Хуберт Мания - История атомной бомбы

• Название: История атомной бомбы
• Автор: Хуберт Мания
• Издательство: Текст
• Жанр: Физика
• Год: 2012
• ISBN: 978-5-7516-1005-0

Эта занимательная книга рассказывает о новой эре в истории человечества — от открытия урана до первого эксперимента с атомной бомбой. Когда возникла идея, что энергию можно добыть из ядра атома, никто и представить себе не мог, какие трудности придется преодолевать лучшим умам человечества, и какие силы природы извергнутся из комочка самоподогревающегося вещества размером с апельсин, если сжать его до критической массы.

---

На сей раз эта «чудовищная интуиция» приводит к открытию, имеющему богатые последствия, Лаура Ферми описывает это так: «Они взяли большой блок парафина, сделали в нем выемку, вставили туда источник нейтронов, облучили серебряный цилиндр и поднесли его к счетчику Гейгера, чтобы измерить его активность. Счетчик бешено затикал. По всему физическому корпусу разносились вопли: "Фантастика! Невероятно! Черная магия!"». Парафиновый фильтр увеличил эффект облучения в сотни раз. Видимо, парафин каким-то образом ускоряет нейтроны — гласит первая гипотеза. Пообедав и вздремнув, Ферми выкладывает прямо противоположное объяснение. Парафин имеет высокое содержание водорода. А поскольку атомы водорода представляют собой чистые протоны, то нейтроны, пролетая через парафин, сталкиваются со множеством протонов, прежде чем достигнут серебряного цилиндра. Поскольку нейтрон имеет почти ту же массу, что и протон, он при столкновении теряет энергию и затормаживается. Но именно такой — замедленный — нейтрон теперь столкнется с ядром серебра и взорвет его с большей вероятностью, чем более быстрый нейтрон. Замечательная жена Ферми объясняет это явление на примере мяча для гольфа, который лежит в трех метрах от лунки. В лунку вкатится только медленный мяч. А с размаху ускоренный — пролетит над ней. Также и деревянная столешница в лаборатории, по-видимому, тормозит нейтроны эффективнее, чем мраморная плита.

Итак, если атомы водорода в парафине замедляют нейтроны и тем самым усиливают искусственно вызванную радиоактивность серебра, то эксперимент с водой просто напрашивается. В тот же вечер эта лежащая на поверхности идея претворяется в жизнь. Все имеющиеся в лаборатории сосуды кажутся впавшей в эйфорию группе недостаточно большими, чтобы вместить затребованное Ферми «изрядное количество воды». И тут кто-то вспоминает про искусственный пруд, который хозяин Корбино обустроил в саду Физического института среди клумб и миндальных деревьев. Недолго думая, секстет ненадолго погружает в пруд источник нейтронов и серебряный цилиндр. Первая гипотеза Ферми, похоже, подтверждается, ибо и в воде активность серебра сильно возрастает. Медленные нейтроны — явно ключ к большему выходу искусственно произведенного радиоактивного вещества. Это новое знание позволит в будущем заменить дорогие радиоактивные вещества в медицине и в промышленном производстве на искусственные. Эмигрировавший в 1933 году в Англию немецко-еврейский физик Ганс Бете нахваливал Италию за ее изобилие мрамора и высказал подозрение, что медленные нейтроны могли быть открыты лишь на родине Ферми. В Америке, мол, все опыты проводились бы «на деревянных столах, и никто бы ни до чего такого не додумался».

Однако после этих новаторских открытий в Риме анализ распада урана топчется на месте. Дело весьма сложное, а поскольку никакого продвижения нет, группа Ферми расформировывается. Никто на тот момент не думает об опытах по высвобождению атомной энергии. Кроме, разумеется, Лео Силарда. Своим потенциальным спонсорам он обещает «производство энергии... в таком масштабе и, предположительно, со столь малыми затратами, что можно рассчитывать на своего рода промышленную революцию. Смею сомневаться, продержится ли после этого добыча угля и нефтяная индустрия дольше пары лет». К этому времени Силард своими грандиозными планами довел-таки до кондиции и Хаима Вейцмана. Действительно ли он убедил его своей идеей ядерной цепной реакции, неизвестно. Но Вейцман, по крайней мере, пообещал раздобыть десять тысяч долларов, необходимые Силарду для его опытов. Он с нетерпением ждет в Лондоне денег. Силард хочет облучить все элементы нейтронами, как Ферми, и посмотреть, из какого вещества он сможет выбить дополнительные нейтроны, чтобы вызвать ядерную цепную реакцию.

А пока что он обстреливает нейтронами бериллий, который кажется ему главным кандидатом для запуска цепной реакции. Пожалуй, лишь благодаря своей живой манере вести непринужденную беседу и упоминанию между делом знаменитых имен из круга друзей, он получает разрешение использовать в Лондоне лабораторию, пустующую во время летних каникул. Столкнувшись при этом лицом к лицу с неконтролируемым хаосом из рядов распада и промежуточных продуктов, он — в манере человека, который сделал себя сам, поскольку голь на выдумки хитра, — недолго думая, изобретает сообща с лабораторным ассистентом Томасом Челмерсом простой, элегантный и дешевый метод разделения радиоактивных и нерадиоактивных изотопов одного и того же элемента. Описание этого способа приносит ему летом 1934 года признание сообщества и маркирует его рождение в качестве физика-ядерщика. Однако его царственное шествие к более-менее приемлемой цепной реакции в ядрах бериллия так и не состоялось.

Жгучий интерес к экспериментам Ферми проявляет Лиза Мейтнер у себя в Берлине. Слишком уж хорошо она помнит одного сотрудника Ферми, обаятельного Франко Разетти, который два года назад стажировался в ее институте. Они чуть было не вошли вдвоем в исторические справочники в качестве открывателей нейтрона. К этому вело как предсказанное Мейтнер еще в 1921 году существование электрически нейтрального ядерного кирпичика, так и исследование непонятного излучения бериллия стажером Разетти под ее руководством. Однако Джеймс Чедвик своей публикацией на четыре недели опередил немецко-итальянскую группу. За несколько дней до двадцать третьего октября 1934 года со всеми его волнениями в Риме вокруг куска парафина и вокруг искусственного пруда, реконструируя схему эксперимента Лео Силарда, Мейтнер — параллельно и независимо от Ферми — приходит к предположению, что энергия, а тем самым и скорость нейтронов может оказывать решающее влияние при производстве искусственной радиоактивности. Теперь ей хотелось бы повторить опыты Ферми. Она тоже считает в принципе возможным существование трансурановых элементов, но знает также, что ей, как физику, в дальнейших исследованиях урана необходим рядом выдающийся химик, который проводил бы радиохимические анализы. Ей не приходится долго раздумывать. Один из лучших в мире кандидатов для выполнения этой задачи работает в том же здании Химического института кайзера Вильгельма в Далеме, что и она сама — только этажом выше ее лаборатории. Его зовут Отто Ган.

Двенадцать лет оба они шли в профессии каждый своим путем, что никак не мешало их дружбе. Ган как никто другой подходит для того, чтобы правильно рассчитать запутанные многочисленные радиоактивности и времена распада облученного урана. Пару недель он еще жеманится, но в августе 1934 года Мейтнер и Ган возобновляют их проверенную временем работу в одной команде.

За год до этого Лизе Мейтнер пришлось оставить свою профессуру в Берлинском университете — она тоже стала жертвой «Арийского параграфа», ибо в категориях новых властей Лиза Мейтнер двадцатипятипроцентная еврейка. В негосударственном Институте кайзера Вильгельма ее должность пока не подвергается опасности. Она защищена и своим австрийским паспортом. Ган находится под особым наблюдением членов партии даже в собственном доме, поскольку он откровенно не хочет примыкать к национал-социализму. В конце 1934 года к рабочей группе присоединяется тридцатидвухлетний химик д-р Фриц Штрассман. Он тоже стойко уклоняется от вступления в национал-социалистическую профессиональную организацию, так что трио, работающее сообща, вызывает у режима подозрение.

С самого начала им удается отделить друг от друга короткоживущие продукты облученного урана лучше, чем это смог сделать до них Ферми. Правда, одни вещества при этом постоянно порождают другие с поразительными семейными отношениями. Материнские и дочерние субстанции распознаются и через несколько поколений продуктов распада. Господствующие основные принципы физики и химии позволяют классифицировать продукты реакции как трансурановые элементы. Берлинцы логично подтверждают рассуждения Ферми об искусственных элементах, которые тяжелее урана. Медленные нейтроны производят не такие ряды распада урана, как энергичные снаряды. Значение этих странных результатов по-прежнему остается загадкой.

Лиза Мейтнер — движущая сила берлинского трио. Даже когда Ган и Штрассман радуются доселе неизвестным веществам и подходящим для них порядковым числам, Лизу Мейтнер не покидает тревога. И когда Ган в очередной раз клятвенно заверяет ее в корректности и достоверности своей работы, она порой отвечает ему: «Уймись, Гансик, ступай к себе наверх. В физике ты ничего не смыслишь», на что он обижается — это running gag между старыми друзьями с почти тридцатилетним стажем, и они его с удовольствием разыгрывают перед посетителями и знакомыми. Мейтнер побуждает господ химиков подробнее исследовать и те фильтраты, которые остаются при разделении радиоактивных элементов. Среди этих фильтратов присутствует и пресловутый «двадцатитрехминутник», о котором Мейтнер хотелось бы знать побольше. Однако Гану и Штрассману эта работа кажется слишком сложной, а главное — бессмысленной. С их точки зрения, они подают своей «начальнице» химически безупречно идентифицированные трансурановые элементы на серебряном подносе. Зачем же еще рыться в отходах?