Лаборатория № 2 функционировала уже больше года, и ее руководитель мог с гордостью констатировать, что не только организационный период завершен, но и получены важные результаты: уже в прошлом, сорок третьем, году многое неясное высветилось, в сорок четвертом картина стала еще ясней, теперь можно было вести исследования, точно зная, где искать, чего ожидать от поиска и как добиться ожидаемого. Именно в этом, сорок четвертом году была создана точная теория атомного реактора и совершился первый переход от теоретических вычислений к инженерным решениям.
И первым важным событием было то, что неожиданные результаты опытов Флерова и Давиденко в ИОНХе по поглощению нейтронов в разных средах нашли правильное теоретическое истолкование. Правда, тот факт, что олово и свинец, в отличие от всех других металлов, почти не поглощают нейтронов, большого интереса у теоретиков не вызвал. «Должны же быть у природы свои тайны», — рассудительно заметил один, показывая пожатием плеч, что именно эта тайна его сегодня не интересует, надо ее разгадку оставить «на потом», когда не так будет прижимать с «пекучими проблемами». И верно, тайна нейтроно-прозрачности разъяснилась лишь через два десятилетия, когда открыли, что некоторые ядра имеют «магическую» структуру. Практическим же следствием было то, что ни олово, ни свинец не годятся ни как поглотители, ни как отражатели нейтронов.
Зато сообщение о том, что резонансный порог поглощения нейтронов в уране надо сдвинуть с 25 до 5 электрон-вольт, привело к существенным практическим выводам. Если новые данные правильны, то замедление нейтронов требовалось более глубокое, это меняло соотношение масс урана и замедлителя. Теоретики внесли поправки в свои расчеты, а физики, экспериментирующие с реактором, проверили на практике, верны ли новые константы, найденные Флеровым и Давиденко, и соответствуют ли поправки теоретиков практическим наблюдениям над урано-графитовыми призмами. Новые константы резонансного поглощения нейтронов в уране подтвердились, теперь ориентировались на них.
Но главным открытием в серии опытов Флерова и Давиденко было то, что уран, распределенный в замедлителе кусками, поглощает резонансных нейтронов меньше, чем составляющий с замедлителем равномерную смесь. Правда, наблюдение это относилось к смеси урана с водой, а не для комбинации урана с графитом. Но закономерность имела общее значение, она, по всем данным, должна была оправдаться и для углерода в качестве замедлителя. И из нее вытекали важные следствия, они вызывали и споры, и волнения.
Эксперимент этот, прежде всего, заставил по-иному подойти к значению обычной воды в роли замедлителя. Перед войной Зельдович с Харитоном доказали, что в смеси натурального урана и обычной воды цепная реакция не идет. Вода была неэффективным замедлителем, она сама слишком активно поглощала нейтроны, а не только их замедляла. Но теория была развита для урана, равномерно распределенного в воде. А как скажется «эффект комковатости»? Не изменится ли положение, если уран распределить в воде блоками? Может быть, константы поглощения и замедления нейтронов окажутся настолько благоприятными, что и обычная дистиллированная вода станет удовлетворительным замедлителем? Для создания атомного котла создадутся тогда такие благоприятные предпосылки, что все сроки овладения ядерной энергией будут радикально пересмотрены — дистиллированную воду ведь несравненно проще получить, чем графит высокой очистки.
Перспектива была настолько заманчива, что Курчатов велел немедленно провести контрольные эксперименты. Пока ставили новые опыты, теоретики изрядно поволновались. Конечно, было бы великолепно, если бы «эффект комковатости» помог заменить графит или тяжелую воду обычной водой. Но вместе с тем было бы обидно, что три года назад не заметили такой блестящей возможности и начисто забраковали простую воду. Но вспыхнувшие было надежды на простое решение не осуществились. «Эффект комковатости» не был столь велик, чтобы и дистиллированная вода могла явиться эффективным замедлителем: по-прежнему надо было ориентироваться на графит или тяжелую воду.
Зато стала ясно, что гомогенная — всюду однородная — смесь урана с графитом менее эффективна, чем гетерогенная, то есть такая, где уран расположен в графите кусками и где, стало быть, полностью используется «эффект комковатости». Перед теоретиками встала задача создать теорию гетерогенного атомного котла. И они немедля приступили к делу. Теоретики составляли дружную творческую группу. Ей можно было поручить и ей под силу было решать все задачи, выдвигаемые экспериментаторами. Курчатов наконец осуществлял то, что задумывал еще до войны, — теоретики составляли с экспериментаторами единый творческий коллектив.
У них пока не было официального руководителя по должности. Еще не появился обширный теоретический сектор, возглавляемый начальником, назначаемым по приказу. Это было содружество равных. Но и среди равных есть первые. Таким первым в группе теоретиков стал, как и предполагал заранее Курчатов, Яков Борисович Зельдович. Своеобразие его положения состояло в том, что он пока отнюдь не отдавал себя полностью Лаборатории № 2, не возглавлял ни один из ее секторов — их число уже доходило до десяти. Он был консультант, выпрошенный из Института химической физики на полставки, он по-прежнему официально числился у химфизиков, приходил к ядерщикам лишь на семинары, на вызовы, на доклады, на совещания, на беседы. Он не был главой группы теоретиков — он был душой этой группы.
В начале 1944 года с Ленинграда сняли блокаду. Эвакуированные из него научные учреждения стали возвращаться обратно. Если бы и химфизики возвратились в Ленинград, это составило бы для Курчатова сложности и неудобства — многие из химфизиков, не один Зельдович, уже сотрудничали с ним. Но правительство согласилось с директором Института химфизики, что институт должен разместиться в Москве. Переезд в Москву совершился торжественно. Химфизики шутили, что поселяются в «Ноевом ковчеге» — им предоставили бывший особняк купца Ноева. Великолепные условия — высокий берег Москвы-реки, прекрасная зелень находившегося тут же цветоводства, роскошное здание антропологического музея, переехавшего в другое место, — здесь вполне можно было создать то, что выспренно называлось еще недавно «храмом науки», но что в середине двадцатого века с неменьшим основанием можно было наименовать «производственным цехом науки». И хоть пешком от нового обиталища химфизиков до Лаборатории № 2 добраться было непросто, автобусы и метро делали разделявшее их расстояние несущественным — совмещать работу в этих двух учреждениях было возможно.
И, естественно продолжая начатые еще до войны работы, Зельдович разрабатывал общую теорию атомного котла. Как он и предугадывал, надеясь на возвращение к урановым исследованиям, опыт, накопленный при экспериментировании с порохами, очень теперь пригодился. В отличие от чистого теоретика Померанчука, деятельно трудившегося в их группе, Зельдович, как и третий участник группы, Исай Гуревич, соединял дарование теоретика с незаурядным экспериментальным умением. Оба они, Зельдович и Гуревич, в этом отношении лично сочетали в себе те свойства, какие Курчатов считал необходимыми иметь в единстве в коллективе — непрерывное теоретическое осмысление постоянно проводившихся экспериментов. А четвертый участник группы, тоже из «чистых теоретиков», Василий Фурсов, продолжал и завершал работы, начинавшиеся его коллегами. Между теоретиками вскоре само собой установилось, своеобразное разделение труда. Общие принципы работы ядерного реактора исследовал Зельдович. Померанчук с Гуревичем конкретизировали эти общие принципы применительно к уран-графитовому котлу, Фурсов вел теоретический обсчет реально создаваемого котла, устанавливая соответствия а расхождения теоретических данных и эксперимента.
И то, что вначале было названо в опытах Флерова и Давиденко «эффектом комковатости», Померанчук с Гуревичем быстро превратили в теорию «блок-эффекта». Эксперимент показывал, что уран в реакторе надо размещать компактными кусками и разделять блоками из сплошного графита. Померанчук с Гуревичем высчитали и оптимальный размер урановых и графитовых блоков: графит в форме обычных кирпичей, но раза в два побольше, уран в виде цилиндриков по 3–4 сантиметра диаметром, 15–20 сантиметров в длину. В такой конструкции быстрые нейтроны, вырывающиеся из урановых блочков при делении ядер, замедлялись в графитовых кирпичах ниже вредных резонансных скоростей и снова врывались в урановые цилиндрики, чтобы делить легкий изотоп, а не напрасно поглощаться в тяжелом.