Рональд Кларк - Рождение бомбы

Обсуждались многочисленные и совершенно различные методы решения проблемы в лабораторных масштабах; и конце лета 1939 г. Фриш лично проделал некоторые эксперименты в Бирмингаме. «Я намеревался проверить теорию Бора, что деление происходит по существу за счет урана-235,— говорит он.— Для этого я соорудил очень простую аппаратуру». Прибор, с помощью которого были сделаны первые в Британии попытки разделить изотопы урана, состоял из двух стеклянных трубок (одна диаметром около дюйма, а другая — около дюйма с четвертью). Внутри первой находился электрический подогреватель. Вторая охлаждалась проточной водой, обтекавшей ее снаружи. «Эксперимент оказался неудачным,— рассказывает Фриш,— стекло просто-напросто перегрелось, и трубка стала искривляться». Потом было проделано много других неудачных экспериментов, далеко нс таких примитивных, как этот, и стоивших не несколько шиллингов, а много тысяч фунтов стерлингов.

Следующие весьма важные попытки разделить два изотопа урана были предприняты в Кларендонской лаборатории (Оксфорд). Большинство ученых этой лаборатории, как и Кавендишской, в начале войны было направлено на радарные установки, расположенные вдоль английского побережья. В Оксфорде оставались четыре человека иностранного происхождения, которые из-за этого не могли участвовать в военных работах. На них легла вся тяжесть проблемы разделения изотопов в первые дни существования «Мауд Комитти».

Наиболее заметным среди них был Франц Симон — выдающийся ученый, единственный офицер британской службы, имевший немецкий боевой железный крест. Симону, берлинцу, происходившему из богатой еврейской семьи, исполнился всего двадцать один год, когда началась первая мировая война. Обязательные годы службы он провел в артиллерии. Симон был одной из первых жертв газовых атак, позднее дважды ранен и впоследствии награжден. В 20-х годах он начал свою научную карьеру физика в области низких температур, карьеру, которая принесла ему в начале 30-х годов профессуру. На Симона, награжденного железным крестом, не распространялось действие многочисленных декретов, ограничивавших доступ евреев на различные посты в германских университетах. В дальнейшем этот доступ вообще был закрыт. В 1933 г. после прихода Гитлера к власти Симон с женой и двумя детьми уехал в Англию. «Германия,— заметил он,— теперь не то место, где можно спокойно воспитывать детей».

Симон прибыл в Кларендонскую лабораторию на одну из стипендий, учрежденных с помощью Линдеманна, возглавлявшего в то время лабораторию и бывшего профессором кафедры экспериментальной физики в университете. Примерно в то же время там появились еще два других ученых на те же стипендии: X. Кун из Германии и Н. Карти, венгр, работавший до этого в Бреслау. В начале войны, в 1939 г., эти три человека оказались в положении вынужденной изоляции от главного течения военных исследований. Четвертым был высокий. с медлительной речью американец Арме, ученый, смотревший со смешанным чувством сожаления и покорности судьбе на то, что он, как иностранец, не был допущен к работе над радаром, на которую откомандировали его английских коллег. Арме, по его собственным словам, в первые недели войны «болтался зря», помогая, где мог, выполнять случайную работу научного характера.

В течение нескольких последних месяцев 1939 г. и первых месяцев 1940 г. Симона навещал не один раз его приятель — проф. Пайерлс. Во время встреч они говорили не только о себе, но и о теоретических возможностях урановой бомбы, поскольку в то время официального проекта не существовало и подобные идеи, по крайней мере технически, не затрагивали еще вопросов государственной безопасности. Всю зиму 1939/40 г. Симона не оставляли мысли о различных вариантах разделения изотопов. Конечно, не совсем правильно утверждать, что первые эксперименты были выполнены с помощью комбинации «сода — вода» и кухонного сита. Но «истина все же находится недалеко от этого», как впоследствии писал Карти в своем некрологе Симону.

Суть этого курьезного вступления в одну из наиболее важных областей ядерной физики XX в., сравнимая лишь с известным рассказом о том, как Ньютон наблюдал за падением яблока в саду, заключается в следующем. Однажды утром Симон появился в Кларендонской лаборатории с простым кухонным ситом, сделанным из металлической сетки. Держа его против света, ученый обратил внимание своих сотрудников на множество мелких дырочек, сказав: «То, что мы ищем, представляет собой нечто подобное, только с гораздо более мелкими отверстиями».

Это уже была идея промышленного использования диффузионного метода разделения изотопов, который в лабораторном масштабе применялся десять лет назад в Берлине проф. Герцем для разделения изотопов неона. Аппаратура, использовавшаяся Герцем, позволяла получать лишь очень небольшие количества изотопов. В те времена вопросы производительности установки и стоимости производства не имели значения. Основной вклад Симона в историю создания бомбы и заключается в реализации громадных возможностей этого метода, а также в проектировании полупромышленной установки.

Принцип действия такой установки прост. Изотоп уран-235 немного легче, чем изотоп уран-238, так как в ядре первого заключено на три нейтрона меньше. Поэтому если уран в какой-либо газообразной форме будет проникать через фильтр с ничтожно малыми отверстиями, то изотоп уран-235 пройдет несколько быстрее, чем более тяжелый изотоп; газ по ту сторону фильтра будет содержать несколько больше урана-235 по сравнению с газом, не прошедшим еще сквозь фильтр. Разница эта мала, и ясно, что необходимо заставлять газ проходить через очень большое количество фильтров, или мембран, как их назвали, чтобы получить ощутимый результат. Это. конечно, не более чем очень упрощенный набросок принципиальной схемы. Трудности обращения с ураном в газообразном виде, точность определения степени обогащения газа ураном-235 на каждой стадии, проектирование аппаратуры, способной давать продукцию в нужных количествах,— все это было только одной стороной дела. Каждая проблема представляла собой техническую задачу, которую можно было бы считать непреодолимой, если бы не требования войны. Следует вспомнить, что в это время «Мауд Комитти» еще не существовал, не было еще официальной поддержки исследований по любому проекту, связанному с бомбой, и решение проверить идею Симона было принято благодаря частной инициативе работников Кларендонской лаборатории.

Первое, что следовало сделать, это испытать сам метод. Испытания показали, как мало знали в то время о газовой диффузии. Никто тогда еще не имел ни малейшего представления о том, какие оптимальные температуры и давления требовались для работы аппаратуры. Никто не знал, какой материал наиболее подходящи для мембран. Кроме того, возникали затруднения при определении размеров отверстий: если бы они были слишком велики, то это повело бы к снижению производительности всей системы разделения; если бы они были чересчур малы, то, очевидно, уменьшили бы скорость процесса.