В феврале 1944 года Управляющий совет Лос-Аламоса еще раз пересмотрел перспективы супербомбы и выяснил, что, хотя дейтерий имеет более благоприятное сечение, добиться его зажигания будет трудно. В супербомбе почти наверняка потребуется использовать тритий. Маленькие образцы трития, полученные к этому времени, были образованы в циклотроне, при бомбардировке лития нейтронами. Для крупномасштабного производства трития, как и для крупномасштабного производства плутония, понадобились бы производственные реакторы, но реакторы в Хэнфорде еще не были готовы и были предназначены для другой цели. «Как из-за еще не разрешенных теоретических проблем, так и в связи с возможной необходимостью использования в супербомбе трития, – сообщает техническая история Лос-Аламоса, – казалось, что ее разработка займет значительно больше времени, чем предполагалось вначале». Работа над нею могла продолжаться – супербомба была настолько поразительным оружием, что забросить ее было невозможно, – но лишь постольку, поскольку она «не мешала выполнению основной программы»[2313].
Вскоре фон Нейман привлек Улама к исследованию гидродинамики имплозии. Задача сводилась к обсчету взаимодействий между несколькими ударными волнами по мере их развития во времени, то есть нужно было свести непрерывное движение нескольких движущихся и взаимодействующих поверхностей к некой пригодной к практическому применению математической модели. «Гидродинамическая задача формулировалась просто, – отмечает Улам, – но с чрезвычайным трудом поддавалась вычислениям – не только детальным, но даже с точностью до порядка величины»[2314].
В особенности он вспоминает долгую дискуссию в начале 1944 года, в которой он усомнился в необходимости «всех хитроумных приемов и теоретических упрощений, которые предлагали фон Нейман и другие… физики». Вместо этого, утверждал он, следует использовать «простое решение “в лоб” – то есть более реалистический подход с огромным количеством численных расчетов»[2315]. Такую работу невозможно было выполнить без ошибок вручную, на настольных калькуляторах. По счастью, лаборатория уже заказала карт-сортеры[2316] производства IBM для облегчения расчетов критической массы в бомбах с активным материалом нестандартной формы. Оборудование IBM было доставлено в начале апреля 1944 года, и теоретический отдел тут же загрузил его численными расчетами имплозии. Гидродинамические задачи, предполагавшие подробные и повторяющиеся вычисления, особенно хорошо подходили для машинных расчетов; по-видимому, эта работа заставила фон Неймана задуматься о возможностях усовершенствования таких машин[2317].
Затем один из членов только что прибывшей британской делегации высказал предложение, которое полностью окупило приезд его группы. Оксфордский физик Джеймс Л. Так, высокий, вечно взъерошенный протеже Черуэлла, разрабатывал в Англии кумулятивные бронебойные снаряды. Кумулятивный заряд представляет собой заряд взрывчатого вещества, которому придают такую форму – обычно коническую с полостью внутри, наподобие пустого рожка для мороженого, – что его ударная волна, которая обычно бывает расходящейся в форме раздувающегося пузыря, сходится в высокоскоростную струю. Такая мощная струя может пробить толстую танковую броню и уничтожить экипаж, находящийся внутри танка.
Незадолго до этого теоретические работы показали, что расходящиеся ударные волны, создаваемые множественными детонаторами в экспериментах Неддермейера, сталкиваясь, усиливают друг друга и создают точки высокого давления; в свою очередь, такие узлы давления порождают струи и другие возмущения, которые нарушают эффект имплозии. Вполне разумно, предложил лаборатории Джеймс Так, не продолжать попытки сглаживания набора сталкивающихся друг с другом ударных волн, а попытаться разработать такое расположение взрывчатки, при котором с самого начала будет возникать сходящаяся волна, что придаст ударной волне форму, необходимую для сжатия. Такие заряды называли взрывными линзами по аналогии с линзами оптическими, фокусирующими свет подобным же образом.
Никто не хотел возиться с такой сложной задачей на столь позднем этапе войны. Новую информацию по этому вопросу предоставил британский гидродинамик Джеффри Тейлор, приехавший в мае. Он занимался раньше эффектом, который назвали неустойчивостью Рэлея – Тейлора, то есть областями нестабильности, которые образуются на границах между разными материалами. Он дал математическое доказательство того, что при столкновении движущегося с ускорением тяжелого материала с материалом более легким граница между ними остается устойчивой. Но при столкновении движущегося с ускорением легкого материала с материалом более тяжелым граница между ними становится неустойчивой и турбулентной, в результате чего эти два материала перемешиваются чрезвычайно труднопредсказуемым образом. Взрывчатка была материалом, легким по сравнению с отражающей оболочкой. Все рассматриваемые материалы отражающей оболочки, кроме урана, были значительно легче плутония. Неустойчивость Рэлея – Тейлора создавала трудности для конструкторов. Кроме того, она затрудняла предсказание мощности будущей бомбы.
По мере того как из результатов вычислений на машинах IBM прояснялось поведение ударных волн, у физиков появились серьезные сомнения в том, что от однородной взрывчатой оболочки вообще можно добиться симметричного взрыва. Какими бы сложными ни были взрывчатые линзы, они, по-видимому, были единственным средством получения имплозии. Фон Нейман взялся за их проектирование. «Нужно предположить, что скорость детонационной волны в химической взрывчатке можно регулировать с очень высокой точностью, – объясняет Кистяковский, – так, чтобы после создания волны в определенных точках при помощи детонаторов можно было точно предсказать, где она окажется в тот или иной момент. Тогда можно проектировать заряд»[2318]. Вскоре стало ясно, что скорость сходящихся ударных волн от нескольких взрывных линз, окружающих активный материал бомбы, должна различаться не более чем на пять процентов[2319]. Именно из этого предела фон Нейман исходил в проектировании, а Кистяковский, Неддермейер и их сотрудники – в практическом осуществлении.
Весной 1944 года два серьезных личных конфликта – между Теллером и Бете и между Кистяковским и Неддермейером – потребовали вмешательства Оппенгеймера. Сначала, как пишет Бете, Теллер прекратил заниматься разработкой атомной бомбы:
Учитывая срочность работы и недостаток людей, теоретическому отделу трудно было обойтись без участия любых своих сотрудников, тем более таких блестящих и выдающихся, как Теллер. Только после двух случаев, в которых не были выполнены ожидавшиеся важные работы и только по собственной просьбе Теллера его и его группу освободили от дальнейшего участия в разработке атомной бомбы во время войны[2320].
Рассказ Бете подтверждает письмо Оппенгеймера к Гровсу от 1 мая 1944 года, в котором предлагается заменить Теллера на Рудольфа Пайерлса. «Этими вычислениями, – говорится, в частности, в письме, – сначала руководил Теллер, который, по моему мнению и мнению Бете, совершенно не подходит для исполнения этих обязанностей. Бете считает, что у него в подчинении должен быть человек, который будет заниматься программой по имплозии». Это, отмечает Оппенгеймер, было делом «величайшей срочности»[2321].
Как вспоминает Улам, Теллер грозил уйти. Чтобы проект не потерял его, в дело вмешался Оппенгеймер. Он поддержал переключение Теллера на работу над супербомбой – именно такая поддержка, как писал Теллер в 1955 году, возможно не вполне искренне, была ему нужна, чтобы отвлечься от работы над сиюминутными задачами:
Оппенгеймер… постоянно убеждал меня, подробно и конструктивно, продолжать исследование вопросов, выходящих за рамки ближайших задач лаборатории. Ему было непросто давать такие советы, а мне – следовать им. Легче было участвовать в работе научного сообщества, особенно когда ее цель была четко определенной, чрезвычайно важной и насущной. Каждый из нас считал самым главным участие в идущей войне и завершение создания атомной бомбы. Тем не менее Оппенгеймер… как и многие другие выдающиеся сотрудники лаборатории, продолжал говорить, что работа Лос-Аламоса не будет завершена, пока у нас остаются сомнения относительно осуществимости термоядерной бомбы[2322].
Поэтому в мае Оппенгеймер обсудил вопросы производства трития с Гровсом и Кроуфордом Гринуолтом из компании Du Pont. Химическая компания уже построила в Ок-Ридже опытный реактор с воздушным охлаждением, который производил более чем достаточное количество нейтронов; Гринуолт согласился выделить часть этих нейтронов на бомбардировку лития.
Теллер ушел из теоретического отдела. Его место занял Рудольф Пайерлс. Оппенгеймер договорился еженедельно встречаться с Теллером для часовых разговоров на свободную тему. В условиях лаборатории, сверхурочно работавшей шесть дней в неделю, чтобы успеть создать бомбу до конца войны, это было поразительным послаблением. Вполне вероятно, Оппенгеймер считал, что творческая оригинальность Теллера того стоит. Кроме того, он учитывал чрезвычайную обидчивость Теллера. Позднее тем же летом, когда в Лос-Аламос приезжал Черуэлл, Оппенгеймер устроил прием и случайно забыл пригласить туда Пайерлса, который был заместителем Чедвика, руководившего британской делегацией. На следующий день Оппенгеймер разыскал Пайерлса и извинился, добавив при этом: «Но во всем этом есть и положительная сторона: это могло случиться с Эдвардом Теллером»