Дэвид Холловэй - Сталин и бомба: Советский Союз и атомная энергия. 1939-1956

• Название: Сталин и бомба: Советский Союз и атомная энергия. 1939-1956
• Автор: Дэвид Холловэй
• Издательство: Сибирский хронограф
• Жанр: История
• Год: 1997
• ISBN: 5-87550-067-0

Исследование известного американского ученого посвящено одному из самых интригующих сюжетов советской истории — созданию атомной бомбы. Оно основано на большом количестве ранее не известных отечественному читателю документов и авторитетных свидетельств, которые существенно дополняют понимание этой важной страницы советской истории.

---

Исследования условий осуществления цепной реакции деления продолжались и после харьковской конференции. Курчатов предложил провести несколько экспериментов, которые могли бы установить; будет ли уран-238 делиться быстрыми нейтронами. Он поручил проведение одного из этих экспериментов Флерову и Константину Петржаку, молодому исследователю из Радиевого института. Задача опыта состояла в наблюдении за тем, как меняется величина потока нейтронов из урановой сферы, если внутри нее поместить источники нейтронов с различными спектрами энергий. Петржак и Флеров построили очень чувствительную ионизационную камеру для регистрации актов деления. Когда в начале 1940 г. они приступили к опытам, то, к своему большому удивлению, обнаружили, что ионизационная камера продолжает срабатывать, т. е. регистрировать деление, и тогда, когда они убрали источник нейтронов. Вскоре они пришли к заключению, что открыли спонтанное деление — деление, происходящее без бомбардировки нейтронами. Теоретически такой процесс был предсказан Френкелем, а также Бором и Уилером, но Петржак и Флеров первыми экспериментально доказали это явление{253}.

Курчатов предложил Петржаку и Флерову провести ряд контрольных опытов, чтобы исключить возможность ошибки в эксперименте. Один из этих опытов был проведен под землей — в помещении станции московского метро «Динамо», чтобы показать, что деление не вызывается космическими лучами. В конце концов Курчатов убедился в том, что они открыли спонтанное деление. В мае 1940 г. Хлопин и Курчатов доложили об этом открытии в Академии наук, и вскоре в советских журналах появились соответствующие статьи{254}. Курчатов, всегда придававший значение мнению иностранных физиков, послал короткое телеграфное сообщение об открытии в американский журнал «Физикэл Ревью», и оно было опубликовано в номере от 1 июля 1940 г. Флеров и Петржак хотели включить имя Курчатова в число авторов, поскольку это он предложил схему эксперимента и помогал им в анализе его результатов, но Курчатов отклонил это предложение. По-видимому, он опасался, что его молодые сотрудники не получат должного признания, если статья будет подписана и его именем{255}.[60] В Советском Союзе это открытие привлекло большое внимание. Его рассматривали как свидетельство того, что Курчатов и его сотрудники работают теперь на том же уровне, что и ученые ведущих исследовательских центров на Западе. Позднее Флеров говорил: «…Тогда, до войны, в нас очень были сильны приоритетные страсти. Все дрались за первенство»{256}. Американец Уиллард Либби тоже пытался экспериментально обнаружить явление спонтанного деления, но потерпел неудачу. Это сделало успех советских физиков еще более приятным событием.

7 марта 1940 г. Зельдович и Харитон направили в ЖЭТФ свою третью статью, которая была опубликована в мае{257}. В первых двух статьях они исследовали условия для развития цепной реакции в системе бесконечного размера. Теперь они изучали кинетику цепной реакции в условиях, близких к критическим. Цепная реакция будет развиваться только в блоке критических размеров. Ядерная цепная реакция могла бы дать огромное количество энергии, писали они, и сделать возможным «некоторые применения урана»{258}. Поэтому вскоре можно было бы ожидать получения цепной реакции, несмотря на большие трудности, стоящие на этом пути. Но окончательный вывод об использовании деления ядер для получения энергии или для взрывов нельзя сделать, пока не будет понята кинетика цепной реакции. Особенно важно было понять переход от подкритического состояния к надкритическому, потому что этот переход может произойти очень быстро. Зельдович и Харитон писали о том, что расчетное время между поколениями нейтронов в случае медленных нейтронов составляет миллисекунды и десятки микросекунд — для быстрых нейтронов{259}.

Вычисления Зельдовича и Харитона показали, что как только система приближается к критическому состоянию, тепловое расширение урана (которое позволило бы нейтронам покинуть блок урана) и испускание запаздывающих нейтронов способны оказывать решающее влияние на переход в критическое состояние, а это позволило бы гораздо легче регулировать этот переход. «Такие свойства системы (прежде всего регулировка через тепловое расширение) делают экспериментальное исследование и энергетическое использование цепного распада урана безопасным. Взрывное использование цепного распада требует специальных приспособлений для весьма быстрого и глубокого перехода в сверхкритическую область и уменьшения естественной терморегулировки»{260}.

В этой статье говорилось о физических процессах, которые должны оказаться определяющими при конструировании реакторов. Из нее также видно, что Зельдович и Харитон размышляли о цепных реакциях на медленных и быстрых нейтронах и что они предполагали возможность использования внутриядерной энергии как для бомб, так и для получения энергии. Хотя в их статье в явном виде не определялось условие для инициирования мощного ядерного взрыва (значительная сверхкритичность в начальном состоянии и размножение быстрых нейтронов), она, как утверждалось в более поздних комментариях к ней советских ученых, непосредственно указывала на это условие{261}.

II

В 30-е годы физики-ядерщики были истинным примером международного сотрудничества в науке, а драматический прогресс этого десятилетия был основан на открытиях, сделанных учеными в нескольких странах. О получаемых теоретических и экспериментальных результатах очень быстро становилось известно международному сообществу, и открытие, сделанное в одной лаборатории, стимулировало дальнейшие исследования в других. Это очень хорошо видно на примере реакции физиков на открытие деления. Вскоре, однако, ситуация стала меняться, так как ядерная физика начала превращаться из сферы исследований, далекой от практических приложений, в ключевой фактор международных отношений.

Первым человеком, увидевшим, что физики-ядерщики должны принять во внимание возможность применения результатов их исследований в военном деле, был Лео Сцилард, венгерский физик, который в 1933 г. эмигрировал в Англию, спасаясь от нацистов, преследовавших евреев. Сцилард сразу же понял, какое значение может иметь деление ядра, поскольку еще в 1933 г. пришел к идее цепной реакции, открывавшей путь к освобождению энергии атомного ядра. Ему не пришло в голову, что цепная реакция могла быть возможной в уране, не предвидел он и открытия деления. Но он был настолько обеспокоен перспективами, которые были связаны с ядерной цепной реакцией, что получил британский патент, полагая, что тем самым сумеет ограничить возможное использование своей идеи{262}.

В январе 1939 г. Сцилард, который к этому времени жил в Нью-Йорке, предложил Ферми засекретить исследования по делению ядра. Ферми полагал, что возможность использования цепных реакций отдаленна, и отреагировал на замечание Сциларда репликой: «Чепуха!»{263}. Тогда Сцилард написал Фредерику Жолио, чтобы тот высказался в пользу засекречивания исследований. Жолио проигнорировал это предложение и вместе со своими сотрудниками, Хальбаном и Коварским, опубликовал статью, в которой было показано, что при делении атомного ядра испускаются нейтроны{264}.

Сцилард не отказался от своих попыток и в марте убедил Ферми попросить редакцию журнала «Физикэл Ревью» задержать публикацию статьи физиков из Колумбийского университета о числе вторичных нейтронов, приходящихся на каждый акт деления. Побуждаемый Сцилардом, Виктор Вайскопф послал Хальбану телеграмму о том, что эта публикация откладывается, и спрашивал, готовы ли Жолио и его сотрудники сделать то же самое. Жолио отклонил это предложение. 7 апреля, в тот самый день, когда он телеграфировал Сциларду о своем окончательном решении, группа французских физиков послала в «Нэйчер» статью, в которой было подсчитано, что при одном делении испускается от трех до четырех нейтронов{265}.

Эта статья, опубликованная 22 апреля, оказала большое влияние на исследования, проводившиеся повсюду, поскольку в ней было показано, что цепная реакция и в самом деле возможна. Это побудило профессора Дж. П. Томпсона, работавшего в Имперском колледже в Лондоне, обратить внимание английского правительства на возможность создания атомной бомбы и на важность недопущения Германии к урану, которым владела бельгийская компания «Юнион Миньер». Ответственность за решение проблемы урана была возложена на Комитет по научным изысканиям по противовоздушной обороне при Министерстве авиации. Было начато исследование на предмет возможности получения цепной реакции, но особой срочности в проведении этих работ не было, поскольку само создание бомбы представлялось делом будущего. Начавшаяся в сентябре 1939 г. война ограничила дальнейшее развитие исследований, поскольку большинство физиков оказались теперь вовлеченными в другие работы, связанные с обороной{266}.