ГЛАВА 6. Атомное и термоядерное. Группа Тамма в ФИАНе.
Об открытии явления деления ядер урана я впервые узнал еще до войны,
кажется в 1940 году, от папы. Он был на каком-то докладе, не помню чьем, и
рассказал мне услышанное. Через некоторое время я прочитал на ту же тему
обзорную популярную статью в "Успехах физических наук" (папа выписывал этот
журнал). К своему стыду, я не вполне оценил тогда важность открытия
деления, хотя и в папином рассказе, и в обзорной статье упоминалась
принципиальная возможность цепной реакции - кажется, без четкого
разграничения управляемой цепной реакции (которая осуществляется теперь в
ядерных реакторах) и взрывной цепной реакции (которая происходит при взрыве
атомного оружия). В настоящее время физические процессы, существенные при
управляемой реакции, подробно описаны в открытой литературе, кое-что (с
рядом недомолвок и умышленных неточностей) опубликовано и о физике ядерного
взрыва. В обоих случаях происходит цепная реакция. Сущность ее сводится к
тому, что при захвате одного нейтрона ядром делящегося изотопа (смысл
термина напоминаю ниже) оно "делится" на два "осколка" сравнимой массы, при
этом выделяется энергия и образуются два или три новых нейтрона, которые
могут в свою очередь вызвать новые акты деления. Особенность цепной реакции
в том, что она вызывается электрически-нейтральными частицами - нейтронами,
которые не отталкиваются от атомных ядер. Поэтому реакция деления может
происходить при сколь угодно низкой температуре (например, при комнатной),
что отличает ее от термоядерной реакции. Наибольшее значение имеют цепные
реакции, происходящие в редком изотопе урана (в уране-235) и в
плутонии-239. Напомню, что атомные ядра состоят из электрически заряженных
протонов и нейтральных нейтронов. Число протонов в ядре, равное числу
электронов в атомной оболочке, полностью определяет химические свойства
атома (а также размеры атома, его оптические свойства и т. п.). Ядра с
одним и тем же числом протонов и разным числом нейтронов принадлежат одному
и тому же химическому элементу, это различные "изотопы" этого элемента, при
этом от числа нейтронов зависит атомный вес - точнее, массовое число - и
свойства в отношении ядерных реакций. Так, в природном уране содержится
99,3% ядер изотопа уран-238 (92 протона и 146 нейтронов в ядре) и 0,7% ядер
изотопа уран-235 (92 протона и 143 нейтрона). Массовое число в обоих
случаях есть сумма числа протонов и нейтронов (238 = 92 + 146, 235 = 92 +
143). При малой энергии нейтронов (меньше 1 Мэв) реакция деления происходит
лишь в уране-235 и плутонии-239, поэтому эти изотопы называются кратко
"делящимися". При больших энергиях первичных нейтронов делятся и ядра
урана-238. Такие "быстрые" нейтроны не образуются при процессе деления,
поэтому в уране-238 цепная реакция не поддерживается (однако возможна
"вынужденная" реакция деления, если быстрые нейтроны поставляются каким-то
источником, например термоядерной реакцией; энергия нейтронов, образующихся
в реакции D + D, равна 2,5 Мэв, образующихся в реакции D + T равна 14
Мэв41)). В природной смеси изотопов цепная реакция оказалась возможной в
специальных условиях, создаваемых в ядерных реакторах. Реакция эта -
управляемая, управление реакцией крайне облегчается тем, что часть
нейтронов образуется при акте деления не мгновенно, а с некоторым
запаздыванием. В 1939-1940 гг. даже из того, что я выше написал, многое еще
не было известно. Последняя (и очень важная) довоенная публикация, в
которой обсуждается возможность управляемой и (отчасти) взрывной цепной
реакции, - статья Я. Б. Зельдовича и Ю. Б. Харитона. В это время за рубежом
все публикации уже прекратились.
Как известно, исследования продолжались - и очень энергично - в секретном
порядке. Что касается меня, то до 1945 года я просто забыл, что существует
такая проблема. Лишь в феврале 1945 года я прочитал в ФИАНовской библиотеке
в журнале "Британский союзник" (который издавался английским посольством в
Москве для советских читателей) о героической операции английских и
норвежских "коммандос" (впоследствии Черчилль назвал эту операцию подвигом
исторического значения). Они уничтожили в Норвегии завод и запасы тяжелой
воды, предназначенной немцами для производства "атомной бомбы" - взрывного
устройства фантастической силы, использующего явление деления ядер урана.
Это, по-моему, было первое упоминание об атомной бомбе в печати. История и
истинная цель этой удивительной публикации мне неизвестны. Несомненно, это
было "просачивание" секретной информации; я думаю, что намеренное. Может, с
целью какого-то воздействия на немецкие программы, кто его знает. Как пишут
в книгах о разведке, центры психологической войны всех государств вели
тогда очень сложную и не всегда понятную простым смертным игру.
Я сразу вспомнил тогда все, что мне было известно о делении и цепной
реакции. В эти же месяцы я слышал время от времени обрывки разговоров (не
придавая им особого значения) о какой-то лаборатории 2 ("двойка"), которая
якобы стала "центром физики". Речь шла, как я узнал потом, о большом
научно-исследовательском институте под руководством И. В. Курчатова для
работ в области атомной энергии.
Атомная проблема опять ушла из моего поля зрения, заслоненная интенсивным
изучением всего широкого мира теоретической физики. В мае - незабываемое
событие - Победа над фашизмом, окончание войны в Европе (хотя на востоке
война продолжалась).
Наступил август 1945 года. Утром 7 августа я вышел из дома в булочную и
остановился у вывешенной на стенде газеты. В глаза бросилось сообщение о
заявлении Трумэна: на Хиросиму 6 августа 1945 года в 8 часов утра сброшена
атомная бомба огромной разрушительной силы в 20 тысяч тонн тротила. У меня
подкосились ноги. Я понял, что моя судьба и судьба очень многих, может
всех, внезапно изменилась. В жизнь вошло что-то новое и страшное, и вошло
со стороны самой большой науки - перед которой я внутренне преклонялся.
В ближайшие дни "Британский союзник" начал публикацию "Отчета Смита" - так
назывался отчет об американских работах по созданию атомной бомбы - целый
массив рассекреченной информации о разделении изотопов, ядерных реакторах,
плутонии и уране-235 и кое-что об устройстве атомной бомбы (в самых общих
чертах). Я с нетерпением хватал и изучал каждый вновь поступающий номер.
Интерес у меня при этом был чисто научный. Но хотелось и изобретать -
конечно, я придумывал при этом либо давно (три года) известное
(относительно реакторов, это был - блок-эффект), либо непрактичное (методы
разделения изотопов, основанные на кнудсеновском течении в зазорах между
фигурными роторами). Мой товарищ школьных и университетских лет Акива Яглом
говорил тогда - у Андрея каждую неделю не меньше двух методов разделения
изотопов.
Когда публикация в "Британском союзнике" завершилась, я остыл к этим вещам
и два с половиной года почти не думал о них.
Между тем судьба продолжала делать свои заходы вокруг меня (я вспомнил ту
сценку на крестьянском празднике в "Фаусте", которую читал когда-то Олег).
В конце 1946 года я получил странное письмо - меня просили прийти в
определенное время в гостиницу "Пекин", номер 91. Там была и какая-то
неправдоподобная аргументация, я ее не помню. Гостиница "Пекин" расположена
на углу площади Маяковского42), недалеко от моих родителей, и я прямо от
них зашел по указанному адресу. В номере оказалась обстановка, типичная для
служебного кабинета: стол в виде буквы "Т", портрет Сталина на стене и т.
п. Сидевший за столом человек встал навстречу мне, пригласил сесть,
отрекомендовался "генерал Зверев" и сказал:
- Мы (он не уточнил, кто это - мы) давно следим за Вашими успехами в науке.
Мы предлагаем Вам после окончания аспирантуры перейти работать в нашу
систему для участия в выполнении важных правительственных заданий. У нас Вы
будете иметь все возможности для научной работы - лучше, чем где-либо, -
лучшие библиотеки со всей мировой научной литературой, у нас - все большие
ускорители. И лучшие материальные условия. Мы знаем - у Вас большие
трудности с жильем. Если Вы сейчас дадите нам принципиальное согласие, Вам
будет предоставлена квартира в Москве, которая будет забронирована за Вами,
если Вас временно пошлют работать куда-либо в другое место.
Я подумал, что не для того я уехал с завода в последние месяцы войны в ФИАН
к Игорю Евгеньевичу для научной работы на переднем крае теоретической
физики, чтобы сейчас все это бросить. Я сказал коротко, что сейчас я хочу
продолжить свою чисто теоретическую работу в отделе Тамма. Зверев выразил
сожаление и надежду, что мое решение - не окончательное. Какова была бы моя
судьба, если бы я согласился? Через несколько лет я встретился на "объекте"
с сотрудником Н. Н. Боголюбова - Д. Н. Зубаревым, приехавшим туда с Н. Н. и
уехавшим вместе с ним в 1953 году. Он рассказал мне, что примерно в то же
время его вызвал тот же Зверев в ту же комнату; в отличие от меня, он
согласился - у него тоже были квартирные трудности - и попал в научный
центр на берегу Черного моря, где работали привезенные из Германии немецкие
ученые. Начальство (А. П. Завенягин, о нем я пишу ниже) возлагало на них
большие надежды, но не очень им доверяло. Поэтому почти никакой серьезной
работы не велось, было очень скучно. Д. Н. Зубарев, используя свои
отношения с Н. Н. Боголюбовым, добился перевода к нам (или это была
инициатива самого Н. Н.; вернее всего, именно так).
В 1947 году я уже завершил свою диссертационную работу - меня пригласили
рассказать ее "у Курчатова", т. е. в ЛИПАНе. Я сделал доклад в небольшом
конференц-зале, присутствующие физики - и среди них Курчатов - задавали мне
много вопросов. После доклада Курчатов предложил мне пройти к нему в
кабинет. Это была очень большая комната, где можно было проводить большие
совещания, с большим письменным столом с горой научных журналов и
множеством телефонов всех цветов, по стенам - книжные полки со справочной и
научной литературой. Курчатов сидел за письменным столом; разговаривая со
мной, он изредка поглаживал свою густую черную бороду и поблескивал
огромными, очень выразительными карими глазами. Напротив на стене висел
большой, в полтора роста, портрет И. В. Сталина с трубкой, стоявшего на
фоне Кремля, написанный маслом, несомненно - подлинник; не знаю, кого из
придворных художников. Это был символ высокого положения хозяина кабинета в
государственной иерархии (портрет висел некоторое время и после ХХ съезда).
Курчатов предложил мне после окончания аспирантуры перейти в их Институт
для занятий теоретической ядерной физикой. Я уже знал, что на таких
условиях в ЛИПАНе и в другом аналогичном институте - рангом пониже - у
Алиханова - работают физики-теоретики А. Б. Мигдал и И. Я. Померанчук, мои
оппоненты по диссертации. Курчатов считал необходимым, используя
возможности своего ведомства, всемерно поощрять фундаментальные научные
исследования, при этом время от времени "перебрасывая" соответствующую
производственную и научно-лабораторную базу и умы ученых для прикладных
задач, - делал это всегда очень тактично, никого не обижая и не "насилуя".
По его инициативе построен целый научный городок Дубна, в котором сооружены
два больших ускорителя. По-видимому, Курчатову понравился мой доклад, или я
сам, или еще раньше ему хорошо меня отрекомендовал Мигдал, и он решил меня
"переманить" к себе - для пользы своего Института. Я отказался с той же
аргументацией, как при разговоре со Зверевым. Вскоре Курчатов пригласил
работать в свой Институт моего товарища по аспирантуре Павла Эммануиловича
Немировского (я об этом уже писал).
Итак, в 1946 и 1947 гг. я дважды отказался от искушения покинуть ФИАН и
теоретическую физику переднего края. В 1948 году меня уже никто не
спрашивал.
В последних числах июня 1948 года Игорь Евгеньевич Тамм с таинственным
видом попросил остаться после семинара меня и другого своего ученика,
Семена Захаровича Беленького. Это был так называемый "пятницкий" семинар
"для своих", который проходил в маленьком кабинете Игоря Евгеньевича
(теперь бы теоретики ФИАНа там не поместились). Когда все вошли, он плотно
закрыл дверь и сделал ошеломившее нас сообщение. В ФИАНе по постановлению
Совета Министров и ЦК КПСС создается исследовательская группа. Он назначен
руководителем группы, мы оба - ее члены. Задача группы - теоретические и
расчетные работы с целью выяснения возможности создания водородной бомбы;
конкретно - проверка и уточнение тех расчетов, которые ведутся в Институте
химической физики в группе Зельдовича. (О Якове Борисовиче я буду много
писать в этой книге.) Сейчас я думаю, что основная идея разрабатывавшегося
в группе Зельдовича проекта была "цельнотянутой", т. е. основанной на
разведывательной информации. Я, однако, никак не могу доказать это
предположение. Оно пришло мне в голову совсем недавно, а тогда я об этом
просто не задумывался. (Добавление, июль 1987 г. В статье Д. Холовея в
"Интернейшнл Секьюрити" 1979/80, т. 4, 3, я прочитал: "Клаус Фукс
информировал СССР о работах по термоядерной бомбе в Лос-Анджелесе до 1946
г... Эти сообщения были скорей дезориентирующими, чем полезными, так как
ранние идеи потом оказались неработоспособными". Моя догадка получает таким
образом подтверждение!44))
Через несколько дней, оправившись от шока, Семен Захарович меланхолически
сказал:
- Итак, наша задача - лизать зад Зельдовича.
Беленький недавно защитил докторскую диссертацию - фундаментальное
исследование в области теории электромагнитных ливневых процессов в
космических лучах. Но во время войны он работал в ЦАГИ, плодотворно
занимался процессами сверхзвуковых течений в связи с проблемами реактивной
авиации. Вероятно, это и было причиной его включения в нашу группу - никто,
кроме него, в ФИАНе не имел отношения к газодинамике. Что касается моей
кандидатуры, то до меня дошел рассказ, что якобы директор ФИАНа академик С.
И. Вавилов сказал:
- У Сахарова очень плохо с жильем. Надо его включить в группу, тогда мы
сможем ему помочь.
Вероятно, кроме этого, играло роль и то, что я занимался конкретной ядерной
физикой и теорией плазмы, имел предложение по мю-катализу. Кроме того,
Вавилову могло быть известно, что в 1945 году я пытался предложить новые
способы разделения изотопов. Но в 1945 году я был не только заинтересован,
но и потрясен ужасом применения великого научного достижения для
уничтожения людей! Основную же роль, как я думаю, в моем назначении сыграла
высокая характеристика, которую дал мне Игорь Евгеньевич.
Вавилов сдержал свое обещание относительно нашей жилищной проблемы. В мае
мне были предоставлены две комнаты на улице Двадцать пятого Октября45).
Хотя этот дом находится в самом центре Москвы, он был не очень
"фешенебельным" - с коридорной системой и дровяным отоплением. Одну из двух
комнат в последний момент "увел" зам. директора по хозяйственной части для
своей матери, симпатичной и очень старой женщины, с которой у Клавы
установились прекрасные отношения. Наша комната имела площадь всего 14м2,
обеденного стола у нас не было (некуда было поставить), мы обедали на
табуретках или на подоконнике. В длинном коридоре жило около 10 семей и
была одна небольшая кухня, уборная на лестничной площадке (одна на две
квартиры), никакой ванной конечно. Но мы были безмерно счастливы. Наконец,
у нас свое жилье, а не беспокойная гостиница или капризные хозяева, которые
в любой момент могли нас выгнать. Так начался один из лучших, счастливых
периодов нашей семейной жизни с Клавой (который длился три-четыре года).
Это время в личном, семейном плане вспоминается светлым, даже радостным.
Клавины отношения с моей мамой, так мучившие меня (а я - их обеих), в это
время стали гораздо мягче, спокойней. Возникла какая-то близость с соседями
по квартире и даче. Дочь Таня росла веселой и доброй девочкой. У нее
появились "поклонники" (пока в кавычках) среди мальчиков нашей квартиры.
Летом 1948 года я перевез Клаву с Таней на дачу. Мы сняли одну из двух
комнат в деревенском доме в поселке Троицкое на берегу канала Москва -
Волга (вместе с нами в другой комнате в том же доме жила хозяйка тетя Феня,
очень милая, овдовевшая в войну). Я каждое воскресенье ездил к ним с
продовольственными сумками и проводил там день и одну-две ночи. Это лето
памятно мне блеском воды, солнцем, свежей зеленью, скользящими по
водохранилищу яхтами (меня, правда, мигом прогнали с яхты за
неспособность). Подружились мы и с нашими соседями - Обуховыми,
Рабиновичами, Шабатами. Рядом жил также сотрудник ФИАНа Моисей
Александрович Марков с женой Любой и дочкой. С Любой у меня были свои
отношения - легкого взаимного подкалывания. (А. М. Обухов - впоследствии
академик, специалист по физике атмосферы и турбулентности. М. С. Рабинович
- мой товарищ по аспирантуре, я уже писал о нем. Б. В.Шабат - математик. М.
А. Марков - впоследствии академик, физик-теоретик.)
Не меньше пяти дней в неделю я проводил в ФИАНе, в комнате Теоротдела,
ставшей теперь рабочей комнатой специальной группы. В нашу группу включили
еще двоих - доктора физико-математических наук (теперь - академик) Виталия
Лазаревича Гинзбурга, одного из самых талантливых и любимых учеников Игоря
Евгеньевича, и молодого научного сотрудника, недавно принятого в Теоротдел,
Юрия Александровича Романова. Гинзбург был принят, видимо, на каких-то
условиях частичного участия; в дальнейшем, когда группу перевели на
"объект", в отношении него этот вопрос не стоял. Несмотря на летнее время,
мы все работали очень напряженно. Тот мир, в который мы погрузились, был
странно-фантастическим, разительно контрастировавшим с повседневной
городской и семейной жизнью за пределами нашей рабочей комнаты, с обычной
научной работой.
Настало время сказать, как мы, я в том числе, относились к моральной,
человеческой стороне того дела, в котором мы активно участвовали. Моя
позиция (сформировавшаяся в какой-то мере под влиянием Игоря Евгеньевича,
его позиции и других вокруг меня) со временем претерпела изменения, я еще
буду к этому возвращаться. Здесь же я скажу, какой она была первые 7-8 лет
- до термоядерного испытания 1955 года. Как видно из предыдущего рассказа,
меня тогда, в 1948 году, никто не спрашивал, хочу ли я участвовать в
работах такого рода. Но то напряжение, всепоглощенность и активность,
которые я проявил, зависели уже от меня. Постараюсь объяснить это, в том
числе самому себе, через 34 года. Одна из причин (не главная) - это была
"хорошая физика" (выражение Ферми по поводу атомной бомбы; его многие
считали циничным, но цинизм обычно предполагает неискренность, а я думаю,
что Ферми был искренним; не исключено также, что в этой реплике было что-то
от попытки уйти от волнующего его вопроса, - ведь он сказал: "Во всяком
случае, это хорошая физика"; значит, подразумевалась и другая сторона
вопроса). Физика атомного и термоядерного взрыва действительно "рай для
теоретика". Чисто теоретическими методами, с помощью относительно простых
расчетов можно было уверенно описывать, что может произойти при
температурах в десятки миллионов градусов - т. е. при условиях, похожих на
те, которые имеют место в центре звезд. Например, если уравнение состояния
вещества при умеренных давлениях и температурах не может быть
сколько-нибудь просто вычислено теоретически (пока такие вычисления
недоступны даже для ЭВМ), то тут оно выражается простой формулой:
P = arT + bT4
(P - давление, r - плотность, T - абсолютная температура, a и b - легко
вычисляемые коэффициенты. Первый член - давление идеального полностью
ионизированного газа, второй член - давление излучения. Когда-то Лебедев
измерял давление света в тончайших, по тому времени, экспериментах - тут
оно было огромным и определяющим. При такой гигантской температуре
упрощается также вычисление давления вещества - ионизация полная и можно
пренебречь взаимодействиями частиц!). Столь же просты формулы для скорости
термоядерной реакции: например, для реакции D + T Ґ n + He4 число актов
реакции в единицу объема в единицу времени равно
N = (sJ)DTnDnT
(D - дейтон, T - тритон, n - нейтрон с энергией 14 Мэв, nD и nT - плотности
ядер дейтерия и трития), (sJ)DT - среднее значение произведения
эффективного сечения реакции на скорость относительного движения ядер).
Величина (sJ)DT легко вычисляется элементарным интегрированием, если из
опыта известно сечение реакции s в функции энергии Е сталкивающихся частиц.
Именно с вычисления этих интегралов известным каждому студенту-физику и
математику методом "перевала" я и начал свою работу в группе Тамма, написав
за несколько дней свой первый секретный отчет по этой тематике С1 (Сахаров,
первый). Термоядерная реакция - этот таинственный источник энергии звезд и
Солнца в их числе, источник жизни на Земле и возможная причина ее гибели -
уже была в моей власти, происходила на моем письменном столе!
И все же, я говорю это с полной уверенностью, не это увлечение новой для
меня и эффектной физикой, расчетами было главным. Я мог бы легко найти себе
тогда - и в любое время - другое поле для теоретических забав (как и Ферми,
да простится мне это нескромное сравнение). Главным для меня и, как я
думаю, для Игоря Евгеньевича и других участников группы было внутреннее
убеждение, что эта работа необходима.
Я не мог не сознавать, какими страшными, нечеловеческими делами мы
занимались. Но только что окончилась война - тоже нечеловеческое дело. Я не
был солдатом в той войне - но чувствовал себя солдатом этой,
научно-технической. (Курчатов иногда говорил: мы солдаты - и это была не
только фраза.) Со временем мы узнали или сами додумались до таких понятий,
как стратегическое равновесие, взаимное термоядерное устрашение и т. п. Я и
сейчас думаю, что в этих глобальных идеях действительно содержится
некоторое (быть может, и не вполне удовлетворительное) интеллектуальное
оправдание создания термоядерного оружия и нашего персонального участия в
этом. Тогда мы ощущали все это скорей на эмоциональном уровне. Чудовищная
разрушительная сила, огромные усилия, необходимые для разработки, средства,
отнимаемые у нищей и голодной, разрушенной войной страны, человеческие
жертвы на вредных производствах и в каторжных лагерях принудительного труда
- все это эмоционально усиливало чувство трагизма, заставляло думать и
работать так, чтобы все жертвы (подразумевавшиеся неизбежными) были не
напрасными (это чувство еще обострилось на "объекте" - я об этом пишу
ниже). Это действительно была психология войны.
Я читал, что Оппенгеймер заперся в своем кабинете 6 августа 1945 года, в то
время как его молодые сотрудники бегали по коридору Лос-Аламосской
лаборатории, испуская боевые индейские кличи, а потом плакал на приеме у
Трумэна. Трагедия этого человека, который в своей работе, по-видимому,
руководствовался идейными, высокими мотивами, глубоко волнует меня
(конечно, еще больше волнует вся трагическая история Хиросимы и Нагасаки,
отразившаяся в его душе). Сегодня термоядерное оружие ни разу не
применялось против людей на войне. Моя самая страстная мечта (глубже
чего-либо еще) - чтобы это никогда не произошло, чтобы термоядерное оружие
сдерживало войну, но никогда не применялось.
