Биография атома

Корякин Юрий Иванович

В ящиках, которые привозили грузовики, лежали тщательно упакованные бруски какого-то черного материала. Это был графит, тот самый графит, из которого делают грифели для карандашей. Груда пустых ящиков из-под графита росла, и вместе с ней росло необычайное сооружение на площадке теннисного корта. Это был огромный черный куб с длиной граней несколько метров.

Сооружение из графитовых кирпичей назвали «пайл» (по-русски — «груда», «куча»). Действительно, это была

Сборка графитовой кладки первого реактора, сооруженного Энрико Ферми (1942 г.).

груда,

куча сложенных в определенном порядке графитовых кирпичей. В Советском Союзе сооружение такого рода стали называть также «котлом». Слово «котел» хорошо отражает сущность работы этого сооружения. Это действительно котел, в котором «варится» ядерный «суп». В котле в результате сложных ядерных превращений получается новый делящийся элемент — плутоний.

В графитовых кирпичах были высверлены отверстия на строго определенном расстоянии одно от другого, куда помещались бруски урана. Таким образом, графитовый куб был, как батон с изюмом, начинен небольшими брусками урана. И, наконец, еще одна деталь. Сверху вниз через всю графитовую кладку проходило несколько каналов — всего несколько штук. В каналах располагались стержни, сделанные из кадмия.

Вот и все. Не правда ли, простое сооружение для осуществления цепной реакции? Но скольким поколениям ученых пришлось трудиться для того, чтобы своими открытиями подготовить возможность создания вот такого, в сущности, совсем несложного сооружения, которое выросло под трибунами чикагского стадиона к концу 1942 г.

«Итальянский мореплаватель добрался до Нового Света...»

Ученые-эмигранты спешили. В Европе, Африке, Азии бушевала война. Гитлеровские армии рвались к Сталинграду, японские армии оккупировали многие страны восточной Азии. 1942 год был годом наибольших успехов германо-итальянско-японской военщины. Нельзя было терять ни минуты. Работы по сооружению первого в мире ядерного реактора велись день и ночь.

Наконец наступило 2 декабря 1942 г. В ночь на это число ученые под руководством Ферми работали, не отдыхая ни одной минуты. Все устали. Однако, когда подошло время завтрака, никто не решился напомнить об этом: слишком велико было нетерпение увидеть результаты своего напряженного труда.

Но нужна была разрядка. Очень опасен и ответствен эксперимент, который будет произведен днем. И хотя в который раз проверены расчеты, говорившие, что цепная реакция в котле будет замедленной, что она не будет носить взрывного характера, на душе у Энрико Ферми было неспокойно. А вдруг ошибка в расчетах? Тогда случится непоправимое. Стадион расположен в самом центре города. Сотни тысяч людей живут в непосредственной близости к стадиону. Цепная реакция, вышедшая из-под контроля ученых, уничтожит город с многомиллионным населением! Нет, нельзя злоупотреблять энтузиазмом ученых. Нужно дать людям отдохнуть, еще и еще раз все взвесить и обдумать. Осторожность и еще раз осторожность. И Ферми произносит свою знаменитую фразу: «Идемте-ка завтракать!»

Наконец все снова заняли свои места. Ферми, как адмирал, командовал с самого высокого места. Его так и прозвали «адмиралом». Кадмиевые стержни начали медленно, очень медленно извлекать из котла. И все следили за приборами. Вот извлечены уже все стержни, кроме одного. Приборы пока ничего не показывают. Напряжение нарастало. Начали извлечение последнего стержня. Взгляды всех прикованы к приборам. Еще дюйм, еще. И вдруг чуть заметно дрогнула стрелка прибора. Послышалось щелканье счетчиков. Еще немного поднят стержень. Стрелки приборов отклонились сильнее, счетчики нейтронов защелкали часто и быстро. Теперь звук их работы напоминал непрерывную пулеметную очередь. Последний из стержней поднят еще немного. Счетчики нейтронов защелкали, как одержимые. Они словно захлебывались от огромного количества нейтронов, они не успевали

их считать! Цепная реакция началась. Счастливые и возбужденные участники этого эксперимента поздравляли друг друга.

Один из помощников Энрико Ферми подходит к телефону и сообщает начальству о результатах заранее условленной фразой: «Итальянский мореплаватель добрался до Нового Света!» Это означало, что Ферми, итальянский эмигрант, бежавший от фашистов, добился своего. Он осуществил первую в мире цепную реакцию деления ядер урана. Это случилось в 15 часов 30 минут 2 декабря 1942 г.

Как же он работает?

Итак, впервые в мире цепная реакция осуществлена. Но предназначалась она не для того, чтобы стать новым, невиданным источником энергии для человечества. Нет, не для этого. Она предназначалась для получения смертоносного плутония для атомной бомбы.

Как происходило образование плутония при цепной реакции? Мы уже знаем, что уран-238 обладает значительно меньшей способностью поглощать медленные нейтроны. Кроме того, при поглощении таких нейтронов он не делится, а через некоторое время превращается в плутоний.

Эти особенности поведения изотопов урана и решил использовать Ферми. В ядерном реакторе, который он создавал, каждый изотоп урана должен был выполнять свою роль. Уран-235 хорошо делится и дает новые нейтроны. Пусть он и будет источником нейтронов для цепной реакции. Уран-238 поглощает нейтроны, которые дает уран-235, и превращается в плутоний. Он и будет сырьем для получения плутония. Нужно только каждому изотопу создать соответствующие условия, чтобы он получше выполнял свою роль. Такие условия и создавались в ядерном реакторе, сооружаемом под трибунами чикагского стадиона.

Освобождающиеся при делении ядер урана-235 нейтроны имеют очень большую энергию. С такой энергией они плохо поглощаются другими ядрами урана-235. Значит, нужно эти нейтроны замедлить. А как замедлить? Вот тут-то и пригодилось открытие, сделанное Ферми восемь лет назад в бассейне с золотыми рыбками. Ведь тогда Ферми обосновал теорию замедления нейтронов на ядрах легких элементов. Одним из таких легких элементов является графит. Ядра атомов графита хорошо замедляют нейтроны. Кроме того, что очень важно, они почти не поглощают замедленные нейтроны. Значит, потерь их почти не будет.

Энрико Ферми у пульта управления реактора

И по мере того как Ферми со своими сотрудниками работал над проектом ядерного реактора, все четче и определеннее вырисовывалась его конструкция. Уран нужно брать в виде небольших цилиндриков, которые следует расположить в массе графита на строго определенном расстоянии один от другого. Это расстояние выбиралось таким образом, чтобы количество графита, находящегося между цилиндриками урана, было достаточно для замедления нейтронов до энергии, при которой происходит интенсивное поглощение нейтронов ядрами урана-235. Эти ядра при делении дадут новые нейтроны, которые опять замедлятся на графите, окружающем кусок урана. Они снова поглотятся ядрами урана-235 и опять дадут новые нейтроны. Так осуществится цепная реакция.

Но часть нейтронов поглощается и ядрами урана-238. Такие ядра будут превращаться в плутоний. После того как в уране накопится достаточно много ядер плутония, уран можно извлечь из реактора и заменить его свежим. Извлеченный из реактора уран отправляется на химическую переработку с целью выделения из него нового делящегося материала—плутония. Плутоний имеет химические свойства, отличные от химических свойств урана, и поэтому отделить его химическими способами от урана не так уж трудно.

Это и был второй путь, который избрал Ферми для получения материала для атомной бомбы.