Вместо тысячи солнц. История ядерной бомбы, рассказанная её создателями

Фактическое возведение первой такой установки было начато в октябре 1942 г. Было намечено построить решетчатую структуру шарообразной формы, поддерживаемую деревянной рамой. Эта структура должна была располагаться на кортах для игры в сквош[16] спортивного городка Чикагского университета. Поскольку мы были не совсем уверены в том, что намеченные размеры окажутся достаточно велики, то структура возводилась внутри громадной оболочки из прорезиненной ткани. Если бы потребовалось избавиться от паразитного поглощения в атмосферном азоте, то оболочка могла быть загерметизирована, что позволило бы выкачать из нее воздух. На деле эта предосторожность оказалась излишней.

Сооружение котла заняло несколько более месяца. В строительстве участвовало большое число физиков, в том числе У. Зинн, Г. Андерсон и Р. Вильсон. Все это время с помощью измерений интенсивности нейтронов, образующихся внутри котла, постоянно контролировалось приближение к критическим условиям, условиям наступления цепной реакции. Некоторое, очень небольшое, количество нейтронов образуется из урана спонтанно. Когда размеры системы приближаются к критическим, то каждый из этих нейтронов на протяжении нескольких поколений образует конечное число новых нейтронов. Действительно, когда коэффициент размножения котла составляет, например, 99 %, то каждый нейтрон образует в среднем сто поколений. Таким образом, по мере приближения к критическим размерам плотность нейтронов в котле возрастает и стремится стать бесконечной при достижении критического размера. Прослеживание возрастания плотности нейтронов является, следовательно, методом уверенной экстраполяции оценки критического размера.

Заметно раньше того, как размеры структуры приняли первоначально намечавшуюся величину, измерения плотности нейтронов показали, что критические условия будут вскоре достигнуты. Начиная с этого момента велось тщательное наблюдение за работой, позволявшее быть уверенным в том, что критичность не наступит внезапно, когда не будут приняты должные меры предосторожности. В оставленные специально щели в структуре были вставлены кадмиевые полосы (кадмий является одним из наиболее сильных поглотителей нейтронов). Поглощение в кадмиевых полосах было достаточно велико, чтобы при введении их в котел цепная реакция не могла начаться. Каждое утро кадмиевые полосы постепенно, одна за другой, удалялись и производилось измерение плотности нейтронов. По результатам измерения можно было судить, насколько далеко от условий критичности мы находились.

Утром 2 декабря 1942 г. результаты измерений указывали на то, что критические размеры слегка превзойдены и что в системе не происходит цепная реакция только из-за поглощения в кадмиевых полосах. Этим утром были осторожно удалены все кадмиевые полосы, кроме одной. Затем, внимательно следя за интенсивностью, мы стали постепенно выводить последнюю полосу. Судя по результатам измерений, можно было ожидать, что система станет критической при выдвижении последней полосы примерно на восемь футов. Когда было выдвинуто около семи футов, то интенсивность возросла до очень большого значения, но через несколько минут все-таки задержалась на конечном уровне. Распоряжение выдвинуть полосу еще на полтора фута было отдано с некоторым трепетом: делался решающий шаг. Когда полтора фута полосы были удалены из котла, интенсивность начала подниматься сначала медленно, затем быстрее, и продолжала возрастать, пока не стало ясно, что она действительно может стать бесконечно большой. Тогда в структуру были снова введены кадмиевые полосы и интенсивность быстро упала до очень малого уровня.

Этот прототип установки, использующей цепную реакцию, оказался очень легким в управлении. Можно было очень точно установить интенсивность ее работы на желаемом уровне. Оператору оставалось только смотреть за показаниями индикатора интенсивности и вдвигать кадмиевые полосы, если интенсивность обнаруживала тенденцию к возрастанию, или выдвигать их, если интенсивность падала. Управлять котлом так же легко, как вести автомобиль по прямой дороге, подправляя руль всякий раз, когда автомобиль склонен повернуть направо или налево. Через несколько часов тренировки оператор может без затруднений удерживать интенсивность реакции постоянной с точностью до доли процента.

Первый котел не содержал никаких устройств для отвода тепла, образующегося при реакции, и не имел защиты от излучения, возникающего при делении. По этим причинам мощность, при которой мог работать котел, имела только символическое значение; она никогда не превышала двухсот ватт. Тем не менее с помощью первого котла было доказано, что цепная реакция в системе из графита и естественного урана возможна и что она легко управляема.