Это сообщение вызвало такое волнение, что еще до окончания заседания некоторые присутствующие на нем ученые поспешили в лаборатории, чтобы экспериментально подтвердить деление ядер урана. Уже через несколько часов они убедились в правильности сообщения Бора. Узнав об этом, Ферми сразу указал, что в данной реакции должны также возникать нейтроны и выделяться огромное количество энергии. Так у него родилась идея цепной ядерной реакции деления урана.
Многие физики начали обсуждать возможность такой реакции. Если всякий раз, когда нейтрон расщепляет атом урана, испускались новые нейтроны, то они могли бы, сталкиваясь с другими атомами урана, порождать новые нейтроны и тем самым вызвать незатухающую цепную реакцию. Поскольку при каждом делении урана высвобождается большое количество энергии, такая реакция могла бы сопровождаться колоссальным ее выделением. Если бы удалось «взнуздать» эту силу, то уран стал бы взрывчатым веществом неслыханной мощи. С целью осуществить цепную реакцию Ферми приступил к планированию экспериментов, которые позволили бы определить, возможна ли такая реакция и управляема ли она.
На переговорах в Управлении военно-морского флота США в 1939 году Ферми впервые упомянул о возможности создания атомного оружия на основе цепной реакции с мощным выделением энергии. Он получил федеральное финансирование для продолжения своих исследований. В ходе работы Ферми и Сегре установили возможность использования в качестве «взрывчатки» для атомной бомбы тогда еще не открытого элемента – плутония. Хотя плутоний (Pu), имеющий порядковый номер 94, еще не был известен, оба ученых твердо знали: элемент с массовым числом 239 (239 Pu) должен расщепляться и может быть получен в урановом реакторе при захвате нейтрона ураном-238.
Не прошло и нескольких месяцев, как Ферми начал собирать вокруг себя группу сотрудников вместо тех, кого оставил в Риме. Наиболее преданными членами этого коллектива стали Андерсон, Маршалл, Вейль и Цинн. Некоторые из основных, наиболее важных экспериментов провели еще в Колумбийском университете совместно со Сциллардом. Цель работы была чисто технической: установление самоподдерживающейся цепной реакции и производство нового элемента – плутония. Ответственность возложили на Ферми, хотя он и обладал (с юридической точки зрения) статусом «иностранца – подданного враждебной державы».
После решения президента Рузвельта от 6 декабря 1941 года о развертывании работ по созданию атомного оружия («Манхэттенский проект») и выделения необходимого финансирования группу Ферми включили в состав Металлургической лаборатории Чикагского университета и к маю 1942-го перевели в Чикаго. Ферми был назначен председателем подсекции теоретических аспектов Уранового комитета.
16 ноября 1942 года на площадке для игры в сквош под западными трибунами стадиона Чикагского университета Стэгг-Филд при общем руководстве Ферми началась сборка экспериментального атомного реактора. Если в Колумбийском университете на проведение работ отпускались весьма незначительные суммы, то в Чикаго Металлургическая лаборатория субсидировалась довольно щедро.
Сооружаемый реактор на техническом жаргоне называли «кучей», так как его составили из брусков графита (чистого углерода), которые должны были сдерживать скорость цепной реакции (замедлять нейтроны). Уран и оксид урана размещались между графитовыми брусками. Реактор проектировался в виде шара радиусом до 4 метров. На его сооружение пошло около 46 тонн урана и почти 385 тонн графита. Ферми и его команда своими руками укладывали графитовые бруски. Ученый предпочитал все делать сам, вместо того чтобы давать указания другим. В результате первый реактор Ферми был построен быстрее, чем все последующие.
Физики работали круглосуточно, и 2 декабря 1942 года в 2 часа 20 минут (менее чем через год после переезда Ферми в Чикаго и спустя 24 часа после того, как было получено достаточное количество урана), в полном соответствии с расчетами ученого, кадмиевые регулирующие стержни, поглощающие нейтроны, медленно выдвинули, чтобы запустить первую в мире самоподдерживающуюся цепную реакцию. «Было ясно, – писал впоследствии Джон Кокрофт, – что Ферми открыл дверь в атомный век». Первое испытание продолжалось (из-за отсутствия необходимой радиационной защиты) в течение 28 минут при мощности не более полуватта, что свело к минимуму радиоактивное излучение.
Возможность цепной реакции была доказана, и теперь реакторы стали интересовать Ферми лишь в более узком плане – как средство исследования и источник нейтронов. Он с радостью предоставил другим решение технических и административных проблем, связанных со строительством крупных реакторов, однако остался надежным и авторитетным консультантом для всех, кто принимал участие в решении инженерных проблем реакторостроения, и всегда был готов прийти на помощь словом и делом. Когда, например, потребовалось срочно выяснить величину радиоактивности, индуцированной медленными нейтронами в кислороде, Ферми произвел необходимые измерения в течение одного дня.
Вскоре экспериментальный реактор в Чикаго был разобран и в марте 1943 года вновь собран в Аргоннской лаборатории с незначительными усовершенствованиями. Он позволил получить все данные, необходимые для строительства в Хенфорде (штат Вашингтон) фирмой «Дюпон» больших реакторов для производства плутония. Первый такой промышленный реактор был готов к пуску в сентябре 1944 года, и фирма попросила, чтобы Ферми на всякий случай присутствовал при запуске.
Незадолго до этого, в июле, выдающийся физик и его семья стали гражданами Соединенных Штатов, а в следующем месяце они переехали в строго засекреченный городок Лос-Аламос (штат Нью-Мексико). Ученого назначили руководителем отдела современной физики в новой лаборатории, созданной под руководством Роберта Оппенгеймера для создания атомной бомбы. Отдел, который возглавил Ферми, решал сложные, непредвиденные вопросы, не входившие в компетенцию других отделов.
Все работы по созданию атомной бомбы протекали в обстановке абсолютной секретности. Очень немногие были осведомлены о том, что скрывается за вывеской Манхэттенского проекта. Даже госдепартамент США до начала Ялтинской конференции в феврале 1945 года ничего не знал об этом. О целях проекта не ведал даже Объединенный комитет начальников штабов. Владели государственной тайной лишь отдельные лица, по выбору президента Ф. Рузвельта…
Манхэттенский проект имел свою полицию, контрразведку, систему связи, склады, поселки, заводы, лаборатории, свой колоссальный бюджет. По размаху работ и размерам капиталовложений он являлся самым крупным научным центром.
