Кандидатура Харитона на должность главного конструктора атомной бомбы тщательно обсуждалась в кабинетах НКВД. Были серьезные сомнения в связи с подозрительными пятнами в биографии. Не был ли завербован в Англии или, хуже того, в Германии, куда заезжал на обратном пути после стажировки для встречи с матерью? Отец расстрелян, мать в Палестине. Конечно, это ещё не основание для полного недоверия. Например, всемирно известного генетика Николая Вавилова как врага народа уморили в тюрьме. А его брату, Сергею Вавилову, доверили пост Президента Академии Наук. С такой биографией, как у Харитона, люди всю жизнь оставались под неусыпным контролем. Как бы висели на крючке. И прекрасно знали об этом. Поэтому опасались за свою жизнь, старались доказать свою преданность, служили изуверскому режиму беззаветно и безупречно. Может быть, отсюда проистекали придирчивость, самокритичность и требовательность Харитона к себе и подчиненным («мы должны знать в десять раз больше, чем это необходимо для непосредственной работы»).
Так или иначе, Курчатов попал «в десятку».
Юлия Борисовича привлекала новизна проблемы и конкретность поставленной задачи. После некоторого размышления он дал свое согласие. С этого момента в НКВД на него было заведено подробнейшее досье…
Конструкция АБ к 1943 году была определена лишь в общих чертах.
Мгновенная надкритичность делящегося материала может быть достигнута объединением двух подкритических масс заряда в одну. Но конструкция бомбы должна предотвратить преждевременный разброс ядерного материала и задержать «обрыв» цепной реакции хотя бы на микросекунды, чтобы обеспечить вступление в ядерную реакцию как можно большего количества исходной атомной взрывчатки. Именно от этого будет зависеть коэффициент полезного действия АБ. Скорость образования и время удержания заряда в надкритическом состоянии определяют конечный результат. Может получиться так, что цепная реакция только начнется, и тут же мгновенно заглохнет из-за быстрого разогрева, расширения и разлета делящегося материала. Такой вероятный результат ядерщики назвали «нейтронной вспышкой»: хлопок с разбросом драгоценного ядерного материала без образования мощной взрывной волны. Или попросту говоря: «Пшик!»
Поэтому необходимо было добиться наивысшей скорости объединения двух подкритических масс. Задача представлялась достижимой, если одной частью ядерного заряда, как артиллерийским снарядом, «выстрелить» в другую часть, играющую роль мишени. Или даже «выстрелить» ими одновременно навстречу друг другу. Такой метод подрыва атомной бомбы получил название «пушечного» или «ствольного».
Конструкция АБ в этом случае представлялась довольно простой.
Уже в 1944 году в сарае, построенном недалеко от лаборатории, Харитон с несколькими коллегами начал проведение экспериментов по изучению пушечного метода подрыва, используя для этого два 76-миллиметровых орудия, направленных своими стволами навстречу друг другу.
Но весной 1945 года группе Харитона пришлось круто изменить направление своей работы. В феврале от нашего самого ценного разведывательного источника, физика Клауса Фукса, работавшего в лос-аламосской лаборатории, пришло важное сообщение о конструкции АБ.
Американские ученые пришли к выводу, что пушечный метод подрыва пригоден для АБ с начинкой из урана-235, но не пригоден для плутония.
Дело оказалось не только в том, что цепная реакция в плутонии развивается намного быстрее, чем в уране. Было обнаружено, что один из изотопов плутония — с атомным весом 240 — имеет значительную скорость спонтанного деления с выделением нейтронов. Поэтому в плутониевом заряде всегда присутствует некоторый вредный «нейтронный фон», зависящий от процентного содержания изотопа 240. При пушечном выстреле скорость получения подкритической массы для плутония будет недостаточной, и спонтанные (фоновые) нейтроны могут вызвать преждевременную детонацию. В этом случае цепная реакция и взрыв произойдут рано. До полного сжатия ядерного заряда! В результате взрыв будет очень слабым, с низким КПД, а вполне вероятно, и просто с нулевым эффектом. Поэтому в случае использования плутония в качестве заряда субкритические массы должны быть соединены намного быстрее, чем это возможно при «пушечной» схеме. «Более быстрое сжатие, чем «пушечное», — сообщал Фукс, — может быть достигнуто путем «имплозии».
Сущность этого метода заключается в том, что взрывчатка обычного типа размещается вокруг делящегося материала, а взрывная волна при подрыве направляется исключительно внутрь бомбы. Энергия этого порохового взрыва используется для сжатия атомного заряда и многократного увеличения его плотности. Вероятность деления ядер плутония пропорциональна объемной концентрации этих ядер. Поэтому мгновенное увеличение плотности должно привести атомный заряд в надкритическое состояние. Степень и скорость сжатия ядерного заряда определяют конечную мощность атомного взрыва.
Секрет имплозии американцы тщательно оберегали. В отчете Смита, в котором описывается проведение первого атомного взрыва на полигоне в штате Нью-Мексико, о ней даже не упоминается. Хотя первая взорванная американская бомба была как раз имплозионного типа с плутониевым сердечником. Более простую по конструкции «пушечную» бомбу из урана-235 американцы сочли возможным вообще не испытывать на полигоне и сбросили её на Хиросиму без предварительной проверки на взрыв.
Клаус Фукс в феврале 1945 года передал нашему резиденту общий эскизный чертеж плутониевой бомбы, сообщив при этом, что критическая масса плутония меньше, чем у урана-235, и что для одной бомбы его потребуется от 5 до 15 килограмм. Тонкостей имплозионной конструкции Фукс сообщить тогда не мог, так как весной 1945 года американцы ещё сами не знали, как лучше и эффективнее добиться равномерного обжатия атомного сердечника: с помощью системы линз из обычной взрывчатки или посредством многоточечной одновременной детонации в тридцати двух точках на поверхности сферы из взрывчатого вещества.
В марте 1945 года в отчетном докладе Берия и Первухину по зарубежным разведданым Курчатов писал, что последние сообщения Лос-Аламоса имеют очень большую ценность. «Данные о сечении деления урана-235 и плутония-239 быстрыми нейтронами имеют огромное значение, так как дают возможность определить критические размеры атомного заряда». Но самым важным Игорь Васильевич счел сообщение Фукса об имплозии.
Из секретного доклада Курчатова:
«…Несомненно, что метод «взрыва вовнутрь» представляет большой интерес, принципиально правилен и должен быть подвергнут серьезному теоретическому и опытному анализу… Понятны все его преимущества перед методом Пушечного выстрела… Я бы считал необходимым показать соответствующий текст (от стр.6 до конца, за исключением стр.22) проф. Ю.Б. Харитону».
В апреле 1945 года в документе разведки была представлена короткая справка от Фукса, в которой сообщалось, что США на этот момент обладают 25 килограммами урана-235 и 6,5 килограммами плутония.
В июне Фуксу удалось передать в Москву свой научный отчет по работе в Лос-Аламосе, в котором он достаточно детально описал плутониевую бомбу. Были приведены сведения об отражателе из урана вокруг сердечника, об алюминиевой оболочке, системе линз для имплозийной взрывчатки, о конструкции полониевого инициатора атомного взрыва. В отчете были представлены размеры основных деталей и набросок всей конструкции.
Харитон охарактеризовал полученное сообщение от Фукса как достаточное для того, чтобы позволить компетентному инженеру воспроизвести чертежи плутониевой бомбы.
Оценивая ход работ в лаборатории № 2, Харитон пришел к выводу, что в СССР плутоний может быть получен значительно раньше урана-235. И поэтому решил сосредоточить усилия в первую очередь на разработке конструкции именно плутониевой бомбы, получившей в документах условное наименование РДС-1 (реактивный двигатель Сталина).
В качестве ведущего инженера-конструктора Харитон пригласил в свою группу В.А.Турбинера, работавшего главным конструктором в одном из конструкторских бюро Министерства авиационной промышленности. Через несколько месяцев упорной работы Турбинеру и двум его инженерам удалось воспроизвести технические чертежи общей компоновки плутониевой бомбы. К концу 1945 года назрела необходимость расширения объема работ и выделения группы Харитона в самостоятельную лабораторию. К тому же опыты со взрывчатыми веществами в черте города были небезопасны.
14 декабря 1945 года Спецкомитет принял решение об организации нового конструкторского бюро для разработки АБ. Специальной комиссии было поручено в десятидневный срок дать предложение о месте его размещения.
Выбрали тихий, неприметный поселок Саров в Горьковской области, где на местном военном заводе № 550 выпускались артиллерийские снаряды.
