Истории о «ненужных» открытиях - Виктор Давыдович Пекелис

Наконец был найден ответ на давний вопрос: где найти «спичку», чтобы «поджечь» атом? «Спичкой» могла стать самоподдерживающая ядерная реакция, при которой нейтроны, как бы бегущие по цепочке, не давали затихнуть процессу ядерных превращений. Она была похожа на цепные реакции горения, открытые еще в 1922 году советским ученым Н. Н. Семеновым, получившим звание нобелевского лауреата.

Здесь уместно будет напомнить, что советская школа физиков в «беге па стартовой дорожке исследований» занимала достойное место.

Работами советского ученого Д. Д. Иваненко и немецкого физика В. Гейзенберга еще в 1932 году была обоснована и доказана современная теория атомного ядра, вывод из которой немаловажен: он гласил, что нейтроны входят в состав ядра атома (поэтому-то они и могли выделяться при его бомбардировке).

В Ленинградском физико-техническом институте группа ученых во главе с доктором физико-математических наук И. В. Курчатовым открыла явление ядерной изомерии, после которого изучение ядерных изомеров стало темой работы физических лабораторий многих стран. Ленинградцы доказывали, что изомеры – «это ядра с одним и тем же зарядом и одним и тем же массовым числом, но разной структурой». Только физики, работающие на переднем крае науки, могли сделать подобное открытие. Поэтому незамедлительный ответ советских физиков на открытие ядерного деления не вызвал пи у кого удивления.

В январском номере «Журнала экспериментальной и теоретической физики» за 1940 год была напечатана статья молодых ученых Я. Б. Зельдовича и Ю. Б. Харитона «О цепном распаде урана под действием медленных нейтронов», а через несколько месяцев – «Кинетика цепного распада урана».

Если Жолио-Кюри не сомневался, что нейтроны способны вызвать цепную реакцию, то он никак не мог объяснить, почему нейтроны, которыми облучают кусок урана, не бегут по цепочке от ядра к ядру, не вызывают взрыва?

Именно ответу на этот вопрос были посвящены статьи советских физиков.

Кусок урана, который бомбардируют нейтронами и ядра которого в свою очередь должны освобождать нейтроны, не застрахован от того, что освобожденные нейтроны не попадут в новые ядра. Мало того, нейтроны вообще могут «стрелять вхолостую», вылетев наружу, поскольку они нейтральны и проходят сквозь вещество. В таком случае нельзя ждать цепной реакции. Но если кусок урана начать увеличивать, то это увеличение вызовет увеличение расстояний полета нейтронов, а значит, и увеличится вероятность встречи на этом пути атомов, увеличится вероятность попадания в их ядра. Тот минимальный кусок урана, где может протекать цепная реакция, назвали критическим.

Это одно условие прохождения ядерного процесса, заявили Я. Б. Зельдович и Ю. Б. Харитон. Есть и другое.

Уран имеет два изотопа. Один содержит в ядре по 235 протонов и нейтронов, другой – 238. И, оказывается, ядра урана-235 обладают несравненно большей «поглощающей активностью»: они почти обязательно поглощают нейтрон.

Поэтому, пришли к выводу ученые, для цепной реакции лучше подойдет тот уран, в котором изотопов 235 будет больше, а изотопов 238 меньше.

Советские ученые Зельдович и Харитон считали, что цепная ядерная реакция могла бы «представить значительный интерес, так как теплота ядерной реакции деления урана в пятьдесят миллионов раз превышает теплотворную способность угля; распространенность и стоимость урана вполне допустили бы осуществление некоторых применений урана».

Да, вывод и смелый и обнадеживающий.

В конце того же – столь знаменательного, сколь плодотворного – года молодые советские физики Г. Н. Флеров и Н. П. Петржак (о них И. В. Курчатов говорил, что в совместной работе они составляют величину, большую двух) доказали существование самопроизвольного, спонтанного деления урана. Это открытие практически очень важно. Оно показывало, что самопроизвольный распад уранового ядра и выделит те первые несколько нейтронов, на долю которых «выпадает участь» начать ядерную реакцию.

Деление урана существовало, атомное ядро раскалывалось, выделяло энергию, ту энергию, овладеть которой казалось фантастичным Резерфорду, ту энергию, которая, по неоспоримому мнению физиков, должна быть колоссальной.

Ключ к расчетам атомной энергии давала формула Альберта Эйнштейна.

Его знаменитая формула Е = mc2 выражала новое понимание вещества и энергии, свойственное современной физике. До Эйнштейна вещество и энергию рассматривали отдельно друг от друга: вещество – это все существующие в природе тела; энергия – все, что способно заставить тела совершать какую-то работу.

Обосновав теорию относительности, Эйнштейн не мог не сделать вывода из нее, который говорил о связи массы тела с содержащейся в этом теле энергией. Масса выступала как мерило содержащейся в телах энергии, и, таким образом, выделение энергии должно вызывать убыль массы. Значит, определенному количеству вещества соответствует определенное количество энергии, то есть энергия, содержащаяся в теле, пропорциональна его массе. А коэффициентом пропорциональности является квадрат скорости света.

Согласно этой формуле, одним из сомножителей которой становится гигантская величина – 300 тысяч километров в секунду, – да еще взятая в квадрате, один килограмм вещества, полностью превращенного в свет, дал бы 25 миллиардов киловатт-часов электроэнергии. Поэтому даже неполное, частичное превращение вещества в свет даст энергию, выражаемую огромным числом.

И советские физики Зельдович и Харитон указывали путь, по которому можно прийти к освобождению гигантской энергии.

Казалось бы, теперь, когда усилиями ученых разных стран была найдена «спичка», когда теоретически была обоснована возможность цепной ядерной реакции, физики должны были бы проблему овладения атомной энергией считать решенной. Отнюдь нет.

Даже в 1940 году, даже люди, самым непосредственным образом причастные в то время к атомной физике, не были уверены в возможном – и очень скором – практическом применении атомной энергии.

Нильс Бор в книге «Воспоминания об Эрнесте Резерфорде – основоположнике науки о ядре» говорил, что атомная энергия не может быть практически применена. А в беседе с одним из своих коллег указывал по меньшей мере на пятнадцать «веских доводов», доказывающих его правоту.

Альберт Эйнштейн, благодаря теории которого смогли подсчитать энергетическую силу атома, заявил американскому интервьюеру, что не верит в практическую пользу атомной энергии.

Отто Ган, открывший деление урана, ничуть не колеблясь, восклицал: «Это, несомненно, было бы противно воле божьей», – имея в виду овладение энергией атома. Однако, вопреки мнению многих ученых, цепная атомная реакция была не только предсказана, но и рассчитана. Значит, ей суждено было осуществиться. И скоро. Так оно и случилось.

ВЗРЫВ

Тридцатые годы XX века для атомной физикп были годами неутомимых поисков и основополагающих открытий, временем действия и научных достижений.

Эти же тридцатые годы XX века входили в историю черной поступью фашизма.

Страшная обстановка фашистского «нового порядка» в странах Европы, обстановка ненависти, дискриминации, недоверия лишила многих ученых возможности не только работать,