Таблица 1.3. Характеристики ядерного арсенала США в 1945–1949 годах

Год	Общее число ядерных зарядов	Общий мегатоннаж, Мт
1945	2	0,04
1946	9	0,18
1947	13	0,26
1948	50	1,25
1949	170	4,19

Таким образом, в 1949 году США уже располагали значительным ядерным арсеналом из 170 ядерных зарядов общим энерговыделением в 4,2 Мт. Среднее энерговыделение одного ядерного заряда составляло при этом около 25 кт.

По существу весь боезапас США к 1949 году был основан на физической схеме плутониевого ядерного заряда на принципе имплозии.

Стратегическая авиация рассматривалась в качестве средства доставки ядерного оружия на территорию СССР, а для расширения ее боевых возможностей вдоль границ СССР интенсивно развертывались военные базы.

Эти факты с очевидностью указывают на жизненную необходимость работ по ликвидации атомной монополии США, и эта монополия была ликвидирована 29 августа 1949 года. Впереди было еще очень много работы, от результатов которой зависело, удастся ли СССР ликвидировать достигнутое огромное ядерное превосходство США.

1. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ В РЕАЛИЗАЦИИ СОВЕТСКОГО АТОМНОГО ПРОЕКТА

1.1. Первые шаги по созданию ядерной инфраструктуры

Хотя предыстория развития работ по использованию ядерной энергии в СССР относится еще к довоенному времени, мы начнем наш анализ с 1942 года, когда на высшем государственном уровне были приняты принципиальные решения, определившие развертывание работ по советскому атомному проекту. Первое такое решение было принято 28 сентября 1942 года в виде Распоряжения Государственного Комитета Обороны «Об организации работ по урану». Этим распоряжением Академии наук СССР было предписано возобновить работы по исследованию осуществимости использования энергии, выделяемой при делении ядер урана, и представить к 1 апреля 1943 года доклад о возможности создания атомной бомбы или уранового топлива для ядерного реактора.

В этих целях впервые предполагалось создание ядерной инфраструктуры, ядром которой определялись четыре организации:

•Специальная лаборатория АН СССР, которая создавалась в соответствии с этим Распоряжением и должна была координировать все усилия по реализации атомного проекта;

•Радиевый институт, который должен был работать над вопросами разделения изотопов урана методом термодиффузии и имевший к тому времени определенный практический задел в этой области;

•Институт физики и математики АН УССР, который должен был работать над вопросами разделения изотопов урана методом центрифугирования, где в этой области работал в то время Ф.Ф. Ланге;

•Ленинградский физико-технический институт, в котором должно было быть произведено необходимое количество U-235 для первоначальных исследований.

Ответственным лицом за реализацию этой программы в Академии наук СССР был назначен академик А.Ф. Иоффе.

Предполагалось, что к марту 1943 года будут созданы первые разделительные установки, и на них будет наработано некоторое количество урана, обогащенного изотопом U-235.

Для обеспечения этих работ Академии наук должны были оказать поддержку в виде поставок конкретных материалов и оборудования ряд министерств и ведомств:

•Наркомат тяжелого машиностроения;

•Наркомат финансов;

•Наркомат черной металлургии;

•Наркомат цветной металлургии;

•Наркомат внешней торговли;

•Главное управление гражданского воздушного флота;

•Совнарком Татарской АССР.

Вэто же время было осознано, что одним из основных факторов, который препятствовал реализации этой программы, являлось отсутствие необходимого количества добытого урана. В связи с этим, 27 ноября 1942 года Государственный Комитет Обороны принял Постановление «О добыче урана». Это постановление поручало Наркомату цветной металлургии организовать на Табошарском месторождении добычу и переработку урановых руд с проектной мощностью порядка 4 тонн в год солей урана. При этом Радиевому институту предписывалось разработать технологическую схему получения урановых концентратов и солей урана из табошарских руд. Постановление поручало также Комитету по делам геологии провести работы по изысканию новых месторождений урановых руд.

Эти два постановления явились первым примером комплексного подхода, направленного на реализацию советского атомного проекта, и предполагали создание основ ядерной инфраструктуры

СССР. Хотя эти постановления не были реализованы в полном объеме, а работы не были выполнены в требуемые сроки, это ни в коей мере не умаляет принципиального значения этих первых постановлений.

1.2.Некоторые результаты работ над советским атомным проектом в 1942 году

Одной из ведущих организаций в области атомного проекта до создания Специальной лаборатории АН СССР являлся Радиевый институт. Среди его основных работ можно отметить следующие:

•исследования процессов термодиффузии в жидкой фазе, применительно к проблеме разделения изотопов урана и других тяжелых элементов;

•исследования процессов термодиффузии в газовой фазе для легких элементов;

•проведение оценок критических масс U-235 как на быстрых, так и на медленных нейтронах. Для критической массы U-235 на быстрых нейтронах была получена оценка порядка 8 кг;

•проведение оценок влияния различных отражателей нейтронов, окружающих U-235, на величину критической массы. Оценки показали, что использование отражателей нейтронов позволяет уменьшить критическую массу U-235 в два раза;

•проведение оценок критической массы Pa-231. Изотоп Pa-231 является долгоживущим радионуклидом с периодом полураспада 32800 лет и содержится в радиоактивном ряду распада U-235. Равновесное содержание Pa-231 в урановом концентрате по отношению к U-238 составляет 3,3 10–5%. В 1942 году предполагалось, что характеристики деления ядер Pa-231 и U-235 близки, что определяло близость оценок их критических масс. В то же время осознавалось, что малое количество Pa-231 в природных условиях не позволяет рассчитывать на него как на материал для создания атомной бомбы. На самом деле Pa-231 является пороговым изотопом по отношению к процессу деления, и подобно U-238 он не имеет критической массы.

Вначале 1942 года И.И. Гуревич, Я.Б. Зельдович и Ю.Б. Харитон выпустили работу о критических размерах, необходимых для осуществления цепной реакции. На основе решения интеграль-

ного уравнения Пайерлса и существовавших представлений о значениях основных нейтронных констант были оценены критические размеры систем для реакции на быстрых нейтронах, включая системы, в которых активное вещество было окружено отражателем нейтронов. Кроме того, были рассмотрены вопросы перехода через критическое состояние для различных типов систем.

Одним из центральных событий в истории советского атомного проекта в 1942 году были предложения, выдвинутые Г.Н. Флеровым в письме И.В. Курчатову в марте–июне 1942 года. В этих предложениях был сделан вывод об осуществимости цепной реакции деления на быстрых нейтронах для U-235 и Pa-231. Вероятное количество вторичных нейтронов при делении ядер этих изотопов быстрыми нейтронами было оценено в ν ~ 2–3; вероятное эффективное сечение деления ядер этих изотопов для быстрых нейтронов оценивалось в σf ~ 3 барн. Вероятное значение критической массы для U-235 и Pa-231 оценивалось в пределах 0,5–10 кг.

В предложениях Г.Н. Флерова отмечалось, что существенным препятствующим фактором для организации взрывного процесса деления ядер является естественный нейтронный фон, который складывается из трех компонент:

•нейтронов космического излучения;

•нейтронов спонтанного деления;

•нейтронов, нарабатываемых в процессе α-распада ядер в реакции (α,n).

Г.Н. Флеров впервые отметил важность влияния на энерговыделение ядерного взрыва уровня надкритичности системы в момент взрыва и времени разлета активного материала в процессе взрыва. В его письме даны приближенные оценки энерговыделения ядерного взрыва.

Вписьме содержится принципиальная схема ядерного заряда на принципе сближения. Вместе

стем в этой работе отмечается важность осуществления сжатия ядерного вещества, что может рассматриваться в известной степени как прообраз имплозии. В этом устройстве было предложено использовать энергию взрыва химических ВВ для перевода системы из подкритического состояния в надкритическое.

Косени 1942 года относится информация о первом знакомстве И.В. Курчатова с разведывательными материалами, полученными из Великобритании. 27 ноября 1942 года им была представлена записка В.М. Молотову с анализом данных, полученных разведкой, и был сформулирован ряд предложений по организации работ по созданию атомного оружия в СССР. Представляет несомненный интерес привести результаты этого анализа и предложений.

И.В. Курчатов отмечает достижения Великобритании по установлению возможности создания ядерного реактора на основе природного урана и тяжелой воды. Уникальный эксперимент, который позволил сделать этот вывод, был обусловлен благодаря тому, что в Великобритании оказалось примерно 180 кг тяжелой воды, вывезенной из Норвегии, и составлявшей в то время почти весь мировой запас этого материала.

Одной из ключевых физических характеристик, определяющей возможность осуществления цепной реакции в атомной бомбе, является эффективное сечение деления U-235 быстрыми нейтрона-

ми. По данным измерений, проведенных в Великобритании, σf = 2,1 барн для энергии нейтронов 0,35 МэВ и σf = 1,5 барн для энергии нейтронов 0,8 МэВ. (Среднее значение сечения деления в этом интервале энергии нейтронов было определено в то время в 1,8 барн; по современным представлениям оно равно 1,25 барн). На основании этих данных значение критической массы U-235 было оценено от 9 до 43 кг. И.В. Курчатов отмечает, что в Великобритании рассматривались способы разделения изотопов урана методами термодиффузии, центрифугирования и газовой диффузии. По результатам этого рассмотрения был сделан вывод о наибольшей перспективности метода газовой диффузии для разделения изотопов урана по сравнению с методами центрифугирования и термодиффузии.

На основании анализа материалов И.В. Курчатов сделал ряд выводов:

•об отставании СССР по сравнению с Великобританией и США в исследованиях по атомному проекту;

•хотя из материалов напрямую не следовал вывод об осуществимости создания урановой бомбы, представленный материал практически не оставлял сомнений в том, что такой вывод в Великобритании и США уже был сделан;

•для ускорения работ по атомному проекту необходимо было привлечь ряд специалистов (перечислены: А.И. Алиханов, Ю.Б. Харитон, Я.Б. Зельдович, И.К. Кикоин, А.П. Александров, А.И. Шальников);

•для руководства работами по атомному проекту при ГКО СССР необходимо учредить Специальный комитет (это предложение было реализовано только в августе 1945 года), в со-

став которого могли бы войти такие ученые как А.Ф. Иоффе, П.Л. Капица, Н.Н. Семенов. И.В. Курчатов предложил жестко ограничить доступ к информации, предоставляемой разведкой, с тем, чтобы в полном объеме эта информация могла быть доступна двум, трем ученым. Вместе с тем, отдельные части этой информации должны быть доступны для более широкого круга специалистов. Так, например, он предложил ознакомить Я.Б. Зельдовича и Ю.Б. Харитона, работавших тогда в Институте химической физики, с материалами по технологии разделения изотопов урана, полученными разведкой, с тем, чтобы они могли оценить перспективность метода газовой диффузии, а также

оценить возможности технологии центрифугирования, предложенной Ф.Ф. Ланге.

И.В. Курчатов сформулировал ряд вопросов, которые было бы целесообразно выяснить, используя возможности разведки:

•особенности технологии определения в Великобритании сечений деления урана для быстрых и медленных нейтронов (в том числе, в системе на основе урана и тяжелой воды);

•данные о количестве вторичных нейтронов при делении ядер U-235 быстрыми нейтронами;

•информацию о создании и характеристиках работы модели аппарата для разделения изотопов урана методом газовой диффузии;

•информацию об эффективном способе получения гексофторида урана.

Вконце 1942 – начале 1943 года ведущие специалисты по урановому проекту сформулировали ряд предложений, необходимых для реализации Распоряжения ГКО «Об организации работ по урану».

Впредложениях И.В. Курчатова, направленных А.Ф. Иоффе (ответственному лицу за реализацию Распоряжения ГКО), отмечалось, что к декабрю 1942 года:

•В Радиевом институте проведена предварительная подготовка по ряду направлений:

−задача изготовления значительного количества (около одного килограмма) гексафторида урана;

−развитие аппаратурной базы для физических исследований;

−создание лабораторной установки для термодиффузионного разделения изотопов урана в газовой фазе на основе гексафторида урана (за два месяца работы установки предполагалось получить 5 граммов урана, обогащенного по изотопу U-235 до 4%);

−изучение физико-химических свойств гексафторида урана (уравнение состояния, коррозионное воздействие на конструкционные материалы, вязкость, теплопроводность);

−проведение экспериментов по термодиффузии в жидкой среде.

•В Физическом институте АН СССР имеется циклотронная камера, которая позволяет получать дейтроны с энергией около 1 МэВ.

•Для проведения работ достаточно количества радия, имеющегося в Радиевом институте, вместе с тем, необходимо получение из-за рубежа протактиния в количестве 1–2 мг.

Вдекабре 1942 года свои предложения А.Ф. Иоффе представил А.И. Алиханов. Он предлагал:

•для соблюдения секретности, наряду с закрытыми работами, проводить близкие по тематике и по методике открытые работы, рассматриваемые как продолжение работ, проводившихся в довоенное время;

•для получения нейтронных источников различной активности, изготовляемых в Радиевом институте (на основе смеси радий–бериллий) необходимо выделить 1–1,5 г радия

(использование такого количества радия в радий-бериллиевом нейтронном источнике позволяло получить источник с интенсивностью выхода нейтронов около 106 н/сек);

•для аппаратурного обеспечения Специальной лаборатории необходимо доставить научное оборудование, имеющееся в Ереване и в Ленинграде;

•необходимо произвести большую закупку урана;