Текст книги "Получение энергии. Лиза Мейтнер. Расщепление ядра"

Автор книги: авторов Коллектив

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 7 страниц)

В этот период Мейтнер пришлось срочно покинуть Берлин, чтобы избежать ареста. В октябре 1938 года Ган и Штрассман продолжили анализировать результаты, рассматривая их в связи с работой Кюри, но в этот раз, к своему удивлению, они обнаружили изотоп радия. Если Мейтнер считала невозможным, чтобы термальный нейтрон вызывал отделение от ядра альфа-частицы, то еще более невозможным это было для двух частиц (напомним, что у урана на четыре протона больше, чем у радия).

В ноябре 1938 года произошла встреча Лизы Мейтнер, Отто Гана и Нильса Бора в Институте теоретической физики в Дании, имевшая огромное значение. Встреча держалась в тайне, так как Гана из-за нее могли обвинить в измене и уволить. На ней Мейтнер настаивала, что радий получиться не мог, поэтому нужно продолжать исследования природы нового элемента. Позже Штрассман объяснял:

«К счастью, мнение Мейтнер имело для нас такое важное значение, что мы сразу же принялись за контрольные испытания».

В качестве носителя ученые использовали барий, так как он входит в одну группу периодической таблицы с радием и имеет схожее химическое поведение. Удивительно, но все попытки отделить барий, использованный как проводник радия, не увенчались успехом: оставался только барий. Этот эксперимент был осуществлен в ночь с 16 на 17 декабря того года. Результат заставлял думать, что под воздействием нейтрона ядро урана раскалывается на две части. Дальше произошел тот обмен письмами, о котором мы говорили в главе 1. Мейтнер и ее племянник Отто Фриш высказали идею о расщеплении ядра атома на основании предложенной Бором модели ядра в виде капли воды.

НЕЯСНОСТЬ РАЗВЕИВАЕТСЯ

Ган и Штрассман опубликовали результат своего опыта с ураном 6 января и 1 февраля в престижном журнале Naturwissenschaften. Мейтнер не могла подписать эту статью, поскольку она уже покинула Берлин, а также потому, что ее фамилия могла создать проблемы для двух других авторов. Мейтнер и Фриш 11 февраля 1939 года опубликовали в журнале Nature статью, вводившую понятие ядерного расщепления с обоснованием управляющих им физических процессов.

Наконец-то стали понятны результаты опытов, которые они обдумывали в течение нескольких лет. С одной стороны, из трех выделенных ими процессов только в третьем случае, когда цепочка индуцированных реакций была самой короткой, образовывался стабильный трансурановый элемент. Этот элемент удалось обнаружить в 1940 году, и он получил название нептуний. Таким образом, существование трансурановых элементов нашло частичное подтверждение.

Мейтнер в 1959 году проводит свободную дискуссию со студентками в колледже Брин-Мор в Пенсильвании, США.

В 1962 году Отто Ган (в центре), Фриц Штрассман (слева) и Хайнц Габер реконструировали в Мюнхенском музее опыт по ядерному расщеплению 1938 года.

Много сомнений вызывали два других обнаруженных процесса. Для Мейтнер казалось бессмысленным, что воздействие нейтрона может вызывать такие длинные цепные реакции бета-распада. Теперь наконец стало понятно, что на самом деле эти цепные реакции возникали, когда уран разделялся на два больших фрагмента, соответствующих разным элементам (см. рисунок 7). В каждом из этих фрагментов, стремящихся к стабильности, возникали соответствующие цепочки распадов, которые исследователи обнаруживали в течение долгих лет.

РИС. 7

Благодаря идее о расщеплении то, что изначально было интерпретировано как два различных процесса, теперь стало пониматься как единый процесс.

СТАТЬЯ О РАСЩЕПЛЕНИИ

Мейтнер и Фриш опубликовали свое открытие в журнале Nature в начале 1939 года. Статья «Распад урана под воздействием нейтронов: новый вид ядерной реакции, подписанная Лизой Мейтнер и Отто Фришем, начиналась с напоминания о том, что исследование проводилось на основании работ Энрико Ферми:

«После бомбардировки урана нейтронами Ферми его сотрудники обнаружили, что у них получались как минимум четыре радиоактивных вещества, и двум из них было присвоено атомное число более 92».

Далее цитировались наблюдения Гана и Штрассмана, Жолио-Кюри, а также указывалось на ключевые экспериментальные данные:

«Ган и Штрассман были вынуждены признать, что изотопы бария (Z = 56) образуются в результате бомбардировки урана (Z = 92) нейтронами. [...] На первый взгляд данный результат сложно интерпретировать. Образование элементов, имеющих гораздо меньшее число, чем у урана, рассматривалось прежде, но всегда отвергалось на основании законов физики. [...] При рассмотрении видов энергии, участвовавших в деформации ядра, использовалось понятие поверхностного натяжения ядерной материи и была произведена оценка его величины. [...] Поверхностное натяжение ядра уменьшается при возрастании атомного числа. [В больших атомах, как в случае с ураном, поверхностное натяжение меньше, поэтому] мы вправе полагать, что ядро урана, имеющее довольно нестабильную форму, может разделиться на два ядра примерно одинакового размера после поглощения нейтрона. [Будут выпущены два атома с] общей кинетической энергией, равной 200 МэВ [...]».

Эта публикация, ставшая новой вехой на пути исследований радиоактивности, давала ответы на несколько вопросов, которые заставляли недоумевать ученых в течение четырех лет.

ГЛАВА 5

Цепная реакция

В результате процесса расщепления высвобождаются нейтроны, которые могут быть использованы для новых расщеплений атомных ядер. Количество цепных расщеплений возрастает экспоненциально, при этом возможно генерирование большого количества разрушительной энергии и создание атомной бомбы.

Всегда ли при расщеплении ядра урана высвобождаются нейтроны? Может ли процесс расщепления быть использован для получения энергии? Для ученого венгерского происхождения Лео Силарда (1898-1964) ответы на эти вопросы имели отношение к созданию атомной бомбы.

НЕЙТРОНЫ И ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ

Силард в течение нескольких лет размышлял над возможностью цепной реакции. Уже в 1934 году он запатентовал свою идею, хотя еще сам не знал, как она будет осуществлена. Например, он предлагал использовать для реакции бериллий. Но самым важным было то, что в результате цепной реакции можно получить большое количество энергии. Многие представители научного сообщества в то время отвергали идею возможности использования такой энергии. В 1938 году Силард уехал в США и там начал исследовать расщепление с целью получения энергии.

РИС. 1

Концепция цепной реакции предполагала, что после разделения ядра высвобождаются нейтроны, которые потенциально могут вызывать расщепление других ядер. При этом каждый раз высвобождаются все новые нейтроны, так что количество расщеплений возрастает экспоненциально.

БОР И ФЕРМИ

Нильс Бор прибыл в порт Нью-Йорка в начале 1939 года. Перед самым отплытием Отто Роберт Фриш сообщил ему о необыкновенном открытии расщепления. В порту Бора встречал нобелевский лауреат по физике в 1938 году Энрико Ферми, незадолго до этого приехавший в США, спасаясь от диктатуры Муссолини, так что сразу после прибытия Бор смог рассказать Ферми о необыкновенной новости. Тот сразу же начал думать над возможностью повторить эксперимент по расщеплению. Ученые воспользовались циклотроном в Колумбийском университете, где теперь работал Ферми, для ускорения протонов и использования их для бомбардировки урана. Показания осциллоскопов подтвердили, что расщепление и вправду происходит (см. рисунок 1).

Затем Бор и Ферми отправились в Университет Джорджа Вашингтона для участия в конференции по теоретической физике. Расщепление ядра стало сенсационной темой. На одном из обсуждений Бор поставил ключевой вопрос: что, если во время расщепления высвобождаются нейтроны? Это делало возможным после расщепления одного ядра цепную реакцию.

ПИСЬМО ЭЙНШТЕЙНА

Группа исследователей начала наблюдения, которые должны были ответить, происходило ли испускание нейтронов. В начале 1939 года в одной из лабораторий Колумбийского университета Силард и физик канадского происхождения Уолтер Зинн (1906-2000) обнаружили как минимум два нейтрона, хотя впоследствии было выяснено, что при расщеплении урана– 235 высвобождаются три нейтрона. Ученые сделали вывод, что уран мог служить для начала и поддержания цепной реакции, что, в свою очередь, открывало возможности генерирования огромного количества энергии. Силард потом рассказывал об этом открытии:

«Весь мир был готов. Нам оставалось только повернуть переключатель и, удобно расположившись в креслах, наблюдать катодный экран: если мы увидим вспышку, это будет означать, что масштабное высвобождение атомной энергии неизбежно. Мы повернули кнопку, и на экране появились вспышки. Мы посмотрели на эти вспышки, а затем каждый из нас вернулся домой. Тем вечером я почувствовал уверенность, что наш мир падает в пропасть».

Испускаемые нейтроны – вторичный продукт ядерного расщепления – заставляли осознать, что создание атомной бомбы неизбежно. Далее Ферми и Герберт Андерсон поняли, что для получения цепной поддерживаемой реакции нужны уран и вода. Некоторые из этих выводов были опубликованы в журнале Physical Review.

Одновременно несколько разных университетов и исследовательских центров в США (а в Европе – группа Жолио-Кюри) смогли осуществить расщепление ядра. Силард считал, что начало работы над этим проектом немецкой армии – вопрос времени. Несомненно, в Германии были очень хорошие ученые, способные достичь прогресса в создании бомбы. Правительство США должно было объявить о запуске большого проекта разработки бомбы, так как в противном случае немцы получили бы неоспоримое преимущество, которому сложно было бы что-то противопоставить, и в результате Германия победила бы в войне.

ОТТО РОБЕРТ ФРИШ

Отто Роберт Фриш (1904-1979) родился в Вене, в семье пианистки Августы Мейтнер, сестры Лизы Мейтнер, и художника Юстиниана Фриша. Он получил докторскую степень в Венском университете в 1926 году, а затем переехал в Гамбург в качестве ассистента Отто Штерна (1888-1969), вместе с которым в 1933 году смог измерить магнитный момент протона. В том же году к власти пришел Гитлер, и Отто предпочел уехать из Германии. Он отправился в Лондон, а затем в Копенгаген, в институт Бора, где проработал пять лет. В1938 году он вместе со своей теткой смог интерпретировать процесс расщепления, а также именно ему пришла идея использовать этот термин, взятый из биологии. С тех пор все усилия Фриша были направлены на изучение расщепления и цепной реакции. В1939 году он переехал из Копенгагена в Бирмингем. Поездка должна была быть краткой, но вспыхнувшая война заставила Фриша изменить планы. Вместе с британским физиком Рудольфом Пайерлсом (1907-1995) он написал меморандум Фриша – Пайерлса, в котором впервые говорилось о возможности атомного взрыва в результате расщепления ядра. Позже данный меморандум использовали для разработки Манхэттенского проекта, в котором сам Фриш принимал активное участие как член британской делегации. В его задачу в Лос-Аламосе входило определение количества урана, необходимого для цепной реакции. Фриш рассказывал, например, что однажды ему удалось запустить цепную реакцию, которую пришлось остановить собственными руками, разделяя кусочки урана, потому что в противном случае произошел бы взрыв. В 1946 году Фриш вернулся в Великобританию, преподавал в Кембридже и стал начальником отдела ядерной физики Исследовательского центра атомной энергии в Харвелле. Умер ученый в 1979 году.

«Сообщи Кокрофту и Мод Рей Кент»

Пока Фриш в Англии разрабатывал идеи о возможности создания атомной бомбы, он получил от Мейтнер телеграмму, содержание которой ей продиктовал Бор. Последние слова звучали так: «[•••] and please inform Cockroft and Maud Ray Kent». Фриш был уверен, что Бор просит его передать какую-то зашифрованную информацию в британскую атомную комиссию, которая в это время создавалась, но никак не мог понять, о чем шла речь. Кокрофт был одним из создателей ускорителя частиц, построенного в 1932 году в Кембридже. Так что неизвестным оставалось только сочетание Ray Kent. Возможно, это была анаграмма (как, например, radium taken, что означало «радий взят»), но Фриш не был уверен. Он решил, что Бор пользуется каким-то секретным кодом, который не сможет расшифровать ни он, ни кто-либо другой. Эта догадка окрепла, когда атомная комиссия получила название Комитет МАУД (MAUD) – сокращение от английского «Военное применение уранового взрыва». Спустя некоторое время все прояснилось: Бор просто просил передать привет Мод Рей – гувернантке его детей, которая жила в Кенте.

Отто Роберт Фриш в 1945 году играет на фортепиано для KRS, радиостанции Лос-Аламос, Нью-Мексико.

Ферми, недавно получивший Нобелевскую премию по физике за 1938 год и непосредственно участвовавший в исследованиях расщепления, казался наиболее подходящим человеком для того, чтобы передать американскому правительству тревогу научного сообщества относительно разработки атомной бомбы. В 1938 году он встретился с представителями армии, но ничего не достиг: доводы ученых основывались на умозрительных заключениях, а слабый английский Ферми не позволил ему быть убедительным. Требовалась настойчивость, и в следующий раз Силард попросил помощи у Альберта Эйнштейна, который когда-то был его преподавателем в университете, а в ту эпоху имел репутацию великого ученого. Кроме того, Эйнштейн всегда позиционировал себя как убежденный пацифист, поэтому его обращение на эту тему не осталось бы незамеченным. Силард отправился на встречу с Эйнштейном, чтобы объяснить ему суть проблемы. Великий физик ничего не знал о достижениях по расщеплению ядра и цепной реакции, так что Силарду пришлось рассказать ему все новости.

Это ужасно – мы обнаружили нейтроны.

Лео Силард

Девятого августа Эйнштейн обратился к президенту Рузвельту, написав ему об опасности создания Германией атомной бомбы. Соединенным Штатам необходимо было приложить все усилия, чтобы опередить Гитлера. «Мне известно, что Германия в настоящее время прекратила продажу урана из захваченных чехословацких рудников»,– предупреждал Эйнштейн в конце письма. Эмбарго на вывоз урана недвусмысленно означало, что немцы разрабатывают какой-то военный проект. Довольно скоро Эйнштейн получил от президента письмо, в котором тот обещал внимательно изучить проблему. Но в целом правительство США продолжало игнорировать предупреждения научного сообщества.

Силард и Эйнштейн представить себе не могли, что сам создатель теории относительности вызывает подозрения у американских спецслужб. В рассекреченном позднее отчете ФБР можно прочесть: «Учитывая его радикальную биографию, наша служба не рекомендует использовать доктора Эйнштейна для вопросов секретного характера до проведения детального расследования. Кажется невозможным, что человек с такой биографией может быстро превратиться в настоящего американца». Таким образом, Эйнштейн, возможно, тоже не был подходящей фигурой для того, чтобы убедить в чем-либо правительство США.

ЭЙНШТЕЙН ПИШЕТ РУЗВЕЛЬТУ

«9 августа 1938 года.

Ф.Д. Рузвельту, президенту США.

Белый Дом, Вашингтон (округ Колумбия).

Сэр!

Недавние работы [...], о которых я узнал из рукописи, заставляют меня ожидать, что уран может быть в ближайшем будущем превращен в новый и важный источник энергии. Некоторые аспекты возникшей ситуации, по-видимому, требуют бдительности и, при необходимости, быстрых действий со стороны правительства.

В течение последних четырех месяцев [...] стала вероятной возможность ядерной реакции в крупной массе урана, вследствие чего может быть освобождена значительная энергия и получены большие количества радиоактивных элементов [...].

Это новое явление способно привести также к созданию бомб и возможно – хотя и менее достоверно – исключительно мощных бомб нового типа. Одна бомба этого типа, доставленная на корабле и взорванная в порту, полностью разрушит весь порт c прилегающей территорией [...].

Искренне Ваш Альберт Эйнштейн».

ГЕЙЗЕНБЕРГ И БОМБА

Немцы начали исследовательский проект по созданию атомной бомбы в 1939 году, за два года до американцев. В их распоряжении были прекрасно подготовленные ученые и инженеры, а также необходимые материалы, например уран из рудника Яхимов в Чехословакии. Вернер Гейзенберг в те годы был самым знаменитым немецким ученым после Эйнштейна, он казался наиболее подходящей кандидатурой, чтобы возглавить проект по созданию атомной бомбы.

Привычное для Гейзенберга сотрудничество с еврейскими учеными возбудило подозрения защитников «немецкой физики» – движения, заявлявшего об ошибочности и вредности «еврейской» физики. Йоханнес Штарк, один из лидеров этого движения, в своей публикации обвинил Гейзенберга в отсутствии патриотизма. Военная и полицейская нацистская организация СС (сокращение от нем. Schultzstaffel – «отряды охраны») решила провести расследование и допросила Гейзенберга. Это был самый опасный момент в жизни ученого. Но все устроилось благодаря его матери, лично знавшей мать Генриха Гиммлера, руководителя СС. В любом случае, с этого времени Гейзенберг находился под подозрением, и ему нужно было доказывать собственную лояльность нацистам.

Когда в 1939 году Гейзенберг поехал в США, чтобы прочитать серию лекций в разных университетах, все понимали, что в Европе скоро начнется война, поэтому ученый получил несколько предложений о работе от разных университетов, но отклонил их и вернулся на родину. Как видите, у Гейзенберга была возможность порвать с нацистским правительством, но он не воспользовался ею. Почему он это сделал, неясно: возможно, ученый стремился защитить семью, остававшуюся в Германии, а возможно – испытывал преданность по отношению к своей стране. Корабль, на котором Гейзенберг плыл обратно, шел полупустым – никто не решался ехать в Европу, зная о неизбежности военного конфликта.

В начале войны физик получил от военного департамента инструкции по исследованию возможностей применения расщепления ядра в военных целях. Гейзенберг в 1940 году составил несколько докладов о возможности создания атомной бомбы, в которых описал этапы ее разработки. Он сам и большая команда ученых начали серию экспериментов ключевой части проекта, в частности для наблюдения за поглощением нейтронов. Часть лаборатории, где должен был быть построен ядерный реактор, находилась в Берлине, в Институте физики имени кайзера Вильгельма, который стали называть Вирусным домом, чтобы отпугнуть любопытную публику. Когда в конце войны советские войска захватили Берлин, это здание было одной из военных целей. Для Советского Союза было важно получить большое количество урана для ядерной программы.

Другие важные лаборатории находились в Лейпциге и в маленьком городе на юге Германии Хайгерлохе, где эксперименты ставили в церковном подвале.

Исследователи по своей воле могут разбивать и создавать атомы, могут осуществлять цепные реакции, приводящие к взрыву. Если эти трансмутации материи будут развиваться, можно получить большое количество свободной энергии для использования.

Фредерик Жолио в 1935 году в речи после получения Нобелевской премии по химии

Ученым не удалось рассчитать критическую массу урана– 235, то есть минимальную массу материала, необходимого для осуществления поддерживаемой ядерной реакции, поэтому они использовали очень большое количество материала, по нескольку тонн, и это делало проект неосуществимым: получить такое количество материала было затруднительно. Добыча урана была крайне опасной, и шахтеры страдали от заболеваний, вызванных воздействием радиоактивности, в результате на этих работах добывающее предприятие начало использовать труд заключенных концлагеря.

ИЗОТОПЫ УРАНА

Уран, который встречается в природе, представляет собой смесь двух изотопов – урана-235 и урана-238. Второй изотоп довольно распространен и составляет 99, 2% природного урана, оставшиеся 0, 8% представлены ураном-235. Однако для цепной реакции необходим именно этот, более редкий изотоп. Когда уран-238 поглощает нейтрон, вместо расщепления происходят бета-распад и трансмутация в плутон-239. Уран-235 легко расщепляется нейтронами определенного вида энергии – кинетической. Когда источник состоит из смеси двух изотопов, с большим содержанием урана-238, этот изотоп поглощает большую часть нейтронов и делает цепную реакцию невозможной. Поэтому для осуществления поддерживаемой цепной реакции нужно использовать смесь с преобладанием урана-235, которую называют обогащенным ураном. Процесс обогащения урана состоит в очищении смеси и увеличении содержания в ней урана-235. Считается, что для создания атомной бомбы необходимо достичь 90% содержания этого изотопа. Разделить два изотопа непросто, и немецким ученым не удалось разработать достаточно удачный метод обогащения урана, что в конце концов означало провал проекта. Исследователи, участвовавшие в Манхэттенском проекте, напротив, смогли найти метод обогащения урана на заводе Оак-Ридж (Теннеси), благодаря чему создание первой атомной бомбы стало реальностью.

Зал контрольных панелей на заводе Оак-Ридж, фундаментальная часть Манхэттенского проекта.

Хотя Отто Ган не участвовал в разработке бомбы, он установил, что для цепной реакции необходимо использовать уран– 235, добыть который гораздо труднее, чем уран-238.

Еще одним техническим вопросом, который нужно решить для создания бомбы, был вопрос обеспечения веществом для замедления нейтронов. Как было открыто Ферми и Мейтнер, медленные нейтроны имеют при расщеплении большую эффективность. Когда воздействие нейтронов происходит на определенной скорости – при низкой кинетической энергии, – их поглощение ядром становится более вероятным, что увеличивает и вероятность расщепления (см. рисунок 2). Для торможения нейтронов использовали разные вещества, и было решено, что наилучшим вариантом является тяжелая вода. Она отличается от обычной воды тем, что водород в ее молекулах представлен изотопом дейтерием, имеющим в ядре не только протон, но и дополнительный нейтрон.

Уже в 1941 году Гейзенберг был готов разработать контейнер для урана и тяжелой воды, чтобы осуществить цепную реакцию. Вначале попытки были безуспешны, так как ученый недооценил важность расчета критической массы урана, необходимой для цепной реакции. После неоднократных повторов опыта в начале 1942 года он убедился, что цепная реакция началась. Она не была поддерживаемой, однако Гейзенбергу удалось обнаружить умножающийся эффект индуцированного расщепления. В работу вновь вкралась ошибка: использование пластин урана вместо сфер сделало работу реактора невозможной.

РИС. 2

Для получения поддерживаемой цепной реакции необходимо замедлить скорость нейтронов, что достигается при прохождении их через замедляющую среду, такую как тяжелая вода.

ФАРМ-ХОЛЛ

В мае июне 1945 года силы союзников задержали группу немецких ученых, участвовавших в разработке атомной бомбы. Их перевезли в Фарм-холл – дом, расположенный в графстве Годманчестер неподалеку от Кембриджа, где потом держали полгода. Все комнаты прослушивались – союзники хотели выяснить степень участия в проекте каждого ученого, а также узнать, на каком этапе находился проект. В группу из десяти ученых, удерживаемых в Фарм-холле, входили Вернер Гейзенберг, Отто Ган, Карл Фридрих фон Вайцзеккер и Макс фон Лауз. Не все попавшие сюда сделали равный вклад в развитие проекта. Например, Отто Гана едва можно было упрекнуть в участии в создании атомной бомбы. В1992 году были обнародованы записи разговоров этих ученых. В них нет никаких сенсационных заявлений, но эти беседы бросают тень на Гейзенберга и фон Вайцзеккера, а также позволяют усомниться в оправданиях, которые они приводили в свою защиту. Именно тогда, когда ученых содержали в Фарм-холле, пришла новость о том, что США сбросили атомные бомбы на Хиросиму и Нагасаки. Это известие расстроило Гана, который говорил, что чувствует ответственность за гибель людей. Гейзенберг усомнился в правдивости этой новости, а фон Вайцзеккер заявил: «Если бы мы хотели, чтобы Германия выиграла войну, у нас бы это получилось».

Секретные службы союзников ничего не знали о трудностях, в которых увяз немецкий проект, поэтому рассматривались самые разные варианты. Обдумывалась даже возможность убийства Гейзенберга, и решение об этом фактически было принято, но в конце концов союзники выбрали другой путь – уничтожение завода по производству тяжелой воды. Речь шла о норвежской фабрике в Веморке. Вначале британцы направили два самолета, но они разбились, после этого в Великобритании была подготовлена группа солдат из норвежских беженцев, которые смогли проникнуть в здание фабрики и взорвать его.

Неизвестно, по какой причине (из-за саботажа или из-за недостаточной подготовленности немецких ученых), но нацистская армия так и не получила ядерного оружия. Впоследствии Гейзенберг и его соратники заявляли, что специально саботировали немецкую ядерную программу изнутри, чтобы не позволить Германии создать это оружие. Однако большинство историков считают, что многие ученые готовы были приложить все силы для разработки атомной бомбы – по крайней мере в начале войны.

МАНХЭТТЕНСКИЙ ПРОЕКТ

В Соединенном Королевстве Отто Фриш и Рудольф Пайерлс подготовили меморандум, в котором объясняли, какими характеристиками должна обладать атомная бомба. В меморандуме Фриша – Пайерлса было определено, что цепная реакция на основе урана-235 не требовала большого количества этого радиоактивного материала. Ученым удалось определить критическую массу – показатель, который не смогли установить немцы. Для того чтобы избежать взрыва во время манипуляций, были установлены меры безопасности в виде разделения содержимого контейнера на два части. Критическая масса достигалась только при соединении двух частей, бомба детонировала после начала поддерживаемой цепной реакции. Эта информация вновь была передана в США, где, казалось, никто не проявлял особого интереса к разработке нового оружия.

Все изменилось в декабре 1941 года, после атаки на Перл-Харбор, когда США окончательно пришлось вступить в войну. В тот же год была организована встреча комитета МАУД с американскими исследователями для уточнения программы. После вступления США в войну началась реализация Манхэттенского проекта.

На данный момент я считаю, что война закончится скорее, чем будет сконструирована первая атомная бомба.

Вернер Гейзенберг в докладе о возможности разработки атомной бомбы

В этот ключевой момент был открыт плутоний – элемент, оказавшийся более подходящим материалом, чем уран, для изготовления бомбы. Плутоний занимает в периодической таблице позицию под номером 94. Ферми считал, что обнаружил его еще в 1934 году, когда проводил бомбардировку урана нейтронами. Он назвал новое вещество гесперием, но, как выяснили Ган и Мейтнер, Ферми не нашел новый трансурановый элемент, а вызвал расщепление урана. Между 1940 и 1941 годом в Калифорнийском университете была проведена серия экспериментов с циклотроном, в которых производилась бомбардировка урана дейтерием. В этот момент был получен изотоп плутоний-239, который оказался подходящим элементом для процессов ядерного расщепления, то есть прекрасным материалом для атомной бомбы. Несмотря на то что ученые хотели опубликовать свои результаты в каком-нибудь научном журнале, правительство запретило какие-либо публикации по этому вопросу.

Манхэттенский проект был запущен 13 августа 1942 года под руководством генерала Лесли Грувса. В ноябре был отдан приказ проводить исследования в Лос-Аламосе, секретной лаборатории в Нью-Мексико. Исследовательским центром руководил физик Роберт Оппенгеймер, выбравший для работы лучших ученых той эпохи: Ферми, Фриша, Бора, Лоуренса и Фейнмана. Он пригласил и Мейтнер, но она отказалась по этическим причинам.

Теперь оставалось только доказать, что цепную реакцию можно поддерживать. Энрико Ферми удалось добиться этого на старой площадке для игры в сквош, находившейся в подвале стадиона Чикаго. Это был необыкновенный успех. Несмотря на то что США поздно присоединились к гонке за создание бомбы, они быстро получили все основные элементы для воплощения проекта в жизнь.

Мы знали, что мир уже не будет прежним.

Роберт Оппенгеймер после создания первой атомной бомбы

В 1942 году были построены несколько заводов для производства плутония-239. Нужно было совершить бесконечное количество подсчетов, например касавшихся распространения нейтронов, для реализации первого ядерного опыта. Хотя в экспериментах использовали плутоний, в конце концов было решено, что бомбой, которая должна будет разрушить Хиросиму, станет бомба с ураном-239. Для бомбы, сброшенной над Нагасаки, использовали плутоний-239.

«МАЛЫШ» И «ТОЛСТЯК»

Enola Gay, бомбардировщик В-29 североамериканской армии, стал самолетом, с которого 6 августа 1945 года впервые сбросили атомную бомбу. Целью был город Хиросима. Экипаж воздушного судна состоял из 12 человек, пилотом и командиром корабля был Пол Тиббетс. Самолет взлетел с базы на острове Тиниан в Тихом океане. Компоненты бомбы были отправлены на остров заранее, а затем прямо на месте были собраны и подготовлены для использования. Самолет вылетел с базы один, однако недалеко от острова Иводзима, недавно захваченного США, к нему присоединились два бомбардировщика, сопровождавшие его до Хиросимы. Внутри Enola Gay шла подготовка к запуску бомбы, затем летчик нажал на кнопку, открывавшую створки люка. Бомба «Малыш» (Little Boy), пролетев меньше минуты, взорвалась в 600 метрах над землей. Если бы она взорвалась раньше, ее энергия погасла бы в воздухе, если позже – много энергии было бы затрачено на образование огромного кратера. Именно на этой высоте бомба имела наибольшую разрушительную силу. В результате ее взрыва погибли 140 тысяч человек. Один из членов экипажа говорил: 

«Несколько минут назад здесь стоял город, и вот он исчез».

Бомба «Малыш» на острове Тиниан, перед погрузкой в Enola Gay.

Через три дня, 9 августа, над Нагасаки был сброшен «Толстяк» (Fat Man) – бомба с плутонием-239. В этот раз бомбу и экипаж перевозил Bockscar, также бомбардировщик В-29. В результате атаки погибли 40 тысяч человек. Япония подписала акт о капитуляции, ознаменовавший окончание Второй мировой войны.

ПОБЕГ МЕЙТНЕР

В то время как мир, казалось, занимался саморазрушением, Мейтнер проходила через свой личный ад. Катастрофа началась с аншлюса Австрии 12 марта 1938 года. Исследовательница автоматически становилась гражданкой Германии, и немецкие законы, дискриминировавшие еврейское население, распространялись и на нее. Между тем в Вене гремели торжества по поводу аншлюса.