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

В институте Иоффе открытие деления атомного ядра также привело всех в волнение. Первая советская работа по делению ядра была сделана Яковом Френкелем, который использовал капельную модель ядра для теоретического объяснения деления ядер через понятие устойчивости тяжелых ядер. Он рассказал об этой работе на ядерном семинаре Курчатова, и вскоре его статья была опубликована в одном из советских журналов {230} 230 Френкель Я.И. Электрокапиллярная теория расщепления тяжелых ядер медленными нейтронами// ЖЭТФ. 1939. Т. 9, № 6. С. 641–653. См. также: Игонин В.В. Атом в СССР. С. 388–395. .

Высвобождаются или нет свободные нейтроны в процессе деления, и если высвобождаются, то в каком количестве, — таков был первый вопрос, за решение которого взялась лаборатория Курчатова. Это был ключевой вопрос, потому что только в случае высвобождения более одного нейтрона окажется возможной самоподдерживающаяся цепная реакция. Данную проблему одновременно исследовали несколько групп ученых в Европе и Соединенных Штатах. Георгий Флеров и Лев Русинов пришли к выводу, что на одно деление приходится от одного до трех таких нейтронов. Они сделали первое сообщение об этом на семинаре Курчатова 10 апреля 1939 г., т. е. в тот же день, когда на нем выступил Френкель. К этому времени, однако, Жолио и два его сотрудника, Ганс фон Хальбан и Лев Коварский, уже опубликовали статью, в которой утверждали, что в процессе деления испускаются вторичные нейтроны, а 22 апреля они сообщили, что среднее число этих нейтронов на одно деление составляет три с половиной {231} 231 См.: Русинов Л. И., Флеров Г.Н. Опыты по делению урана// Изв. АН СССР. Сер. физ. 1940. № 2. С. 310–314; Гринберг А. П., Френкель B. Я. Игорь Васильевич Курчатов в Физико-техническом институте. Л.: Наука, 1984. С. 97–99; Володин Б. Повесть об Игоре Васильевиче Курчатове// Пути в незнаемое: Сб. 16. М.: Сов. писатель, 1982. С. 93–97. О работе французов см.: Weart S. R. Scientists in Power. P. 83–86. . [51] Эти измерения были неправильными. Правильное значение равно 2,5.

Как только эти эксперименты были завершены, Курчатов решил проверить гипотезу, согласно которой медленные нейтроны вызывают деление только редкого изотопа урана — урана-235 {232} 232 См.: Флеров Г.Н. Всему мы можем поучиться у Курчатова. С. 64. . Медленные нейтроны приводили к процессу деления с гораздо большей вероятностью, чем быстрые, и в начале февраля Бор пришел к заключению, что медленными нейтронами делится уран-235, а не основной изотоп природного урана — уран-238. Он опубликовал заметку об этом эффекте в номере журнала «Физикэл Ревью» от 15 марта {233} 233 См.: Pais A. Niels Bohr's Times. Oxford: Clarendon Press, 1991. P. 456–457. Rhodes R. The Making of the Atomic Bomb. N. Y.: Simon and Schuster. 1986. P. 282–287. В этой книге хорошо показано зарождение гипотезы Бора. . Это было очень важное заключение, потому что изотоп урана-235 составляет 0,7 природного урана. Бор, как и все, думал, что будет необычайно трудно выделить уран-235, и поэтому он очень скептически оценивал возможность практического использования атомной энергии. В марте он сказал своим коллегам, что «стране необходимо будет приложить все свои усилия для изготовления бомбы» {234} 234 См.: Bernstein B. Introduction// Leo Szilard: His Version of the Facts/ Ed. S. R. Weart, G. Szilard Weiss. Cambridge, Mass.: MIT Press. 1979. P. xxix. . Многие физики не были согласны с гипотезой Бора, по которой нейтронами делится только уран-235, но решающие эксперименты не могли быть выполнены до тех пор, пока в руках экспериментаторов не окажется обогащенный легким изотопом-235 образец урана. Тем не менее Курчатов предложил Русинову и Флерову исследовать этот вопрос. Они пришли к выводу, что Бор был прав, и доложили об этом на семинаре 16 июня 1939 г. {235} 235 См.: Русинов Л. И., Флеров Г. Н. Опыты по делению урана. С. 310–314; Гринберг А. П. , Френкель В.Я. Игорь Васильевич Курчатов… С. 99; Игонин В.В. Атом в СССР.С. 414–416. , [52] Русинов и Флеров на самом деле не предполагали дать экспериментальное подтверждение сделанному Бором заключению. Их опыт, скорее, показал, что резонансные нейтроны (т. е. нейтроны с энергией, превышающей тепловую) не вызывают деления урана-238. Они утверждали, что вряд ли осуществимо деление урана-238 тепловыми нейтронами, если этого не делают нейтроны высоких энергий, так что деление тепловыми нейтронами происходит с ядрами урана-235 (см. письмо Р. Пайерлса к автору от 10 октября 1968 г.).

Советские ученые задавались теми же вопросами, что и их западные коллеги, и то, что было сделано на Западе, находило у них живой отклик. Но их исследования оказывали лишь небольшое влияние на работы, которые велись за пределами Советского Союза. Работа, выполненная в 1939 г. в лаборатории Курчатова, не была опубликована вплоть до 1940 г. К этому времени она утратила то значение, которое могла бы иметь. Трудно было быть первыми в получении важных результатов, когда ученые в других центрах продвигались в своих исследованиях столь быстро. Проблема усложнялась еще и тем, что, прежде чем иностранные журналы становились доступными для советских ученых, проходило несколько недель {236} 236 См. комментарии Вернадского о запаздывании журналов в его дневнике, запись от 24 августа 1940 г. (АРАН. 518–2-20. С. 15). .

Самая важная теоретическая работа, выполненная в этот период в Советском Союзе, принадлежала Юлию Харитону и Якову Зельдовичу. В ней определялись условия, при которых может произойти ядерная цепная реакция. Статьи, опубликованные этими двумя учеными в 1939–1941 гг., предопределили ту ключевую роль, которую позднее им предстояло сыграть в развитии советского ядерного оружия. Харитон родился в 1904 г. в Санкт-Петербурге. Его отец был петербургским журналистом, а после революции — директором Дома писателей, важного центра литературной жизни. В 1921 г., когда Юлий Харитон был всего лишь студентом второго курса Политехнического института, Семенов пригласил его к себе на работу в институт Иоффе. В 1925 г. Харитон и Зинаида Вальта провели опыты по окислению паров фосфора при низких давлениях. Они обнаружили, что при давлении кислорода ниже некоторого критического значения окисления не происходит. Когда Харитон и Вальта опубликовали свои результаты, немецкий химик Макс Боденштейн написал, что их результат невозможен и, должно быть, является следствием ошибки в эксперименте. Дальнейшие опыты Семенова подтвердили результаты, полученные Харитоном и Вальта, и положили начало работе по цепным реакциям, за которую в 1956 г. Семенов получил Нобелевскую премию по химии {237} 237 См.: Харитон Ю. Б., Вальта 3. Ф. Окисление паров фосфора при малых давлениях// Вопросы современной экспериментальной и теоретической физики; Харитон Ю. Б.// Там же. С. 9–16, 28–32. .

В 1926 г. Харитон отправился в Кембридж, где он по рекомендации Капицы был принят на работу в Кавендишскую лабораторию. Здесь он работал под руководством Эрнста Резерфорда и Джеймса Чедвика, выполняя исследования по чувствительности глаза к слабым импульсам света и по альфа-излучению {238} 238 См.: Александров А.П. и др. Юлий Борисович Харитон// Вопросы современной экспериментальной и теоретической физики. С. 5–8. Диссертация Харитона называлась «О подсчете числа сцинтилляций, возникающих от альфа-частиц». См.: Физики о себе/ Под ред. В.Я. Френкеля. Л.: Наука, 1990. С. 437. . Когда в 1928 г. Харитон вернулся в Ленинград, уже будучи доктором наук Кембриджского университета, он стал заведующим новой лабораторией, в которой изучались взрывчатые вещества. По пути в Советский Союз он останавливался в Германии, где в то время жила его мать. Много лет спустя он говорил, что этот визит убедил его в том, что политическая ситуация в Германии является угрожающей и что он должен заняться работой, которая была бы полезной для обороны страны {239} 239 См.: Харитон Ю.Б. Физика — jto моя жизнь// Правда. 1984. 20 февр. . Лаборатория Харитона стала частью нового Института химической физики, который в 1931 г. выделился из института Иоффе {240} 240 О работах Харитоиа в этой области см.: Зельдович Я.Б. Юлий Борисович Харитон и паука о взрыве// Вопросы современной экспериментальной и теоретической физики. С. 32–37. .