Рональд Кларк - Рождение бомбы

Еще до опубликования сообщения Гана, как уже говорилось, часть загадки была разгадана Лизой Мейтнер и ее племянником Отто Фришем, молодым венцем, покинувшим Австрию задолго до аншлюсса и зимой 1938 г. работавшим в Институте теоретической физики под руководством Нильса Бора.

Перед рождеством Отто Фриш пересек Каттегат и остановился у своей тетушки в окрестностях Готтенбурга, где она проводила свое первое рождество в изгнании. Именно здесь несколькими днями позже Мейтнер получила письмо от Гана, в котором он писал о завершении экспериментов, начатых ими вместе много месяцев назад. Ган, будучи химиком, установил твердо, что в результате бомбардировки урана нейтронами образуется барий. Мейтнер, как физик, должна была объяснить явно необъяснимый процесс. Она смогла это сделать, рассматривая с Фришем проблему и обсуждая обстоятельства, из которых, казалось, вытекала мысль о несомненном расщеплении тяжелого атомного ядра. Поскольку 56 протонов атома урана образовали ядро атома бария, то остальные тридцать шесть должны образовывать ядро атома инертного газа — криптона. Позднее это подтвердилось.

«В конце концов,— рассказывал Фриш о том, как он и его тетушка нашли нужное объяснение,— мы начали обсуждать значение результатов Гана, постепенно осознавая, что расщепление ядра урана на две почти равные части было процессом, настолько отличным от эмиссии ядер гелия, что его следовало объяснять совершенно другим путем. Картина, не похожая на ту, которая характерна для «частицы», прорывающейся сквозь потенциальный барьер, скорее походила на постепенную деформацию исходного ядра урана — его удлинение, образование сужения и наконец деление на две части. Поразительное сходство этой картины с процессом деления, с помощью которого размножаются бактерии, заставило нас в первой нашей публикации использовать выражение «ядерное деление».

Эта публикация, озаглавленная «Деление урана с помощью нейтронов: новый тип ядерной реакции», появилась в журнале «Нэйчур» 11 февраля 1939 г. и была снабжена объяснением фактов, отмеченных Ганом. Данная работа, по словам Эйнштейна, была решающим шагом по направлению к бомбе и даже более важным, чем работа самого Гана. «Я не считаю себя отцом атомной энергии,— писал позднее Эйнштейн в книге «Из моих последних лет».— Мое участие было весьма косвенным. В действительности я не верил, что она будет высвобождена в мое время. Такая возможность мне казалась теоретической... Это было открыто Ганом в Берлине, но сам он неправильно истолковал свое открытие. Правильно объяснила именно Лиза Мейтнер...»

Но пока что это была просто теория. Фриш спешил сделать больше. Вскоре после рождества он возвратился в Копенгаген и здесь в Институте теоретической физики воспроизвел в расширенном виде эксперименты Гана с целью проверки теории ядерного деления. Материалы этих экспериментов были опубликованы в «Нэйчур» 18 февраля: они подтвердили несомненную важность открытия Гана и послужили стимулом к вспышке исследований, подобных тем, которые уже были начаты в Соединенных Штатах.

Эксперименты в Соединенных Штатах и приданная им широкая гласность были связаны с именем Нильса Бора, главой Копенгагенского института теоретической физики, где работал Фриш. Уже к 1939 г. Бор, достигший тогда 54 лет, сделался как бы отцом ядерной физики, заняв место Резерфорда, умершего за два года до этого. После рождества, проведенного в Копенгагене, ученый услыхал от своего помощника об экспериментах Гана (статья о них еще не была напечатана) и о теории ядерного деления, развитой Фришем и Лизой Мейтнер. Вскоре он выехал из Копенгагена в Соединенные Штаты, где ему предстояло выступить в конце января перед Американским физическим обществом.

Таким образом, Бор находился в Соединенных Штатах, когда было опубликовано сообщение об открытии Гана. Располагая теперь новыми теоретическими объяснениями этого открытия, ученый 26 января выступил на 5-й Вашингтонской конференции по теоретической физике. Энрико Ферми в Колумбийском университете уже повторил эксперимент Гана, проведя его спустя несколько дней после опубликования статьи в «Натурвиссеншафтен». И все же никто в Соединенных Штатах еще до конца не понимал значения этого нового явления, хотя объяснения Бора были приняты с большим интересом, а некоторые экспериментаторы немедленно бросились в свои лаборатории (кое-кто сделал это еще до того, как Бор кончил говорить).

Конференция закрылась через два дня, но за это время еще не менее трех лабораторий в Соединенных Штатах — Института Карнеги в Вашингтоне, Университета Джона Гопкинса и Калифорнийского университета — повторили эксперимент Гана и расщепили атомное ядро.

Но и при таком положении вещей значение нового открытия могло остаться чисто академическим, не будь у него двух особенностей. Первая — необычайно большое количество энергии, выделяемой в этом частном виде ядерного превращения. Как объясняет Фриш, «два ядра разлетались с энергией почти 200 миллионов электронвольт, превышая более чем в десять раз энергию любой другой ядерной реакции». Вторая особенность заключалась в том, что если бы сложить вместе массы двух осколков деления, то суммарное количество было бы меньше, чем масса исходного ядра урана, так как часть вещества преобразовалась в энергию (по закону Эйнштейна энергия равняется массе, умноженной на квадрат скорости света). Следовательно, при незначительной потере массы выделяется огромная энергия.

Открытие возможности получения такого большого количества энергии в процессе ядерного превращения представляет собой революцию в физике, правда, ее «завоевания» оставались бы ограниченными лабораторными рамками, не будь еще одного обстоятельства, которое уже теперь начало беспокоить умы физиков-ядерщиков во всем мире.

Процесс деления был понятен пока лишь в общих чертах, однако вскоре возникло предположение, что так как два новых ядра были, по словам Фриша, «рождены сильно деформированными и, следовательно, находились в возбужденном состоянии», то они могли выбрасывать один или два нейтрона.

Но первое деление и было вызвано ударом именно нейтрона. Отсюда следовал вывод, что получение новых нейтронов можно использовать для дальнейшего деления, т. е. начать цепную реакцию. Цепная реакция могла постепенно затухнуть или при определенных условиях продолжаться до тех пор, пока весь наличный уран не превратится в другие вещества. Если бы это действительно удалось осуществить, то энергия, выделенная в результате многомиллионкратного деления, была бы колоссальной — безмерно больше выделяемой сравнимыми количествами химических веществ.