На состоянии энергичного пятидесятивосьмилетнего Бора это никак не отразилось. «Оказавшись в Англии и отдохнув, – продолжает свой рассказ Оппенгеймер, – он узнал от Чедвика о происходящих событиях»[2102]. Оге прибыл неделей позже, и отец с сыном совершили поездку по Британии, изучая развивавшуюся там деятельность Проекта трубных сплавов, в том числе установку для газовой диффузии полупромышленного масштаба. Но основной центр тяжести этой деятельности давно уже переместился в Соединенные Штаты. Британцы готовились отчасти вернуть себе инициативу, отправив в Лос-Аламос делегацию, которая должна была помочь в конструировании бомб. Они хотели включить Бора в состав этой делегации, что прибавило бы ей веса и престижности. К тому времени датский лауреат уже получил, по словам Оппенгеймера, «основательное первое впечатление». Относительно того, как ядерное оружие изменит мир, подразумевает Оппенгеймер. Чтобы подчеркнуть формировавшееся у Бора понимание, он использует следующую сильную аналогию: «Для него это стало открытием, похожим на то, которое он испытал [тридцатью] годами раньше, узнав об открытии Резерфордом атомного ядра»[2103].
Итак, в начале зимы 1943 года Нильс Бор снова готовился к поездке в Америку, вооруженный важным и новым откровением, на этот раз касающимся не физики, а политического устройства мира.
Он был готов поражаться могучему развитию промышленности. «Оказалось, что разработки в области атомной энергии в США и Англии продвинулись гораздо дальше, чем ожидал отец»[2104], – с некоторым преуменьшением говорит Оге Бор. Заключение Роберта Оппенгеймера, должно быть, точнее описывает то потрясение, которое должен был ощутить беженец, освободившийся из безжизненной атмосферы оккупированной Дании: «Деятельность, ведущаяся в Соединенных Штатах, показалась Бору совершенно фантастической»[2105].
Такою она и была.
15Разные звери
Участок площадью 24 000 гектаров полудикой местности в Аппалачах, вдоль реки Клинч, текущей на востоке штата Теннесси, приобретение которого для Манхэттенского проекта 12 сентября 1942 года было одним из первых действий генерала Лесли Р. Гровса на новом посту, охватывал несколько разделенных гребнями параллельных долин, проходящих на юго-восток от подножия Камберлендских холмов. Гровсу понравилась геологическая структура этой местности, позволявшая разместить его многочисленные предприятия в изолированных местах. Однако эта новая территория была почти такой же неосвоенной, как впоследствии Лос-Аламос. Юго-восточную и юго-западную границу участка образовывала река Клинч, извилистый приток Теннесси. Километрах в тридцати к востоку находился город Ноксвилл с населением чуть менее 112 000 человек; еще дальше к востоку возвышалась горная стена национального парка Грейт-Смоки-Маунтинс. 240 квадратных километров бесплодных долин и поросших падубом гребней пересекали пять грунтовых проселочных дорог. На всем участке длиной около 27 и шириной около 11 километров жило всего около тысячи обнищавших крестьянских семей. Именно в этих огражденных гребнями долинах обедневшего холмистого края армия Соединенных Штатов намеревалась возвести футуристические фабрики, которые должны были отделить 235U от 238U в количестве, достаточном для создания атомной бомбы.
Для этого прежде всего нужно было улучшить транспортные связи и построить город. Зимой 1942 и весной 1943 года подрядчики проложили на клейкой, красной теннессийской земле 90 километров железнодорожных насыпей и почти 500 километров мощеных дорог и улиц. Основные дороги округа были превращены в четырехполосные шоссе. Не успевавшая справляться с работой бостонская инженерная компания Stone & Webster предложила настолько примитивный план будущего города, что Манхэттенский инженерный округ отказался его принять и передал заказ молодой и перспективной архитектурной фирме Skidmore, Owings and Merrill. Та разработала проект удобно расположенных домов, которые предполагалось строить с использованием новаторских материалов: это дало такую экономию, что в лучших из жилых коттеджей можно было предусмотреть такие дополнительные удобства, как камины и веранды. Новый город, изначально рассчитанный на 13 000 работников, назвали по месту его расположения вдоль северо-западного края долины – Ок-Ридж[2106]. Вся территория в целом, огороженная колючей проволокой, за которую можно было попасть только через семь охраняемых ворот, получила название Клинтонского инженерного предприятия по имени находившегося рядом населенного пункта. Работавшие в ней прозвали ее Догпэтч («Собачий Пятачок») в честь места действия комикса «Крошка Абнер»[2107] из жизни «хиллбилли», обитателей глухих деревень в Аппалачах. Только что установленные ворота закрылись для посторонних 1 апреля.
Гровс планировал построить в Клинтоне установки электромагнитного разделения изотопов и установку газовой диффузии; уже в первые месяцы своей работы в проекте он понял, что производство плутония будет происходить в таких масштабах и создавать такое количество потенциально опасных радиоактивных материалов, что для него потребуется собственная отдельная территория. Самым развитым из трех технологических процессов был электромагнитный метод Эрнеста Лоуренса.
Метод электромагнитного разделения изотопов был расширением и усовершенствованием масс-спектрометрии, которую изобрел в 1918 году Фрэнсис Астон. Как объясняется в докладе, подготовленном в 1945 году сотрудниками Лоуренса, метод «основан на том факте, что электрически заряженный атом, пролетающий через магнитное поле, движется по окружности, радиус которой определяется его массой»[2108] – на этом же принципе был основан и циклотрон Лоуренса. Чем легче атом, тем меньше окружность, которую он описывает. Если взять ионы какого-либо соединения урана в газообразной фазе и привести их в движение в одном конце вакуумной камеры, помещенной в сильное магнитное поле, то эти ионы, двигаясь по криволинейным траекториям, разделяются на два пучка. Более легкие атомы 235U летят по более узкой дуге, чем более тяжелые атомы 238U; на полутораметровой дуге величина расхождения пучков может составлять около семи с половиной миллиметров. Если поставить накопитель в точку попадания пучка ионов 235U, в нем можно будет собрать эти ионы. «Когда ионы соударяются с дном накопителя… они теряют свой заряд и остаются там в виде металлических хлопьев»[2109][2110]. Схема такой установки со щелями в ускоряющих ионы электродах может выглядеть так, как показано ниже.
В конце 1941 года Лоуренс установил 180-градусный масс-спектрометр на месте дуантов метрового циклотрона в Беркли. За месяц непрерывной работы установки его группа получила 100 микрограммов частично очищенного 235U[2111]. Это было в несколько сотен миллионов раз меньше, чем 100 килограммов, которые Роберт Оппенгеймер первоначально считал необходимыми для изготовления бомбы. Эта демонстрация доказала правильность основополагающего принципа электромагнитного разделения и в то же время ярко проиллюстрировала гигантскую неэкономичность этого метода: Лоуренс собирался разделять уран, перебирая каждый атом.
Очевидными средствами повышения пропускной способности и производительности метода были укрупнение оборудования, повышение ускоряющего напряжения и увеличение числа источников и накопителей, устанавливаемых друг рядом с другом между полюсами одного и того же магнита. Раньше Лоуренс пожертвовал ради победы в войне своим временем; теперь он пожертвовал своим великолепным, новым 4,5-метровым циклотроном. Вместо дуантов циклотрона он установил между полюсами 4500-тонного магнита D-образные камеры масс-спектрометра. В течение весны и лета 1942 года новую установку привели в рабочее состояние, что было связано с решением чрезвычайно сложных инженерных задач. В процессе наладки у нее появилось собственное имя: калютрон, еще один «-трон», родившийся в Калифорнийском университете.
По оценке Лоуренса, сделанной осенью 1942 года, для выделения 100 граммов 235U в сутки требовалось около 2000 полутораметровых калютронных камер, установленных в магнитах, весящих многие тысячи тонн. Если для бомбы достаточной эффективности нужно было иметь 30 килограммов 235U, как только что рассчитали участники летних исследований в Беркли, то 2000 таких калютронов могли обогащать достаточное для одной бомбы количество активного материала за 300 суток. Все это в предположении, что система будет работать без сбоев, чего пока что нельзя было сказать о ее лабораторных прототипах. Однако в 1942 году электромагнитное разделение изотопов все еще казалось Джеймсу Брайанту Конанту настолько более перспективным, чем применение плутония или барьерная газовая диффузия, что он предложил обсудить возможность дальнейшего развития только этого метода. Лоуренс был уверен в своих силах, но не до безрассудства; он настоял на том, чтобы две темные лошадки продолжали участвовать в соревновании вместе с фаворитом.
Магнитное поле направлено перпендикулярно плоскости чертежа
Гровс был не так впечатлен этими результатами. Того же мнения придерживалась и первая комиссия Льюиса, посетившая Чикаго и Беркли зимой 1942 года, когда Ферми собирал реактор СР-1. Комиссия Льюиса сочла самым лучшим методом газовую диффузию, потому что она была ближе всего к известным технологиям – явление диффузии было хорошо знакомо ин