся рулоне разграфленной бумаги. Расчеты Ферми производил на карманном калькуляторе того времени – своей испытанной 15-сантиметровой логарифмической линейке.
Где-то в середине утра Ферми начал решающий эксперимент. Сначала он приказал вывести из реактора все кадмиевые стержни кроме одного и проверил, совпадает ли интенсивность нейтронного потока с результатами измерений, которые провел прошлой ночью Андерсон. По результатам этого сравнения группа Вольни Уилсона, работавшая на балконе, подстроила свои приборы, что заняло некоторое время. Ферми заранее рассчитал интенсивность, которой должен был достигать реактор по мере того, как Джордж Вейль постепенно выводил из него последний четырехметровый кадмиевый стержень, выдвигая его на каждом шаге на заранее отмеренную величину.
Когда группа Уилсона была готова, пишет Уоттенберг, «Ферми велел Вейлю выдвинуть кадмиевый стержень приблизительно до середины. [В этом положении реактор оказался] в состоянии, далеко не достигающем критического. Интенсивность стала расти, частота щелчков счетчиков увеличивалась в течение короткого времени, а затем их щелчки снова стали равномерными, как и предполагалось»[1918]. Ферми занялся вычислениями скорости роста на своей логарифмической линейке и записал полученные значения. После этого он попросил Вейля выдвинуть стержень еще на пятнадцать сантиметров. «Интенсивность нейтронного потока снова увеличилась и стабилизировалась. Реактор все еще был в докритическом состоянии. Ферми снова занялся расчетами на своей маленькой линейке и, по-видимому, был доволен результатами вычислений. Каждый раз, когда интенсивность выходила на плато, ее значения соответствовали тому, чего он ожидал для данного положения регулирующего стержня»[1919].
Такие медленные, тщательные проверки продолжались все утро. На балконе начала собираться толпа. Там появились Сцилард, Вигнер, Аллисон и Спеддинг, который изобрел металлические «яйца», позволившие уменьшить высоту реактора. На балконе собрались человек двадцать пять или тридцать зрителей, в основном молодые физики, работа которых уже была закончена. Никто не фотографировал эту сцену, но можно предположить, что зрители были по большей части в костюмах и галстуках по элегантной моде довоенной физики. Поскольку на корте для сквоша было холодно, около 18° мороза, на них наверняка были теплые шубы и шапки, шарфы и перчатки. Помещение было покрыто графитовой пылью. Перед ними возвышался реактор: снизу он был закрыт до середины необработанными сосновыми досками 100 × 150 миллиметров, над которыми выступал купол из неприкрытого графита. Он был похож на зловещий черный улей в светлой коробке. Пчелами в этом улье были нейтроны, горячие и беспокойные.
Ферми велел выдвинуть стержень еще на пятнадцать сантиметров. Вейль выполнил его команду. Установившийся уровень интенсивности нейтронного потока оказался за пределами диапазона измерений некоторых из приборов. Время шло, говорит Уоттенберг, зрители мерзли, а группа Уилсона снова занялась настройкой своей электроники.
После того как приборы были перенастроены, Ферми велел Вейлю вывести стержень еще на пятнадцать сантиметров. Реактор все еще не достиг критического состояния. Интенсивность росла медленно – как вдруг раздался очень громкий грохот! Произошло автоматическое высвобождение аварийного стержня, ZIP. Ионизационная камера привела в действие его реле, так как интенсивность превысила тот произвольно выбранный уровень, на который она была установлена. Было 11:30 утра, и Ферми сказал: «Я проголодался. Пойдемте пообедаем». Остальные стержни ввели в реактор и заперли[1920].
В два часа дня они были готовы продолжать эксперимент. К ним присоединился Комптон. С ним пришел Кроуфорд Гринуолт, высокий, красивый инженер, возглавлявший группу сотрудников компании Du Pont, работавших в Чикаго. Теперь на корте для сквоша было сорок два человека, по большей части толпившиеся на балконе.
Ферми снова распорядился отпереть и вынуть все кадмиевые стержни кроме одного. Он попросил Вейля установить последний стержень в одно из положений, уже пройденных утром, и сравнил интенсивность реактора с предыдущими показаниями. Убедившись в правильности измерений, он велел Вейлю перевести стержень в последнее положение, до которого они дошли перед обедом: стержень был выведен на два с небольшим метра.
Чем ближе значение k подходило к 1,0, тем медленнее изменялась интенсивность реактора. Ферми выполнил еще одно вычисление. Реактор был близок к критическому состоянию. Ферми попросил ввести стержень ZIP. Это привело к уменьшению счета нейтронов. «На этот раз, – сказал он Вейлю, – выдвиньте регулирующий стержень еще на тридцать сантиметров». Вейль вывел кадмиевый стержень. Ферми кивнул, и стержень ZIP также вывели из реактора. «Этого должно хватить», – сказал Ферми Комптону. Директор плутониевого проекта стоял рядом с Ферми. «Теперь реакция станет самоподдерживающейся. Кривая [на самописце] поднимется и продолжит подниматься; она не стабилизируется»[1921].
Герберт Андерсон был свидетелем этих событий:
Сначала можно было слышать нейтронный счетчик: щелк-щелк, щелк-щелк. Потом щелчки стали все более убыстряться и через некоторое время начали сливаться в непрерывный рев; счетчик уже не справлялся с такой скоростью. В этот момент пора было переключиться на самописец. Но когда на него переключились, внезапно наступила тишина, в которой все следили за все более сильными отклонениями пера самописца. Тишина была благоговейной. Все понимали, что означает это переключение: мы перешли в режим высокой интенсивности, в котором счетчики уже не справлялись с измерениями. Диапазон самописца снова и снова приходилось менять, чтобы он соответствовал интенсивности нейтронного потока, которая росла все быстрее и быстрее. Внезапно Ферми поднял руку. «Реактор перешел в критический режим», – объявил он. Никто из присутствующих ничуть не усомнился в этом[1922].
Ферми позволил себе улыбнуться. На следующий день он доложил техническому совету[1923]