Программа Курчатова показалась тогда слишком смелой, требования ее — тонны урана, тонны тяжелой воды — практически невыполнимыми. Но сейчас мы знаем: она дала бы возможность построить вполне работоспособный ядерный реактор. Напомним, что атомный «котел», введенный в действие Жолио 15 декабря 1948 года, содержал три тонны окиси урана, погруженные в алюминиевый бак с пятью тоннами тяжелой воды, и имел тепловую мощность в двести киловатт против нескольких ватт первого уран-графитового «котла» Ферми.
У обеих советских программ есть общие черты, существенно отличающие их от аналогичных зарубежных разработок. Как правило, в 1940 году планы западных физиков не выходили за рамки возможностей того института, где они трудились. Это были наметки для локальных научных коллективов. Лишь в 1942 году в США правительство взяло ядерщиков под свой контроль и связало разрозненные научные группы заданиями единого государственного плана. Советские же ядерные программы с самого начала предлагались как общегосударственные — от имени государства выступала Академия наук, распределяющая задания по отдельным институтам и контролирующая их выполнение.
И еще одно. В 1940 году западная печать изобиловала сообщениями о якобы разрабатываемой учеными атомной бомбе — газетные материалы пока еще обгоняли реальность. Но вскоре зловещая тень ядерной взрывчатки легла на все работы с ураном. В Соединенных Штатах исследованиям ядерщиков придали огромный размах, и сутью их стало создание ядерного оружия. В планах же Хлопина и Курчатова нет и намека на военную сторону проблемы. Обе программы проникнуты духом мира, нацелены на благо, а не на уничтожение людей.
На чем же базировалась вполне реалистичная, как мы теперь понимаем, программа Курчатова?
Ее появлению предшествовали три теоретические работы, выполненные в Ленинграде в 1939–1940 годах.
В Институте химической физики, руководимом академиком Николаем Николаевичем Семеновым, уже много лет изучали цепные химические реакции — процессы, возникающие от внешних причин, а затем самоподдерживающиеся и разрастающиеся с выделением внутренней энергии. Таковы, например, все взрывные реакции. Ученые института, вероятно, глубже, чем кто-либо в мире, постигли природу подобных реакций — недаром основатель русской школы химико-физиков Н. Н. Семенов был удостоен Нобелевской премии за выдающиеся успехи в этой области.
И когда ядерщики заговорили о том, что деление урана носит цепной характер, ленинградские специалисты по цепным реакциям, естественно, этим не могли не заинтересоваться. Два доктора физико-математических наук, тридцатипятилетний Юлий Борисович Харитон — он был также доктором Кембриджского университета — и двадцатипятилетний Яков Борисович Зельдович, поставили перед собой цель: определить условия, на которых возможна цепная реакция деления урана. Результаты своих изысканий они изложили в трех статьях, одна за другой появившихся в печати. Эти небольшие по размеру статьи и стали основополагающими для понимания цепных ядерных процессов, создали теоретический фундамент для конструирования ядерных реакторов и тем самым подготовили новый этап в разработке средств использования ядерной энергии в нашей стране. Не вдаваясь в подробности, приведем основные выводы, содержащиеся в статьях.
Первое. Цепную реакцию в природном уране возбудить невозможно, даже если взять бесконечный его объем. Она могла бы возникнуть только при двух условиях: если при каждом акте деления выбрасывало бы не меньше пяти вторичных нейтронов, а их, как показали опыты, в среднем выделяется примерно два и три десятых, и если энергия этих вторичных нейтронов превышала бы три миллиона электронвольт, измерений же установили, что она составляет около двух миллионов.
Второе. Цепная реакция в природном уране возможна, если применить эффективный замедлитель, быстро снижающий энергию вторичных нейтронов, чтобы предотвратить их поглощение пассивным ураном-238. Лучший замедлитель — тяжелая вода. На основе известных в те годы констант ядерных реакций было рассчитано, что для цепной реакции потребуется пятнадцать тонн тяжелой воды. Через десять лет, как мы знаем, Фредерику Жолио для запуска тяжеловодного реактора хватило пяти тонн тяжелой воды: уточненные к тому времени константы оказались иными.