4. ОСНОВНЫЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ, ПОЛУЧЕННЫЕ РАЗВЕДКОЙ СССР

Из опубликованных открытых материалов архивов виден огромный массив данных, полученных разведкой, по различным аспектам реализации атомного проекта. Значение этих данных в условиях дефицита собственных исследований, определяемого военным временем, очевидно для специалиста и неоднократно подчеркивалось научным руководителем нашего атомного проекта И.В. Курчатовым. Для более последовательного восприятия этой информации представляется целесообразным разделить ее по нескольким основным направлениям. Данные по каждому направлению приведены в хронологическом порядке по мере их получения.

Анализ этих вопросов приведен в Приложении к этому разделу.

4.1. Устройство атомной бомбы

1941–1942 годы.

1.По данным из Великобритании, перспективным материалом для создания атомной бомбы является уран-235, обладающий свойствами эффективного расщепления и являющийся одним из изотопов природного урана.

2.По данным из Великобритании, количество вещества меньше критического значения устойчиво и безопасно, в то время как в случае массы вещества больше критической возникает прогрессирующая реакция расщепления ядер, вызывающая колоссальной силы взрыв.

С этой целью при создании атомной бомбы активная часть должна состоять из двух равных половинок, каждая из которых меньше критического значения, но в своей сумме превышающих критическую массу, и которые для производства взрыва должны быть соединены (принцип сближения). Необходимая скорость сближения масс оценена в 6000 футов в секунду (1,8 км/сек). Отмечается, что при уменьшении этой скорости происходит затухание цепной реакции и уменьшение силы взрыва, которая, однако, все еще значительно превосходит силу взрыва обычного ВВ.

Отмечается, что энерговыделение взрыва атомной бомбы будет соответствовать действию взрыва 1600 тонн тротила.

1943 год.

3.Информация из Великобритании о возможности использования в качестве материала для атомной бомбы элемента 94 с массовым числом 239 (плутоний-239), который может нарабатываться в урановых котлах.

4.В связи с данными из Великобритании о процессе самопроизвольного деления урана И.В. Курчатов отмечает, что этот процесс не позволяет до самого момента взрыва сосредотачивать уран в надкритической массе.

5.В связи с данными из Великобритании об использовании принципа сближения для создания атомной бомбы, И.В. Курчатов отмечает, что этот способ не является для нас новым, и аналогичный проект был предложен Г.Н. Флеровым.

6.В связи с данными из Великобритании о количестве и спектре вторичных нейтронов и величине сечения деления урана-235, И.В. Курчатов отмечает важность этих характеристик для определения минимального размера бомбы (критической массы) урана-235.

7.В связи с анализом разведданных о возможности получения в урановом котле эка-осмия (плутония) И.В. Курчатов формулирует тезис, что этот путь может привести к получению необходимого материала для атомной бомбы.

1945 год.

8.Информация о разработке в США двух способов производства взрыва атомной бомбы:

•баллистического (принцип сближения);

•метода внутреннего взрыва (принцип имплозии).

Расчетное энерговыделение атомной бомбы массой около 3 тонн составляет от 2000 до 10000 тонн ВВ. Ядерный взрыв будет сопровождаться не только образованием взрывной волны, но

иразвитием высокой температуры и мощным радиоактивным эффектом.

9.Оценка И.В. Курчатова, что «метод взрыва во внутрь представляет большой интерес, принципиально правилен и должен быть подвергнут серьезному анализу».

10.Информация об использовании в США в атомной бомбе отражателя нейтронов из окиси бериллия.

11.Получение данных по способу симметризации эффекта взрыва в атомной бомбе на основе имплозии за счет способа расположения детонаторов и использования прослоек взрывчатых веществ различного действия.

12.Получение предварительных данных об устройстве атомной бомбы США на принципе имплозии.

13.Получение подробных данных об устройстве атомной бомбы США на принципе имплозии, включая описание:

•нейтронного инициатора в виде полоний-бериллиевого источника нейтронов;

•активного материала в виде δ-фазы плутония;

•оболочки из металлического урана;

•алюминиевой оболочки;

•взрывчатого вещества и симмеризующей линзовой системы;

•особенностей сборки атомной бомбы.

4.2. Фундаментальные физические данные

1941–1942 годы.

1.По данным из Великобритании, критическая масса урана-235 определена в пределах 9–43 кг в зависимости от предположений о величине сечения деления урана, которое требует экспериментального уточнения.

Отметим, что верхнее значение приведенного диапазона (43 кг, которое близко к действительной критической массе урана-235, составляющей около 50 кг), содержащееся в исходных материалах, не попало в доклад сотрудников НКГБ для Л.П. Берия, и далее, в доклад Л.П. Берия И.В. Сталину, где используется значение 10 кг в качестве критической массы урана-235.

1943 год.

2.По данным из Великобритании отмечается факт подтверждения процесса самопроизвольного деления урана (открыт Г.Н. Флеровым и К.А. Петржаком).

3.Данные из Великобритании содержат фактические значения сечения деления ядер U-235 на

уровне σf = (2–3) барн в диапазоне энергий нейтронов от 200 до 800 кэВ. И.В. Курчатов отмечает важность этих данных, так как ранее экспериментальные данные охватывали только небольшую область энергий нейтронов, а теоретические результаты давали различные результаты для существенного диапазона энергий нейтронов от 1 кэВ до 1 МэВ.

И.В. Курчатов приводит в своем анализе две теоретические кривые для сечения деления, по одной из которых сечение деления составляет (1–3) барн, а по другой – (0,03–3) барн в диапазоне энергий нейтронов от 100 эВ до 1 МэВ. (Отметим, что по современным данным сечение деления урана-235 в диапазоне энергий нейтронов от 200 до 800 кэВ составляет σf = 1,32 барна).

4. Данные из Великобритании содержат значения числа вторичных нейтронов на акт деления (ν = 2–3 нейтрона), а также энергетический спектр вторичных нейтронов.

И.В. Курчатов отмечает необходимость выяснения: к каким (быстрым или медленным) нейтронам относятся эти данные и отмечает их важность, если они относятся к быстрым нейтронам (отметим, что по современным данным для урана-235 ν = 2,42–3,04 во всем энергетическом диапазоне от тепловых нейтронов до энергий в несколько мегаэлектронвольт, а энергетическое распределение вторичных нейтронов практически не зависит от энергии нейтронов, делящих ядро).

5.В связи с возможностью использования эка-осмия-239 (плутония) в качестве материала для атомной бомбы И.В. Курчатов отмечает необходимость получения данных о характеристиках деления ядер этого изотопа.

1944 год.

6.Информация о существовании радиационного захвата нейтронов ураном-235 и плутони- ем-239. Данные о том, что сечение радиационного захвата плутония-239 для медленных нейтронов близко к сечению деления. Данные о том, что число вторичных нейтронов при делении плуто- ния-239 медленными нейтронами равно трем. Информация об отступлении от закона 1/v в сечении поглощения медленных нейтронов.

7.Получение данных о сечениях взаимодействия нейтронов с ураном, свинцом, кислородом, водородом.

8.Получение данных о числе нейтронов (ν = 2,6±0,5) при спонтанного делении.

1945 год.

9.Получение точных данных сечений деления урана-235 и плутония-239 быстрыми нейтронами различных энергий.

10.Получение данных о точных значениях критических радиусов для урана-235 и плутония-239.

11.Получение данных о числе вторичных нейтронов, образующихся при делении.

12.Получение данных о процессе спонтанного деления для плутония-240.

13.Получение данных по схеме распространения детонационной волны, процессе деформации материала отражателя, сжатия тела взрывом.

14.Получение данных о свойствах плутония в различных фазах и его сжимаемости.

15.Получение данных о сечениях деления урана-233 и о возможности его использования для создания атомной бомбы.

4.3. Разделение изотопов

1941–1942 годы.

1.Для практического получения материала для атомной бомбы (уран-235) в Великобритании рекомендован метод разделения изотопов урана при помощи диффузионного аппарата.

Исходным сырьем для процесса разделения предполагается гексафторид урана, являющийся химически активным веществом, что приводит к усложнению процесса.

1943 год.

2.В материалах, полученных из Великобритании, отмечается, что единственным рациональным способом разделения изотопов урана является газодиффузионный метод. Материалы содержали подробное рассмотрение всех звеньев разделительной машины, которое позволяло разработать у нас модели разделительной установки.

Предпочтение метода диффузии методу центрифугирования явилось для наших специалистов неожиданностью, так как метод диффузии считался у нас практически непригодным для разделения изотопов тяжелых элементов.

3.В материалах, полученных из Великобритании, кратко рассматривались методы термодиффузии, центрифугирования и электромагнитный метод для разделения изотопов урана, которые характеризовались как малопригодные способы для решения данной задачи.

Работы по анализу возможностей этих методов проводились под руководством Я.Б. Зельдовича, Ф.Ф. Ланге, Л.А. Арцимовича.

4.В материалах, полученных из США, отмечается, что из нескольких методов разделения изотопов урана наиболее пригодным является метод газовой диффузии с использованием гексафторида урана, и с этой целью в США начато строительство производственных установок.

1944 год.

5.Получение данных о разработке в США Эрнстом Лоуренсом электромагнитного способа разделения изотопов урана.

6.Получение данных об использовании фтороуглеродов в качестве смазывающих веществ в разделительной машине и о способах их химического синтеза.

7.Получение данных о восстановлении металлического урана из четырехфтористого урана.

4.4. Ядерные реакторы

1942–1943 годы.

1. Информация из Великобритании об осуществимости цепной реакции в смеси окиси природного урана (или металлического урана) с тяжелой водой.

И.В. Курчатов пишет, что эта информация явилась неожиданной для наших физиков, вследствие противоречивых представлений о величине сечения захвата тепловых нейтронов в тяжелой воде. По данным Ю.Б. Харитона и Я.Б. Зельдовича, развитие цепной реакции в смеси «урантяжелая вода» возможно при условии, чтобы сечение захвата нейтронов тяжелым водородом не превышало 0,3 10–26 см2. По результатам опубликованных американских экспериментов, которыми мы пользовались, эта величина составляет 10–26 см2, и таким образом мы пришли к выводу о невозможности осуществления цепной реакции в смеси «уран-тяжелая вода» (по современным данным сечение захвата тепловых нейтронов дейтерием составляет 0,06 10–26 см2). В СССР не было этих экспериментальных данных из-за отсутствия необходимого количества тяжелой воды.

В связи с этой информацией, И.В. Курчатов отметил необходимость рассмотрения как возможно более перспективных неоднородных систем, когда уран сконцентрирован в блоках внутри тяжелой воды, и поручил Ю.Б. Харитону и Я.Б. Зельдовичу провести сравнительный анализ однородных и неоднородных систем.

2.Информация из Великобритании о возможности получения в урановом котле элемента-94 с массовым числом 239 при захвате нейтронов на уране-238, как материала для атомной бомбы.

3.Информация из США о подготовке производства тяжелой воды в количестве 250 кг в месяц.

1944 год.

4.Информация из США о возможности создания реактора на основе обычной воды и металлического урана.

5.Информация из США о способах очистки урана от нейтронно-поглощающих примесей.

6.Информация из США о способах охлаждения уран-графитового котла – водяным охлаждением и охлаждением гелием.

7.Получение из США секретного справочника по уран-графитовым реакторам.

8.Информация из США о параметрах урановой решетки в графите, данные о распределении тепловых нейтронов, о регулировании процесса в котле с помощью нейтронно-поглощающих стержней из бора или кадмия.

9.Информация о необходимом количестве тяжелой воды (3–4 тонны) для котла на тяжелой воде.

10.Данные о котлах на основе обычной воды и стержней урана, обогащенных по урану-235.

4.5. Организация работ

1941 год.

1.Работа по использованию урана для военных целей ведется во Франции, Великобритании, США и Германии с 1939 года.

2.В 1941 году Военный кабинет Великобритании сформировал Урановый комитет во главе с Дж.П. Томсоном для координации работ по теоретическим, экспериментальным и прикладным вопросам использования атомной энергии.

3.Значительные запасы урановой руды имеются в Канаде, Бельгийском Конго, в Судетах и Португалии.

4.В Великобритании в качестве основной проблемы в создании атомной бомбы определено выделение урана-235 из природного урана.

5.Руководство Великобритании считает принципиально решенным вопрос о возможности военного использования урана-235. В рамках урановой проблемы объединяются усилия крупных ученых, организаций и фирм.

1942–1943 годы.

6.По материалам из Великобритании в качестве основного метода разделения изотопов урана определен газодиффузионный метод. Это определило включение в план работ Лаборатории № 2 по проблеме разделения работы по методу диффузии наряду с методом центрифугирования.

Рассмотрение возможностей методов термодиффузии, центрифугирования и электромагнитного метода для разделения изотопов урана в Лаборатории № 2.

7.В связи с рассмотрением материалов из Великобритании И.В. Курчатов отмечает, что они заставляют нас пересмотреть свои взгляды по многим вопросам проблемы и установить новые для советской физики направления в работе:

•выделение урана-235 газовой диффузией;

•осуществление ядерного горения в котле «уран-тяжелая вода»;

•изучение свойств элемента эка-осмия (плутония-239).

Он отмечает также, что вся совокупность сведений указывает на техническую возможность решения всей проблемы в значительно более короткий срок, чем думают наши ученые, не знакомые с ходом работ за границей.

1945 год.

8.Информация о создании в США:

•лагеря «Х», строительства завода по производству U-235 в Вудс Холл, штат Теннесси;

•лагеря «W», производство плутония в Хэнфорде, штат Вашингтон;

•лагеря «Y», базы исследовательских и экспериментальных работ по созданию атомной бомбы в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико.

9.Получение списка ведущих специалистов в Лос-Аламосе, работающих над созданием атомной бомбы.