Как бы то ни было, Гровс принял решение о переходе на новый барьер еще за день до январского совещания; вердикт британцев лишь подкрепил его решение. То, что он предпочел не отказаться от газовой диффузии, а сменить тип барьера, было подтверждением факта, которого многие из ученых, работавших в Манхэттенском проекте, еще не осознали: что стремление Соединенных Штатов разработать ядерное оружие вышло за пределы казавшейся насущной, но узкой цели получения бомбы раньше, чем она появится у Германии. Строительство установки газовой диффузии, которое должно было помешать производству обычных вооружений и обойтись в конечном счете в полмиллиарда долларов, но почти несомненно не могло внести существенного вклада в приближение конца войны, означало, что ядерное оружие отныне следует считать постоянным дополнением к арсеналу США. Юри осознал это обстоятельство и отошел от этой работы; «начиная с этого момента, – пишут коллеги в его биографии, – он направлял свои усилия только на контроль атомной энергии, а не на ее приложения»[2129].
Через двенадцать дней после того, как Энрико Ферми получил 2 декабря 1942 года в Чикаго первую цепную реакцию, Гровс составил список критериев площадки для производства плутония и окончательно и бесповоротно исключил возможность ее создания в Теннесси. «Клинтонская площадка… находилась недалеко от Ноксвилла, – поясняет он, – и, хотя мне казалось, что вероятность возникновения серьезной опасности невелика, мы не могли быть абсолютно уверены в этом. Никто не знал, что именно может случиться – и может ли случиться что-нибудь – при попытке запустить цепную реакцию в большом реакторе. Если бы реактор по каким-либо неизвестным и непредвиденным причинам взорвался и выбросил в атмосферу огромное количество высокорадиоактивных веществ, а ветер дул в это время в направлении Ноксвилла, число погибших и пострадавших в этом районе было бы катастрофическим». Такая авария могла бы «уничтожить всякое подобие безопасности проекта», предполагал Гровс; кроме того, она могла бы «вывести из строя»[2130] установки электромагнитного и диффузионного разделения изотопов. Лучше было разместить производство плутония где-нибудь подальше.
Производственным реакторам требовались мощные источники электроэнергии и воды для нагнетания и охлаждения гелия, который предполагалось использовать для их охлаждения. По соображениям безопасности им требовалось много свободного места. Этим критериям удовлетворяли большие речные системы Дальнего Запада, в частности бассейн реки Колумбии. Гровс отправил на разведку офицера, который должен был руководить плутониевым комплексом, вместе с гражданским инженером компании Du Pont, ответственным за строительные работы. Он хотел, чтобы эти двое не только выбрали место, но и привыкли к работе друг с другом. Так и вышло: им обоим понравилась выглядевшая перспективной площадка на юге центральной части штата Вашингтон, и накануне Нового года они вернулись в кабинет к Гровсу со своим отчетом. 21 января 1943 года генерал получил оценку стоимости земельного участка[2131]. К этому времени он уже побывал на нем лично.
К востоку от Каскадных гор, в 30 километрах по прямой к востоку от города Якимы, синяя, холодная, быстрая река Колумбия поворачивает на восток, затем на северо-восток, потом резко изгибается на 90° на юго-восток и, наконец, устремляется на юг через засушливую, поросшую кустарником равнину. Завершив это последнее отклонение вглубь континента, после города Паско река описывает широкую дугу и дальше, на протяжении 400 километров, остающихся до океана, течет прямо на запад. Даже на таком расстоянии от моря река остается широкой и глубокой, и в сезон в ней бывает множество лосося, но окружающая ее песчаная равнина получает от нее мало воды, а из-за барьера Каскадных гор в этих местах выпадает не более 152 миллиметров осадков в год.
Участок, который обнаружили представители Гровса, а сам Гровс выкупил в конце января приблизительно за 5,1 миллиона долларов, находился внутри восточного изгиба Колумбии. Его площадь составляла около 200 000 гектаров (2000 квадратных километров); эта земля использовалась в основном под овечьи пастбища, но на ней изредка встречались орошаемые сады и виноградники, а также несколько ферм, процветавших во время войны благодаря орошаемым полям, на которых выращивали перечную мяту. Лето в этих местах бывало долгим и сухим, с максимальной температурой +46 °C; редко случающаяся минимальная зимняя температура достигала –33 °C. На приблизительно круглом пятидесятикилометровом участке было мало дорог. В одном конце его пересекала железнодорожная линия компании Union Pacific; через северо-западный сектор проходила сдвоенная линия электропередачи напряжением 230 киловольт, соединяющая плотину Гранд-Кули с плотиной Бонневилль. В нескольких милях к юго-западу от 90-градусного поворота реки над осадочной равниной возвышалась на 150 метров одинокая базальтовая гора Гейбл, разделяющая приречную территорию излучины изнутри. В середине участка, рядом с паромной переправой через Колумбию, находился полузаброшенный прибрежный поселок с населением около сотни человек. Его постройки стали первыми зданиями комплекса, который назвали по его имени Хэнфордским инженерным предприятием[2132].
Гровс не мог строить Хэнфорд, не имея более точной информации о том предприятии, которое там будет размещено. Было ясно, что потребуется огромное количество бетона для изоляции производственных реакторов и установок химической переработки; отправленный в Хэнфорд инженер искал пригодные к разработке залежи гравия и щебня. В случае аварии в воздух могли быть выпущены радиоактивные материалы; в связи с этим необходимо было провести тщательное метеорологическое исследование площадки. Требовалось проанализировать речную воду; также необходимо было изучить и водящегося в ней ценного лосося, чтобы установить, как повлияют на рыбу слабые дозы радиации, которые будут возникать временно в реке из-за стоков реакторов. Нужно было построить дороги, подключиться к источникам электроэнергии, построить бараки для десятков тысяч строителей.
В начале 1943 года возобновилось обсуждение вопроса о методах охлаждения производящих плутоний ядерных котлов – к этому времени инженеры компании Du Pont начали называть их реакторами. Руководитель производства плутония в этой компании Кроуфорд Гринуолт по-прежнему планировал использовать гелиевое охлаждение, так как этот благородный газ не имеет вообще никакого сечения поглощения нейтронов. Но его нужно было прокачивать через реакторы под высоким давлением; для этого требовались большие и мощные компрессоры, и Гринуолт совершенно не был уверен, что их удастся построить вовремя. Для хранения газа нужны были огромные стальные резервуары, которые обеспечивали бы подачу в реакторы, не теряя при этом герметичности. Их создание было сложной задачей не только для конструкторов, но и для сварщиков.
На помощь проекту пришел Юджин Вигнер. Ферми обнаружил в реакторе СР-1 более высокое, чем он ожидал, значение k. Реактор на стадионе Стэгг-Филд был собран в основном из оксида урана. Графит, который в нем использовали, был разного качества, причем оно повышалось по ходу работы. Производственный реактор из чистого металлического урана и высококачественного графита должен был дать еще более высокое значение k – достаточно высокое, как рассчитал Вигнер, чтобы в нем можно было использовать водяное охлаждение.
Группа Вигнера спроектировала реактор в форме лежащего на боку графитового цилиндра размерами 8,5 на 11 метров[2133], через который проходили в продольном направлении более тысячи алюминиевых трубок. Эти трубки заполняются урановыми стержнями размером со стопку монет по четверть доллара, суммарная масса которых составляла 200 тонн. Цепная реакция урана, окруженного 1200 тоннами графита, вырабатывает 250 000 киловатт тепла. Охлаждающая вода, протекающая под давлением через алюминиевые трубки вокруг урановых стержней со скоростью 284 000 литров в минуту, рассеивает это тепло. Стержни не находятся в потоке неприкрытыми; по замыслу Вигнера каждый из них должен был быть заключен в отдельную алюминиевую оболочку. По истечении достаточно долгого – стодневного – периода работы, за который приблизительно один атом из каждых 4000 превращается в плутоний[2134], облученные стержни можно вытолкнуть через заднюю сторону реактора, просто загрузив с его передней стороны новую партию стержней. Горячие стержни падают в глубокий резервуар с чистой водой, которая надежно удерживает в себе интенсивное, но короткоживущее излучение продуктов распада. Через 60 суток их можно вынуть из воды и отправить на химическую обработку.
Конструкция Вигнера отличалась изящной простотой. У Гринуолта оставались вопросы инженерного плана – в частности, было неясно, не закупорит ли коррозия алюминиевых труб каналы, в которых течет охлаждающая вода, – и до середины февраля он допускал возможность использования и водяной, и гелиевой систем. Исследования коррозии дали многообещающие результаты. «Данные показывали, что при высокой чистоте воды, – пишет Артур Комптон, – в этой области не должно возникнуть серьезных трудностей»[2135]. Гринуолт выбрал водяное охлаждение. Вигнер, бывший, по словам Лео Сциларда, «совестью Проекта с самого начала до самого конца»[2136], постоянно тревожился о развитии германской программы и сердито спрашивал, почему компании Du Pont понадобилось целых три месяца на то, чтобы осознать ценность системы, которую он и его группа признали наилучшей еще летом 1942 года.
После принятия этого основополагающего решения в Хэнфорде можно было начинать строительство. Три производственных реактора должны были расположиться вдоль реки Колумбии с интервалами в десять километров, два выше и один ниже по течению от 90-градусного поворота реки. В 16 километрах к югу, на участке, прикрытом горой Гейбл, компания Du Pont должна была построить четыре установки химического выделения плутония, распределенные парами по двум площадкам. Бывший городок Хэнфорд становился центральным лагерем строителей, работавших на всех пяти стройплощадках.