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

Зельдович был на десять лет моложе Харитона. Он тоже родился в высокообразованной еврейской семье: его отец был юристом, а мать изучала языки в Сорбонне. Во время посещения института Иоффе семнадцатилетний Зельдович задал несколько вопросов, которые произвели очень благоприятное впечатление на одного из заведующих лабораторией. В результате Зельдович был приглашен туда на работу {241} 241 См.: Коновалов Б. Яков Борисович Зельдович// Счастье творческих побед. М.: Политиздат, 1979. С. 84–96. . К тому времени, когда все было окончательно устроено, эта лаборатория стала частью Института химической физики.

Летом 1939 г. в автобусе по пути в Лесное Зельдович узнал от одного физика о статье, в которой французский физик Франсис Перрен пытался определить величину критической массы урана, необходимой для возникновения в ней цепной реакции [53] Перрен опубликовал свою работу в мае 1939 г. (см.: Growing M. Britain and Atomic Energy… P. 28). . Эта работа заинтересовала Зельдовича, и он рассказал Харитону о расчетах, выполненных Перреном. Вместе они проштудировали статью Перрена, но его анализ не показался им убедительным, и они решили, что сами исследуют эту проблему {242} 242 См.: Коновалов Б. Яков Борисович Зельдович. С. 89. . Заниматься этой темой представлялось для них естественным, поскольку изучение цепных реакций было основным предметом исследований в институте Семенова.

Поначалу Зельдович и Харитон работали над этой проблемой ядерной физики по вечерам, но вскоре поняли, что задача настолько велика, что ее решению они должны посвятить все свое время. Они стали участвовать в работе Курчатовского семинара, на котором вскоре ознакомились с новейшими исследованиями в области ядерной физики. В октябре 1939 г. они направили в ЖЭТФ («Журнал экспериментальной и теоретической физики») две свои работы. В первой из них рассматривалась возможность развития цепной реакции, возникающей в уране-238 под воздействием быстрых нейтронов {243} 243 См.: Зельдович Я. Б., Харитон Ю.Б. К вопросу о цепном распаде основного изотопа урана// ЖЭТФ. 1939. Т. 9, № 12. С. 1425–1427. . Бор утверждал, что уран-238 не делится медленными нейтронами; если бы цепная реакция на быстрых нейтронах имела место, то нейтроны, испускаемые при делении, вызвали бы последующее деление еще до их замедления. Зельдович и Харитон теоретически определили условия, при которых цепная реакция могла бы иметь место, и сделали заключение, основанное на имеющихся экспериментальных данных, что требуемые условия не могут осуществиться в уране-238, будь то окись урана или чистый металлический уран [54] В основной части статьи авторы заявляют, что цепная реакция могла бы пойти в чистом уране, а не в окиси урана. В примечании, добавленном к статье, когда она уже была в печати, они заметили, ссылаясь на работу Бора и Уилера, что в чистом уране реакция не пойдет (см.: Зельдович Я. Б., Харитон Ю.Б. К вопросу о цепном распаде… С. 427). .

В своей второй статье Зельдович и Харитон исследовали возможность цепной реакции на медленных нейтронах в природном уране {244} 244 См.: Зельдович Я. Б., Харитон Ю.Б. О цепном распаде урана под действием медленных нейтронов// ЖЭТФ. 1940. Т 10, № 1С. 29–36. . Опыты, проведенные Ферми совместно с Лео Сцилардом и Гербертом Андерсоном в Колумбийском университете в Нью-Йорке и Жолио и его сотрудниками в Париже, показали, что на возможность цепной реакции в природном уране существенным образом влияет резонансное поглощение нейтронов в уране-238 до того, как они замедлятся и смогут вызвать деление урана-235. Ферми с сотрудниками провели свои опыты с ураном, помещенным в бак с водой. Они пришли к выводу, что «даже при оптимальной концентрации водорода остается крайне неопределенным, превзойдет ли выход нейтронов их полное резонансное поглощение» {245} 245 Segre E. Enrico Fermi: Physicist. Chicago: University of Chicago Press, 1970. P. 112; Rhodes R. The Making… P.298–301; WeartS. R. Scientists in Power. P. 111–112. . Иными словами, не было ясно, сможет ли водород существенно замедлить нейтроны таким образом, чтобы избежать резонансного захвата и тем самым сделать возможной цепную реакцию.

Зельдович и Харитон по-другому интерпретировали результаты, полученные Жолио и Ферми, основываясь на своей собственной теории, трактующей условия, необходимые для возникновения цепной реакции, и сделали вывод о том, что она не будет возможной в системе уран — вода. Зельдович и Харитон писали о том, что для осуществления цепной реакции «необходимо для замедления нейтронов применять тяжелый водород или, быть может, тяжелую воду, или какое-нибудь другое вещество, обеспечивающее достаточно малое сечение захвата… Другая возможность заключается в обогащении урана изотопом 235». Если содержание урана-235 в природном уране будет повышено с 0,7 до 1,3%, то, по их расчетам, в качестве замедлителя могли бы быть использованы вода или водород {246} 246 Зельдович Я. Б., Харитон Ю. Б. О ценном распаде… С. 36. . [55] В статье дается «формула четырех сомножителей» для цепных реакций. Эта формула была получена независимо несколькими группами исследователей в 1939 и 1940 гг., но Зельдович и Харитон вывели се одними из первых. Статья была получена журналом 22 октября 1939 г. и опубликована в первом его выпуске за 1940 г. Группа Жолио вывела примерно ту же самую формулу в том же месяце, но не опубликовала се из-за начавшейся войны. 30 октября они поместили статью в запечатанном конверте на хранение в архив Академии наук. См.: Weart S. Secrecy, Simultaneous Discovery, and the Theory of Nuclear Reactors// Amer. Jn. of Physics. 1977. № 11. P. 1052–1055.

На 4-й Всесоюзной конференции по физике ядра, состоявшейся в ноябре 1939 г. в Харькове, Харитон доложил о работе, выполненной им совместно с Зельдовичем. Из его доклада следовало, что «из этих расчетов, которые на первый взгляд приводят к пессимистическим выводам, видно, однако, по какому пути можно идти для осуществления цепной реакции. Достаточно повысить в уране концентрацию изотопа 235, чтобы реакция оказалась возможной. Если, с другой стороны, в качестве замедлителя вместо водорода использовать дейтерий, то поглощения в замедлителе практически не будет, и реакция, очевидно, также будет осуществима. Оба пути кажутся сейчас довольно фантастическими, если вспомнить, что для осуществления реакции необходимы тонны урана. Однако принципиально возможность использования внутриядерной энергии открыта» {247} 247 Цит. но: Франк-Каменецкий Г. X. О некоторых вопросах физики атомного ядра// Природа. 1940. №5. С. 28. . На конференции возникла дискуссия об использовании деления ядра в качестве источника энергии или для взрывов, но никто из ее участников не считал, что это дело близкого будущего {248} 248 См. доклад И.Н. Головина «The First Steps in the Atomic Problem in the USSR», представленный на конференцию «Fifty Years With Nuclear Fission» (Washington, DC April 1989. P. 5). .