Тайная история атомной бомбы

Бэгготт Джим

Бор решил не терять времени. Физика деления, как и любое другое новое направление в науке, несомненно, предоставляла неохватное поле для деятельности. И, поскольку в Принстоне работать можно было с не меньшим успехом, чем в Копенгагене, Бор обратился к Уилеру с предложением сотрудничества. Они занялись дальнейшей разработкой теории деления ядер, опираясь на новые экспериментальные данные. Эксперименты они проводили с аппаратом, собранным на скорую руку тут же, в Принстоне, на чердаке Палме- ровской лаборатории. Полученные результаты были поначалу весьма озадачивающими.

Упомянутый выше аппарат нужен был, чтобы изучить изменения в интенсивности деления ядра урана под воздействием нейтронов, несущих каждый раз различные объемы энергии [10] .

Было установлено, что чем больше эта энергия, тем интенсивнее происходит деление, а с ее уменьшением интенсивность деления, соответственно, также снижается. Такие данные были вполне ожидаемы. Однако вскоре выяснилось, что при достаточном уменьшении энергии нейтронов интенсивность деления ядра снова возрастает.

10

В обычной практике первоочередной интерес для физиков представляет измерение некоей величины, называемой поперечным эффективным сечением реакции и измеряемой в квадратных сантиметрах. Условно данное понятие обозначает величину гипотетического «окна», в котором может произойти реакция. Чем больше это окно, тем выше вероятность реакции, а также ее скорость. Эта упрощенная картина станет более запутанной, когда мы дойдем до волновой природы субатомных частиц. Поэтому во избежание сложностей в изложении я сведу описание данного вопроса просто к скорости протекания ядерной реакции.

Плачек, который ранее заставил работавшего в Копенгагене Фриша искать достоверное подтверждение ядерно- го расщепления, весьма неожиданно оказался в Принстоне. «Что это еще за чертовщина: почему отклик одинаковый и на быстрое и на медленное воздействие?!» — возмущался он, сидя за завтраком вместе с Розенфельдом и Бором.

Возвращаясь вскоре в свой кабинет, Нильс Бор уже знал ответ на этот вопрос. Судя по всему, причина высокой интенсивности деления ядра при малой энергии воздействующих нейтронов — редкий изотоп уран-235 (235U), который составляет ничтожно малый процент от общего количества этого элемента, встречающегося в природе. Бор и Уилер приступили теперь к детальной разработке данной гипотезы. И в новой теории были установлены два основополагающих фактора.

В изотопе 235U баланс между отталкивающей силой протонов в ядре атома и силой поверхностного натяжения, удерживающей ядро от распада, гораздо более хрупкий, чем в изотопе 238U. Три дополнительных нейтрона урана-238 стабилизируют ядро и увеличивают энергетический барьер, который необходимо преодолеть, чтобы запустить реакцию распада. Следовательно, для расщепления такого ядра необходимы более быстрые нейтроны с большей энергией.

Вторым из упомянутых факторов стал непосредственно сложный состав ядра. Для него более благоприятно равное число протонов и нейтронов, что объясняется квантовой природой их субатомных составляющих. Приняв дополнительный нейтрон, 235U превращается в 236U, в ядре которого 92 протона и 144 нейтрона, то есть четное число обоих нуклонов. Когда 238U принимает добавочный нейтрон, то образуется изотоп 239U с нечетным числом нейтронов в ядре. Уран-235 «ассимилирует» дополнительный нейтрон и вступает с ним в реакцию намного проще, чем уран-238.

Совокупность двух вышеописанных факторов в достаточной степени объясняет существенное различие в поведении двух изотопов урана. Для расщепления устойчивого ядра 238U требуются быстрые нейтроны, а гораздо менее стабильное ядро 235U разделить можно медленными. Таким образом, если изготовить бомбу, состоящую из смеси 235U и 238U, действие которой будет основано на расщеплении урана-235 под воздействием медленных нейтронов, то и цепная реакция в ней будет происходить медленно. Затем она затухнет, а бомба так и не взорвется.

Теперь шансы на создание бомбы в ближайшем будущем хотя и не исчезли совсем, но значительно снизились. Конечно, нельзя забывать и о словах Бора, неоднократно повторяемых им в ходе дискуссий с коллегами в апреле 1939 года: тогда он заявил, что изготовить бомбу можно при условии, что она будет сделана на основе чистого

урана-235. Однако 235U — редкий изотоп и его доля по отношению к природному урану составляет 1:140, то есть ничтожные 0,7 %. К тому же 235U и 238U по химическим свойствам идентичны, и поэтому с помощью химической реакции их разделить нельзя. Это возможно только с применением специальных физических методов, позволяющих отделить изотопы друг от друга, используя практически незаметную разницу в их массе. При этом подобные работы в масштабах, необходимых для создания атомной бомбы, требовали неоправданно больших усилий — на тогдашнем уровне разработок для нее требовалось несколько тонн урана-235.

«Да, бомбу создать мы, конечно, сможем, — сказал тогда Бор, — но нам потребуется помощь всей страны».

Венгерский заговор

Новый источник энергии — атом — и невероятную силу, которую можно высвободить при его расщеплении, окончательно признали. При любых обстоятельствах интерес к подобному открытию начали бы проявлять не только ученые, но еще и военные, а также представители деловых кругов. В нашем случае обстоятельства были весьма серьезными. Прошло всего несколько месяцев с того дня, когда Фриш и Мейтнер, сидя на бревне в лесу около Кунгэльва и записывая на клочке бумаги свои поспешные вычисления, сделали прославившее их открытие. Однако этого времени было достаточно для появления новой отрасли физики, которая развивалась одновременно с подготовкой к началу войны в Европе, становившейся все более очевидной.

19 марта французские исследователи Фредерик Жолио- Кюри, Ханс фон Хальбан и Лев Коварски [11] опубликовали в журнале Nature обобщающую статью, в которой привели все материалы, доказывающие возможность цепной реакции ядер урана. В том же издании 22 апреля они опубликовали свой следующий материал, в котором сообщалось о точном числе свободных нейтронов, выделяемых на каждом этапе цепной реакции [12] . Эти две публикации вызвали множество отзывов в массовой прессе, испуганно заголосившей о «супербомбе», которая будет вот-вот создана. В правительственных кругах также начала прослеживаться лихорадочная активность.

11

Ханс фон Хальбан — гражданин Франции, но потомок австрийских евреев. Лев Коварски получил право гражданства Франции, сам же он имеет русско- польские корни.

12

В статье говорилось, что при каждом цикле распада ядра урана выделяется примерно 3,5 свободных нейтрона. Впоследствии это число уменьшили до 2,5.

На созванной в спешном порядке конференции, состоявшейся 29 апреля 1939 года, Абрахам Эзау, глава Имперского бюро стандартов и руководитель Специального отдела физики Имперского исследовательского совета, выступил с рекомендацией создать под его началом исследовательскую организацию, которая будет заниматься накоплением знаний об использовании урана. Он собрал группу из ведущих немецких специалистов-ядерщиков, назвав ее Uranverein (с немецкого — «Урановое общество»). Главной целью ее создания Эзау объявил раскрытие всего потенциала энергии атома и потребовал передать в распоряжение группы все имеющиеся на территории Германии запасы урана, а также категорически запретить его вывоз из страны.

24 апреля, за несколько дней до начала конференции, молодой физик из Гамбурга Пауль Гартек и его ассистент Вильгельм Грот обратились с письмом в Имперское военное министерство, призывая его руководство обратить внимание на последние открытия в области ядерной физики. В письме говорилось следующее:

Мы хотели бы привлечь ваше внимание к недавним событиям в ядерной физике, которые, по нашему мнению, делают возможным создание нового взрывчатого вещества, многократно превосходящего обычную взрывчатку по своим разрушительным свойствам… Страна, первой поставившая себе