Манхэттенский проект (1942-1946)

От открытия к оружию

В декабре 1938 года в Берлине Отто Ган и Фриц Штрассман обнаружили деление ядра урана, а Лизе Мейтнер и Отто Фриш объяснили его. Вскоре стало ясно, что при делении выделяются нейтроны, способные вызвать цепную реакцию, и огромная энергия. Физики-эмигранты в США, прежде всего Лео Силард, опасались, что нацистская Германия первой создаст атомную бомбу. В августе 1939 года Силард подготовил, а Альберт Эйнштейн подписал письмо президенту Рузвельту. Был создан Консультативный комитет по урану, но работа шла медленно и на скромные средства.

Решающий толчок дала Великобритания. В марте 1940 года эмигранты Отто Фриш и Рудольф Пайерлс в Бирмингеме подсчитали, что для бомбы достаточно нескольких килограммов чистого урана-235, а не тонн, как думали раньше. Британский комитет MAUD в июле 1941 года пришел к выводу, что бомба осуществима еще до конца войны. Эти выводы убедили руководителя Бюро научных исследований и разработок США Ванневара Буша и президента Гарвардского университета Джеймса Конанта. 9 октября 1941 года Рузвельт одобрил ускоренное изучение вопроса, а после Перл-Харбора, в начале 1942 года, США взяли курс на полномасштабную программу.

Рождение проекта

Летом 1942 года руководство проектом было передано Инженерному корпусу армии США, поскольку для строительства огромных заводов нужны были армейские ресурсы. 13 августа 1942 года был создан новый инженерный округ. По традиции его назвали по месту расположения штаба - на Бродвее в Манхэттене. Так проект получил свое название.

17 сентября 1942 года руководителем проекта стал полковник Лесли Гровс, сразу произведенный в бригадные генералы. Гровс только что руководил строительством Пентагона - крупнейшего офисного здания мира. Он был грузным, властным, резким человеком, которого многие подчиненные недолюбливали, но умел добиваться своего, не считаясь ни с какими препятствиями. Уже на следующий день после назначения Гровс распорядился выкупить около 1200 тонн высококачественной урановой руды из Бельгийского Конго, которую директор бельгийской горнодобывающей компании Эдгар Сенжье еще в 1940 году предусмотрительно вывез в Нью-Йорк и хранил на складе на Статен-Айленде. Через несколько дней Гровс купил земли в Теннесси для будущих заводов.

Научным руководителем лаборатории, где должны были конструировать саму бомбу, Гровс в октябре 1942 года выбрал физика-теоретика из Калифорнийского университета Роберта Оппенгеймера. Выбор многих удивил: Оппенгеймер не был нобелевским лауреатом, не имел опыта руководства крупными коллективами, а в прошлом был близок к левым кругам и коммунистам. Но Гровс увидел в нем широту знаний, быстроту ума и честолюбие.

Оппенгеймер

Джулиус Роберт Оппенгеймер родился в 1904 году в Нью-Йорке в состоятельной семье еврейских иммигрантов из Германии: его отец разбогател на торговле тканями. Мальчик рос в квартире, где висели картины Ван Гога, учился в школе Общества этической культуры, увлекался минералогией и литературой. Он окончил Гарвард за три года, затем учился в Кембридже, где пережил тяжелый душевный кризис, и в Геттингене, где в 1927 году защитил диссертацию у Макса Борна в разгар создания квантовой механики.

Вернувшись в США, Оппенгеймер создал в Беркли и Калифорнийском технологическом институте одну из сильнейших школ теоретической физики в стране. Он читал санскрит, цитировал поэзию, был обаятелен и высокомерен одновременно. В 1930-е годы, под влиянием Великой депрессии и гражданской войны в Испании, он сблизился с левыми кругами, жертвовал деньги на поддержку Испанской республики; его брат, жена и бывшая возлюбленная были связаны с компартией. Эти связи позже стали основанием для подозрений службы безопасности. Именно Оппенгеймер предложил разместить лабораторию на плато Лос-Аламос в Нью-Мексико, которое он знал и любил с юности, проводя лето на ранчо в горах.

Первый реактор

Главной научной неопределенностью оставалась сама цепная реакция. Ее предстояло доказать в Металлургической лаборатории Чикагского университета под руководством Артура Комптона. Группа Энрико Ферми и Лео Силарда в заброшенном корте для игры в сквош под западными трибунами стадиона Стэгг-Филд сложила из графитовых блоков и урана «котел» - атомный реактор CP-1.

2 декабря 1942 года Ферми, спокойно проверяя расчеты на логарифмической линейке, постепенно выдвигал регулирующие стержни, и в 15:25 реактор достиг критичности: впервые в истории была осуществлена управляемая самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция. Реактор проработал несколько минут, после чего его заглушили. Участники выпили кьянти из бумажных стаканчиков. Комптон позвонил Конанту и условной фразой сообщил, что итальянский мореплаватель высадился в Новом Свете.

Два пути к бомбе

Для атомной бомбы годились два материала - уран-235 и плутоний-239. Оба нужно было получить в количествах, которые никто прежде не производил. Не зная, какой метод сработает, Гровс решил вести все параллельно, чего бы это ни стоило.

Уран-235 составляет лишь 0,7 % природного урана и химически неотличим от урана-238. Разделять изотопы пытались несколькими способами. В Ок-Ридже в Теннесси построили завод Y-12, где уран разделяли электромагнитным методом Эрнеста Лоуренса в огромных установках - «калютронах». Для их магнитных обмоток не хватало меди, и Министерство финансов США выдало проекту около 14 тысяч тонн серебра из государственных запасов, которое после войны вернули. Там же построили завод K-25 для газодиффузионного разделения, разработанного в том числе при участии Гарольда Юри. Его главное здание в форме буквы U было в то время крупнейшим зданием в мире. Позже к ним добавился завод термодиффузионного разделения S-50.

Плутоний нужно было производить в реакторах из урана-238, а затем химически выделять. В пустынной местности в штате Вашингтон на реке Колумбия был построен комплекс Хэнфорд с тремя крупными реакторами, которые возводила и эксплуатировала химическая компания «Дюпон». Первый из них, реактор B, заработал в сентябре 1944 года.

Секретные города

Проект создал целые города, которых не было на картах. Ок-Ридж, выросший за несколько лет на месте фермерских угодий, к 1945 году насчитывал около 75 тысяч жителей и стал пятым по величине городом Теннесси. Хэнфорд и соседний город Ричленд в пиковый момент строительства давали работу десяткам тысяч человек. Лаборатория в Лос-Аламосе, расположенная на уединенном плато в горах Нью-Мексико на месте закрытой частной школы для мальчиков, жила за колючей проволокой; вся почта ученых шла на один абонентский ящик в Санта-Фе, а их дети рождались с этим адресом в свидетельствах о рождении.

Строительство требовало земли, и ее забирали у прежних жителей. В Теннесси около тысячи фермерских семей получили несколько недель на выселение. В штате Вашингтон были снесены поселки Уайт-Блаффс и Хэнфорд, а индейцы ванапам лишились доступа к традиционным рыболовным местам на реке Колумбия. В Нью-Мексико выселили испаноязычных фермеров плато Пахарито.

Жизнь в секретных городах отражала порядки своего времени. В Ок-Ридже, расположенном на Юге, действовала расовая сегрегация: чернокожих рабочих селили в тесных фанерных бараках, а супружеские пары нередко разлучали. Большинство работников не знали, над чем работают. Молодые женщины, операторы калютронов в Ок-Ридже, целыми днями следили за стрелками приборов, не подозревая, что обогащают уран для бомбы.

Лос-Аламос

Весной 1943 года в Лос-Аламос начали съезжаться ученые. Здесь собралась беспрецедентная концентрация научных талантов: Ханс Бете возглавил теоретический отдел, работали Эдвард Теллер, Ричард Фейнман, Роберт Уилсон, Эмилио Сегре, Георгий Кистяковский, Станислав Улам, приезжали Энрико Ферми, Джон фон Нейман, Нильс Бор под именем «Николас Бейкер». Многие из них были эмигрантами из Европы, бежавшими от нацизма и фашизма. По распространенным данным, средний возраст сотрудников лаборатории не превышал 30 лет.

В Лос-Аламос приехала британская миссия во главе с Джеймсом Чедвиком, открывшим нейтрон. Британское участие было оформлено Квебекским соглашением, подписанным Рузвельтом и Черчиллем в августе 1943 года: две страны договорились объединить усилия и не применять бомбу друг против друга или против третьих стран без взаимного согласия. Канада участвовала поставками урана и строительством реактора в Чок-Ривер.

Оппенгеймер оказался блестящим руководителем. Он понимал работу всех отделов, умел объединять спорящих ученых и поддерживал в Лос-Аламосе атмосферу открытого научного обсуждения внутри лаборатории, хотя Гровс требовал строгой разделенности информации.

Жизнь на плато

Лос-Аламос был не только лабораторией, но и небольшим городом, где жили семьи ученых, техников, военных. Дома строили наспех, воды и электричества не хватало, дороги превращались в грязь. Жены ученых работали в лабораториях вычислителями, секретарями, учительницами, медсестрами; многие из них имели высшее образование и сами занимались расчетами. В 1943-1945 годах в поселке родились сотни детей - армейский госпиталь принимал роды бесплатно, и Гровс, по рассказам, выражал недовольство такой рождаемостью.

По субботам устраивали танцы, в свободное время ученые ходили в горы и катались на лыжах, играли в любительских спектаклях. Ричард Фейнман развлекался тем, что вскрывал сейфы с секретными документами, демонстрируя слабость системы безопасности. Над всем этим висела секретность: цензура читала письма, выезд за пределы плато ограничивался, а ученым запрещалось называть свою профессию.

В проекте работали и женщины-ученые. Физик Леона Вудс, единственная женщина в группе Ферми, участвовала в пуске первого реактора в Чикаго. Китайская эмигрантка У Цзяньсюн в Колумбийском университете занималась разделением изотопов и помогла решить проблему «отравления» реакторов в Хэнфорде. Лизе Мейтнер, одна из первооткрывательниц деления, отказалась участвовать в создании бомбы.

Проблема плутония

Первоначально предполагалось, что обе бомбы будут устроены по «пушечной» схеме: один подкритический кусок делящегося материала выстреливается в другой, и вместе они образуют критическую массу. Для урана такая схема подходила. Но весной 1944 года Эмилио Сегре обнаружил, что реакторный плутоний содержит изотоп плутоний-240, который делится самопроизвольно. В пушечной схеме реакция началась бы преждевременно, и бомба бы не взорвалась, а лишь «шипела».

Решением стала имплозия, идею которой предложил физик Сет Неддермейер: плутониевый шар окружают взрывчаткой, взрыв которой одновременно со всех сторон сжимает плутоний до сверхкритической плотности. Добиться идеально симметричного сжатия было чрезвычайно трудно. Георгий Кистяковский руководил разработкой «взрывных линз», а фон Нейман и другие математики проводили громоздкие расчеты, в том числе на перфокарточных машинах IBM. Летом 1944 года Лос-Аламос был реорганизован под эту задачу.

Шпионы

Несмотря на жесткий режим секретности, проект был пронизан советской разведкой. Британский физик немецкого происхождения Клаус Фукс, работавший в теоретическом отделе Лос-Аламоса, передавал советским агентам подробные сведения об устройстве плутониевой бомбы. Молодой физик Теодор Холл независимо от него сделал то же самое. Механик Дэвид Грингласс передавал сведения через своего зятя Юлиуса Розенберга. В Ок-Ридже работал Жорж Коваль, советский разведчик, выросший в США; в 2007 году ему посмертно было присвоено звание Героя России.

Полученные сведения позволили СССР значительно ускорить собственную атомную программу. Первая советская атомная бомба, испытанная в августе 1949 года, во многом повторяла конструкцию американского «Толстяка». В 1950 году Фукс был арестован в Великобритании и осужден, а Юлиус и Этель Розенберг в 1953 году были казнены в США.

А что же Германия

Ради опасения, что немцы создают бомбу, проект и был начат. В 1943-1945 годах специальная разведывательная миссия «Алсос» следовала за наступающими войсками союзников по Европе, выясняя состояние германской атомной программы. В апреле 1945 года в городке Хайгерлох в Южной Германии она обнаружила экспериментальный реактор в пещере под церковью. Выяснилось, что германским ученым во главе с Вернером Гейзенбергом так и не удалось добиться цепной реакции. Германия была далека от создания бомбы.

Задержанных германских физиков, в том числе Гейзенберга и Гана, британцы содержали в поместье Фарм-Холл под Кембриджем, где их разговоры тайно записывались. Когда 6 августа 1945 года они узнали о Хиросиме, запись зафиксировала их потрясение и споры о причинах собственной неудачи.

«Тринити»

16 июля 1945 года в 5:29 утра в пустыне Хорнада-дель-Муэрто («Путь мертвеца») в Нью-Мексико была взорвана первая атомная бомба - плутониевое имплозивное устройство, прозванное «Штучка». Мощность взрыва составила около 20 с лишним килотонн в тротиловом эквиваленте. Вспышка осветила горы, огненный шар поднялся на километры. Песок в месте взрыва сплавился в зеленоватое стекло, позже названное тринититом.

Оппенгеймер позже вспоминал, что в тот момент ему пришла на ум строка из древнеиндийской «Бхагавадгиты» о том, что он стал смертью, разрушителем миров. Жители окрестных районов не были предупреждены об испытании, а радиоактивные осадки выпали на населенные пункты к северо-востоку от полигона. Люди, пострадавшие от них, десятилетиями добивались признания и компенсаций.

Решение о применении

Рузвельт умер 12 апреля 1945 года. Новый президент Гарри Трумэн, бывший вице-президентом всего три месяца, узнал о проекте подробно лишь после вступления в должность от военного министра Генри Стимсона. Был создан Временный комитет для обсуждения вопросов применения бомбы и послевоенной политики. Комитет по выбору целей рекомендовал японские города, еще не разрушенные бомбардировками. Стимсон добился исключения из списка Киото - древней столицы и культурного центра Японии, где он когда-то бывал.

Часть ученых выступила против применения бомбы без предупреждения. В июне 1945 года группа чикагских физиков во главе с Джеймсом Франком подготовила доклад, предлагая продемонстрировать бомбу на необитаемой территории. В июле Силард организовал петицию президенту, которую подписали около 70 ученых. Эти обращения до Трумэна, по всей видимости, так и не дошли. 24 июля на Потсдамской конференции Трумэн сообщил Сталину, что у США есть новое оружие необычайной разрушительной силы. Сталин, уже знавший о проекте от разведки, отреагировал сдержанно.

6 августа 1945 года американский бомбардировщик B-29 «Энола Гей» сбросил на Хиросиму урановую бомбу «Малыш», 9 августа бомбардировщик «Бокскар» сбросил на Нагасаки плутониевую бомбу «Толстяк». К концу 1945 года от взрывов, ожогов и лучевой болезни погибли, по разным оценкам, от 110 до более чем 200 тысяч человек, в подавляющем большинстве мирные жители. 15 августа Япония объявила о капитуляции.

Цена и жертвы проекта

Манхэттенский проект стоил около двух миллиардов долларов того времени; около 90 % расходов пришлось на строительство заводов и производство делящихся материалов, а не на исследования и конструирование бомб. На пике в проекте работали около 130 тысяч человек.

Проект оставил тяжелое наследие. Хэнфорд стал одним из самых радиоактивно загрязненных мест в западном полушарии, и его очистка продолжается до сих пор. Работники проекта подвергались облучению, а в 1945-1947 годах врачи проекта ввели плутоний восемнадцати пациентам больниц без их ведома. После войны в Лос-Аламосе при опытах с плутониевым сердечником погибли от облучения физики Гарри Даглиан (1945) и Луис Слотин (1946).

После войны

В 1946 году в рамках проекта были проведены испытания ядерного оружия у атолла Бикини в Тихом океане. Закон об атомной энергии 1946 года передал контроль над ядерными исследованиями и производством гражданской Комиссии по атомной энергии, которая с 1 января 1947 года приняла дела Манхэттенского проекта. Великобритания, несмотря на Квебекское соглашение, была отстранена от американских ядерных секретов и создала собственную бомбу к 1952 году.

Оппенгеймер после войны стал одним из самых влиятельных научных советников правительства, но выступал против ускоренной разработки водородной бомбы. В 1954 году в разгар маккартизма у него отобрали допуск к секретным работам после слушаний, на которых против него, в частности, свидетельствовал Эдвард Теллер. Этот процесс стал символом отношений науки и государства в эпоху холодной войны.

Единственным ученым, покинувшим Лос-Аламос по моральным соображениям, был польский физик Юзеф Ротблат: в конце 1944 года, когда стало ясно, что у Германии нет бомбы, он уехал в Англию. В 1995 году Ротблат и основанное им Пагуошское движение ученых получили Нобелевскую премию мира.

Итоги

Манхэттенский проект стал крупнейшим научно-техническим предприятием своего времени. Всего за три года от первого реактора до боевой бомбы США, опираясь на науку многих стран и эмигрантов из Европы, на огромные промышленные мощности и государственные ресурсы, создали новое оружие. Проект определил модель «большой науки» второй половины XX века - с гигантскими лабораториями, государственным финансированием и тесной связью ученых, военных и промышленности.

Атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки стали единственным в истории боевым применением ядерного оружия. Созданная в ходе проекта технология открыла эпоху ядерного противостояния, гонки вооружений и одновременно - ядерной энергетики, ядерной медицины и новых отраслей физики. Вопросы о моральной ответственности ученых и о допустимости применения оружия массового уничтожения, поставленные участниками проекта, остаются актуальными.