Текст книги "Сталин и бомба. Советский Союз и атомная энергия. 1939-1956"

Автор книги: Дэвид Холловэй (Холловей)

сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 44 страниц)

V

В начале и середине 30-х годов ведущие физические институты были частью сети научно-исследовательских институтов в структуре промышленных комиссариатов. Академия наук не имела в своем составе ни одного большого физического института. В начале 30-х годов Георгий Гамов попытался создать Институт теоретической физики на базе физического отдела Ленинградского физико-математического института, но Иоффе и Рождественский подавили его инициативу. Все же в результате возникшей дискуссии Академия наук в 1932 г. предложила организовать физический институт Сергею Вавилову^{205}. (Сергей Вавилов – брат Николая Вавилова, всемирно известного генетика и растениевода, который был главной мишенью нападок Лысенко. Николая Вавилова арестовали в 1940 г., и он умер в тюрьме в январе 1943 г.) Вавилов, интересы которого были связаны с явлениями люминесценции и природой света, был одаренным организатором и намеревался превратить маленький физический отдел, где работала группа исследователей, в большой институт. Проблематика исследований института охватывала бы все важные области физики. Когда в 1934 г. Академия переехала в Москву, физический отдел, руководимый Вавиловым, переместился туда вместе с ней и стал отдельным институтом – Физическим институтом Академии наук (ФИАН). Многие ведущие физики Москвы, включая Мандельштама и Тамма, вошли в его штат^{206}.

Поскольку Вавилов хотел, чтобы его институт занимался исследованиями наиболее важных областей физики, он уговорил некоторых из своих молодых сотрудников, в том числе Павла Черенкова и Илью Франка, начать работать в области ядерной физики. По предложению Вавилова Черенков исследовал люминесценцию растворов солей урана, возникающую под действием гамма-лучей. При этом он открыл «черенковское излучение» – голубое свечение, испускаемое под действием пучка высокоэнергичных заряженных частиц, проходящих через прозрачную среду, подобно головной волне, образующейся при движении судна по воде. Тамм и Франк вскоре развили теорию, объясняющую данный эффект. За эту работу в 1958 г. они с Черенковым получили Нобелевскую премию по физике^{207}.[47]47
  Вавилов умер в 1951 г.


[Закрыть]

Вавилову, как и Иоффе, приходилось защищать ядерную физику от критики. Институт периодически проверяли комиссии, которые, как вспоминал позднее Илья Франк, критиковали институт с двух сторон. «Если это была ведомственная комиссия, то она отмечала, что поскольку ядерная физика – наука бесполезная, то нет оснований для ее развития. При обсуждениях в Академии наук мотив критики был иной. Ядерной физикой не занимается здесь никто из признанных авторитетов, а у молодых ничего не выйдет»^{208}.

Вавилов старался усилить группу, занимавшуюся исследованиями в области ядерной физики, приглашая сотрудников из других институтов. Перед переездом Академии в Москву в исследованиях по ядерной физике в лаборатории Вавилова принял участие Мысовский, но он не хотел уезжать из Ленинграда. После 1934 г. консультантом лаборатории стал Скобельцын. В январе 1939 г. он переехал в Москву, с тем чтобы стать постоянным сотрудником ФИАНа^{209}.

Вавилов, однако, хотел большего и не оставлял попыток сделать свой институт головным в области ядерных исследований. Он поднимал перед Иоффе вопрос о возможности перевода некоторых физиков-ядерщиков из Ленинграда в Москву, доказывая, что наиболее подходящие условия для работы по ядерной физике могут быть созданы в Академии, а не в промышленном секторе^{210}. Некоторые полагали, что Вавилов стремится все взять в свои руки и разрушить ленинградскую школу ядерной физики^{211}. Именно так это воспринимал Иоффе. Он был очень подавлен перспективой возможного переезда в Москву его физиков-ядерщиков, которых он поддерживал и защищал^{212}. Вавилов, говорил Иоффе, «считает, что в Ленинграде нужно вовсе закрыть ядерную лабораторию, а я считаю, что одной московской ядерной лаборатории на весь Союз будет мало»^{213}. Однако никто из ядерщиков института Иоффе, кроме Скобельцына, не поддался на уговоры Вавилова.

Но Вавилов не прекратил попыток превратить свой институт в центр исследований по физике ядра. В конце 1938 г. он сделал доклад на заседании Президиума Академии наук, по которому была принята резолюция, где отмечалось «неудовлетворительное организационное состояние этих работ (по ядерной физике. – Прим. ред.), выражающееся в раздробленности ядерных лабораторий по различным ведомствам, в нерациональном распределении мощных современных технических средств исследования атомного ядра по институтам, в неправильном распределении руководящих научных работников в этой области и т. п.»^{214}. Президиум полагал, что вся работа в области атомных ядер и космических лучей должна проводиться в Академии наук СССР, а также в Академиях наук Украины и Белоруссии. Он просил правительство разрешить ФИАНу начать в 1939 г. строительство нового здания, с тем чтобы ядерные исследования как можно скорее были сконцентрированы в Москве. Было также решено учредить Комиссию по атомному ядру, которая бы планировала и организовывала ядерные исследования. Ее председателем должен был стать Вавилов, а членами, помимо прочих, – Иоффе, Алиханов и Курчатов^{215}.

Решения Президиума стали ударом для Иоффе. Его институт еще не вошел в структуру Академии, и потому существовала вероятность того, что в случае, если планы Президиума осуществятся, он потеряет свою ядерную группу, тем более что промышленные наркоматы не были заинтересованы в работах по ядерной физике. Более того, вновь созданная Комиссия предоставила Вавилову широкие права для организации работ в этой области. Это было плохо для Иоффе, поскольку Вавилов явно старался получить физтеховский циклотрон^{216}. Однако прежде чем комиссия смогла приступить к серьезной работе, значимость ядерной физики существенным образом возросла благодаря открытию в конце 1938 г. деления ядер.

VI

В этой главе рассматривалась реакция российских ученых на открытие радиоактивности и серию открытий – annus mirabilis 1932. Вернадский больше, чем кто-либо другой, настаивал на проведении исследований по радиоактивности и на разведке урановых месторождений. Его воодушевление частично было обусловлено убежденностью в том, что результатом этих исследований станет возможность использовать атомную энергию в практических целях. Однако к 30-м годам такая перспектива оказалась более отдаленной, чем это представлялось на заре века. В 1932 г. советских ученых влекла к изучению ядра не надежда на получение каких-либо практических результатов, но перспектива исследования интересных физических явлений. Они могли надеяться, что их работа будет полезной, но полагали, что практические результаты, даже если в конце концов и удастся к ним прийти, появятся в далеком будущем.

Именно ученые, а не те, кто формировал научную политику, проявили инициативу в расширении исследований по ядру и отстояли право заниматься ими, несмотря на скептицизм части практически мыслящих администраторов. Советские физики считали себя частью международного сообщества. Они с пристальным вниманием следили за тем, что делается за рубежом, хотели внести свой вклад в поток новых открытий и получить в этой области исследований признание западных коллег. Рудольф Пайерлс, который хорошо знал сообщество советских физиков 30-х годов, утверждал, что, когда они подошли к проблеме выбора направления исследований, у него в то время «не создалось впечатления, что в том, как делалась наука, было какое-то действительное различие» между Советским Союзом и другими странами^{217}.

Физика, как это видно из настоящей главы, представляла собой сферу относительной интеллектуальной автономии в обществе, где господствовал тоталитарный режим. Эта интеллектуальная автономия поддерживалась комплексом общественных отношений – властью, социальным статусом, наградами, отличавшимися от того, что имело место в обществе в целом. Несмотря на усилия партийных идеологов, членство в партии и положение, занимаемое в партийной иерархии, не имели веса. Как говорил Френкель, «ни Энгельс, ни Ленин не являются авторитетами для физиков». Речь здесь шла не об отношении физиков к режиму (оно было различным), а об их отношении к объединению физиков как интеллектуальному предприятию. Аргументация в пользу интеллектуальной автономии основывалась на том, что существуют пределы влияния на нее партийного руководства, что физики имеют право сами решать, какие физические теории верны и какие проблемы интересны, а также надеяться на признание со стороны международного сообщества физиков. Решение о расширении исследований по ядру, принятое после 1932 г., свидетельствует о том, что советские физики действовали именно так.

Разумеется, верно, что ученые должны были объяснить властям сделанный ими выбор. Одна из возможностей действовать таким образом состояла в том, чтобы указать на потенциальную практическую полезность атомной энергии и тем самым засвидетельствовать свою приверженность целям и ценностям режима. В сентябре 1937 г. во вступительном слове, с которым Иоффе обратился к участникам 2-й Всесоюзной конференции по атомному ядру, он сказал: «Для нас, советских физиков, является основной истиной, что всякая наука, в том числе физика, может развиваться и ставить величайшие проблемы только в том случае, если она самым тесным образом на деле связана с теми практическими приложениями, которые из нее вытекают». Он утверждал далее, что только овладение тайнами атомного ядра могло бы привести к осуществлению давней мечты об источнике дешевой энергии или мечты алхимиков о получении драгоценных металлов из более доступных^{218}. В октябре следующего года физическая группа Академии наук приняла резолюцию о том, что ядерная физика должна в ближайшем будущем сконцентрироваться на работе, связанной с практическими техническими проблемами, но не уточнила, что это за проблемы^{219}. Такого рода утверждения были не более чем благонамеренными высказываниями, рассчитанными на то, чтобы задобрить власти и обосновать просьбы о выделении средств.

Более реалистичное представление о позиции физиков можно получить из описания заседания ученого совета ФИАНа, состоявшегося в 1938 г. На нем обсуждались планы лабораторий по проведению прикладных исследований, например, по спектральному анализу металлов, радиогеодезии, люминесцентным лампам.

Когда очередь дошла до лаборатории атомного ядра, ее сотрудники начали бормотать что-то неопределенное о возможности измерения толщины стенок резервуаров по данным о рассеянии гамма-лучей, испускаемых радиоактивными источниками, которые имелись в институте. Один из членов совета, ныне хорошо известный физик, не смог удержаться и сказал: «Использование физики для нужд народного хозяйства – серьезное дело, и мы делаем много действительно существенного. Но не следует превращать его в игру. Физика атомного ядра – очень важная область фундаментальных научных исследований, и ее нужно развивать, но она не имеет и неизвестно когда еще будет иметь хоть какое-либо прикладное значение»^{220}. Все присутствовавшие согласились с выступавшим, и заседание было продолжено.

Несмотря на имевшиеся трудности, советские исследования по ядерной физике в 30-е годы были весьма успешными. Виктор Вайс-копф, высоко ценивший советских физиков, приехав в Советский Союз, увидел, что они ни в чем не отставали от зарубежных в понимании структуры ядер^{221}. Иоффе в заключительных комментариях, сделанных им на конференции по ядерной физике 1937 г., сказал, что в Советском Союзе к этому времени было уже более ста ученых, работавших в области физики ядра. Это примерно в четыре раза превышало численность занятых соответствующими проблемами ко времени проведения первой конференции, состоявшейся в 1933 г. Из тридцати работ, представленных на конференцию 1937 г., сказал он, многие имеют «фундаментальное значение» и свидетельствуют о «широком развитии нашей науки»^{222}. Месяцем позже Президиум Академии с несомненным удовлетворением отметил рост «молодых научных кадров» в ядерной физике^{223}.[48]48
  Здесь отдельно упоминаются братья Алихановы, Векслер, Черенков и Франк, но отсутствует имя Курчатова.


[Закрыть]

Глава третья.
Реакция на деление

I

Когда Энрико Ферми и его сотрудники в 1934 г. начали изучать искусственную радиоактивность, возникающую при бомбардировке различных элементов нейтронами, они обнаружили признаки образования трансурановых элементов, т. е. элементов, которые в периодической таблице Менделеева должны располагаться после урана. Химики других стран, а также Виталий Хлопин в Ленинграде, пытались выявить эти элементы с помощью радиохимического анализа и полагали, что и в самом деле обнаружили существование трансурановых элементов. Немецкий химик Ида Ноддак высказала предположение, что заключение Ферми ошибочно и что уран мог расщепиться на элементы из середины периодической таблицы, но никто не обратил внимания на ее аргументы^{224}. Однако в декабре 1938 г. Отто Ган и Фриц Штрассман из берлинского Химического института кайзера Вильгельма открыли, что при бомбардировке урана нейтронами он расщепляется на элементы, находящиеся в середине периодической таблицы, а не превращается в элементы более тяжелые, чем уран. Это было совершенно неожиданное открытие. Ган и Штрассман были уверены в правильности результатов проведенного ими анализа, но в своей работе они написали, что «как химики-ядерщики, в определенном смысле близкие к физике», они еще не могут решиться прийти к заключению, которое «противоречит всем прежним представлениям ядерной физики»^{225}.

Статья Гана и Штрассмана появилась в номере «Ди Натурвиссеншафтен» от 6 января 1939 г., но еще до ее публикации Ган написал своей ближайшей сотруднице Лизе Мейтнер и сообщил ей об этом эксперименте. Мейтнер бежала из Германии после принятия расовых законов и в то время жила в Швеции. Она показала письмо Гана своему племяннику физику Отто Фришу, который проводил у нее рождественские каникулы. Фриш тоже бежал от нацистов и работал в Институте Нильса Бора в Копенгагене. Пытаясь объяснить результаты экспериментов Гана и Штрассмана, Мейтнер и Фриш пришли к выводу, что «ядро урана могло и в самом деле походить на подвижную и нестабильную каплю, готовую разделиться под действием самого незначительного импульса, например, удара нейтроном»^{226}. После разделения обе капли разлетаются за счет сил взаимного электрического отталкивания, при этом суммарная их масса (по сравнению с исходным ядром) оказывается меньше (в энергетическом эквиваленте) на 200 МэВ. При химических реакциях с наибольшим выходом энергии высвобождается всего лишь несколько электрон-вольт, а в прочих процессах радиоактивного распада выделяется только несколько миллионов электрон-вольт. Следовательно, эта новая реакция, которую Фриш и Мейтнер назвали «делением», оказывается значительно более мощной. Их работа была опубликована в номере журнала «Нэйчер» от 18 февраля.

Новость об открытии деления атомного ядра быстро распространялась. 16 января 1939 г. Энрико Ферми, только что бежавший из Италии, поскольку его жене-еврейке угрожали фашистские расовые законы, узнал об этом в Нью-Йорке от Нильса Бора, который в этот день прибыл туда из Европы. Примерно в это же время Фредерик Жолио-Кюри прочел в Париже статью Гана и Штрассмана, а 26 января Бор рассказал об открытии участникам конференции в Вашингтоне – столице Соединенных Штатов. Это открытие вызвало большое оживление научных исследований: к декабрю 1939 г. было опубликовано более сотни статей по делению ядра^{227}. Однако это оживление в условиях нависающей над Европой угрозы войны омрачалось предчувствием опасности, связанной с практическим применением деления ядра.

Советские физики узнали об открытии, когда до них дошли иностранные журналы[49]49
  Головин пишет о том, что советские физики получили информацию об открытии деления ядер из письма Фредерика Жолио-Кюри к Иоффе (см.: Головин И.Н. Игорь Васильевич Курчатов. 3-е изд. М.: Атомиздат, 1978. С. 45). Г.Н. Флеров сообщает, что «мы впервые узнали об этом явлении из работ Жолио-Кюри» {Флеров Г.Н. Всему мы можем поучиться у Курчатова// Воспоминания об Игоре Васильевиче Курчатове/ Под ред. А.П. Александрова. М.: Наука, 1988. С. 63). Представляется, что история с письмом Жолио-Кюри является мифом (см. интервью с И.Н. Головиным от 15 октября 1992 г.).


[Закрыть]. Новости породили ту же реакцию, что и на Западе: необычайное возбуждение и возникновение новых направлений исследования. Хлопин и его сотрудники в Радиевом институте приступили к изучению химической природы продуктов деления. Открытие деления атомного ядра вызвало сильные сомнения в существовании трансурановых элементов. Но Хлопин продолжал глубоко интересоваться трансуранами и проводил опыты, чтобы выяснить, не обнаружатся ли они при расщеплении ядра[50]50
  Хлопин и его сотрудники в течение 1939 г. опубликовали серию статей о продуктах деления ядер. Первая из них была представлена к печати 7 марта. См.: Игонин В.В. Атом в СССР. Саратов: Изд-во Саратовск. ун-та, 1975. С. 405–410.


[Закрыть]. В ходе этого исследования Хлопин открыл некоторые до этого времени неизвестные реакции распада подвергшихся делению ядер урана. Хотя он и не сумел выявить трансурановые элементы, он заключил, что цепочки радиоактивных превращений на самом деле свидетельствовали об их существовании^{228}. 1 апреля 1939 г. он написал Вернадскому: «Опыты, которые удалось пока поставить, использовав циклотрон, делают весьма вероятным, что трансураны все же существуют, т. е. что распад урана под действием нейтронов течет различными путями». Он надеялся, что сможет дать окончательный ответ на вопрос о трансу ранах в ближайшие несколько недель, но ответ ускользнул от него: трансурановые элементы были впервые идентифицированы в Беркли в 1940 г.^{229}

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}.

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}.[51]51
  Эти измерения были неправильными. Правильное значение равно 2,5.


[Закрыть]

Как только эти эксперименты были завершены, Курчатов решил проверить гипотезу, согласно которой медленные нейтроны вызывают деление только редкого изотопа урана – урана-235^{232}. 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}. 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}. 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},[52]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.).


[Закрыть]

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}.

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}.

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}. 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}. Лаборатория Харитона стала частью нового Института химической физики, который в 1931 г. выделился из института Иоффе^{240}.

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}. 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]53
  Перрен опубликовал свою работу в мае 1939 г. (см.: Growing M. Britain and Atomic Energy… P. 28).


[Закрыть]. 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}. 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}. 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]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).


[Закрыть].

В своей второй статье Зельдович и Харитон исследовали возможность цепной реакции на медленных нейтронах в природном уране^{244}. 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}. 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}.[55]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.


[Закрыть]

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}. 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}.

Нильс Бор и Джон Уилер опубликовали важнейшую работу по теории деления в журнале «Физикэл Ревью» 1 сентября 1939 г., за два дня до начала войны в Европе[56]56
  Вторая мировая война началась 1 сентября 1939 г. – Прим. ред.


[Закрыть]. Помимо прочего, эта работа содержала теоретическое обоснование гипотезы Бора, согласно которой именно уран-235 делится медленными нейтронами. Александр Лейпунский, который представил на Харьковской конференции обзор состояния исследований по ядру, большую его часть посвятил теории Бора и Уилера. Он сказал, что в течение очень долгого времени нельзя будет осуществить разделение изотопов, и утверждал, что цепная реакция на медленных нейтронах «весьма сомнительна». Более того, добавил он, ничего нельзя сказать о возможности реакции на быстрых нейтронах, поскольку отсутствуют данные о таких процессах, как замедление быстрых нейтронов^{249}.

Большинство советских ученых скептически относились к возможности использования атомной энергии. Говорят, что Игорь Тамм в августе 1939 г., комментируя работу Зельдовича и Харитона, сказал: «Знаете ли вы, что означает это новое открытие? Оно означает, что может быть создана бомба, которая разрушит город в радиусе, возможно, десяти километров [от эпицентра взрыва]»^{250}.[57]57
  Имеются две другие версии замечания, сделанного И.Е. Таммом. По одной из них, он сказал: «Вы слышали новости? Харитон и Зельдович подсчитали, что в принципе возможна урановая бомба» (см.: Снегов С. Творцы. М.: Сов. Россия, 1979. С. 157). По другой: «Вы знаете, Харитон и Зельдович уже подсчитали, что из десяти примерно килограммов урана-235 можно сделать бомбу с такой разрушительной силой, что ее взрыв может уничтожить всю Московскую область» (см.: Головин И. Н., Смирнов Ю.Н. Это начиналось в Замоскворечье. М.: Изд. Ин-та атомной энергии им. И.В. Курчатова, 1989. С. 3). Последняя версия ошибочна, потому что Харитон и Зельдович до 1940 г. не подсчитывали критической массы урана-235. Все эти три версии исходят от И.Н. Головина.


[Закрыть]^,[58]58
  Автор цитирует по англоязычному источнику. Здесь слова И. Тамма приводятся в обратном переводе с английского. – Прим. перев.


[Закрыть] Но такого рода оценка была исключением. Иоффе в докладе, сделанном в Академии наук в декабре 1939 г., отметил, что представляется маловероятным, что в этом случае возможно использование результатов ядерной физики в практических целях^{251}. Капица в 1940 г. по этому же поводу заметил, что для осуществления ядерных реакций потребуется больше энергии, чем они могут отдать. Понадобится разделить изотопы, а для этого необходимо будет «затратить энергии больше, чем можно рассчитывать получить от ядерной реакции». Было бы весьма удивительным, сказал он, если бы возможность использовать атомную энергию превратилась в реальность^{252}.[59]59
  Это изложение разговора о фантастике с членами редколлегии журнала «Детская литература», состоявшегося где-то в 1939 г.


[Закрыть]

Исследования условий осуществления цепной реакции деления продолжались и после харьковской конференции. Курчатов предложил провести несколько экспериментов, которые могли бы установить; будет ли уран-238 делиться быстрыми нейтронами. Он поручил проведение одного из этих экспериментов Флерову и Константину Петржаку, молодому исследователю из Радиевого института. Задача опыта состояла в наблюдении за тем, как меняется величина потока нейтронов из урановой сферы, если внутри нее поместить источники нейтронов с различными спектрами энергий. Петржак и Флеров построили очень чувствительную ионизационную камеру для регистрации актов деления. Когда в начале 1940 г. они приступили к опытам, то, к своему большому удивлению, обнаружили, что ионизационная камера продолжает срабатывать, т. е. регистрировать деление, и тогда, когда они убрали источник нейтронов. Вскоре они пришли к заключению, что открыли спонтанное деление – деление, происходящее без бомбардировки нейтронами. Теоретически такой процесс был предсказан Френкелем, а также Бором и Уилером, но Петржак и Флеров первыми экспериментально доказали это явление^{253}.

Курчатов предложил Петржаку и Флерову провести ряд контрольных опытов, чтобы исключить возможность ошибки в эксперименте. Один из этих опытов был проведен под землей – в помещении станции московского метро «Динамо», чтобы показать, что деление не вызывается космическими лучами. В конце концов Курчатов убедился в том, что они открыли спонтанное деление. В мае 1940 г. Хлопин и Курчатов доложили об этом открытии в Академии наук, и вскоре в советских журналах появились соответствующие статьи^{254}. Курчатов, всегда придававший значение мнению иностранных физиков, послал короткое телеграфное сообщение об открытии в американский журнал «Физикэл Ревью», и оно было опубликовано в номере от 1 июля 1940 г. Флеров и Петржак хотели включить имя Курчатова в число авторов, поскольку это он предложил схему эксперимента и помогал им в анализе его результатов, но Курчатов отклонил это предложение. По-видимому, он опасался, что его молодые сотрудники не получат должного признания, если статья будет подписана и его именем^{255}.[60]60
  В письме в редакцию говорится: «С помощью 15 слоев ионизационных камер, откалиброванных для детектирования продуктов деления урана, мы наблюдали шесть импульсов в час, которые мы приписали спонтанному делению урана. Серия контрольных измерений, как представляется, исключила другие возможные объяснения: абсорбционные свойства совпадают с продуктами деления урана, бомбардируемого нейтронами. Такого рода импульсы отсутствуют в случае урана и тория. Среднее время жизни урана от десяти до шестнадцати или семнадцати лет». См. также: Петржак К. А., Флеров Г.Н. Спонтанное деление тяжелых ядер// Пятьдесят лет ядерной физики. М.: Энергоатомиздат, 1982. С. 105–109. Об отношении Курчатова к вопросу об авторстве см.: Флеров Г. II. Всему мы можем поучиться у Курчатова. С. 68–69.


[Закрыть] В Советском Союзе это открытие привлекло большое внимание. Его рассматривали как свидетельство того, что Курчатов и его сотрудники работают теперь на том же уровне, что и ученые ведущих исследовательских центров на Западе. Позднее Флеров говорил: «…Тогда, до войны, в нас очень были сильны приоритетные страсти. Все дрались за первенство»^{256}. Американец Уиллард Либби тоже пытался экспериментально обнаружить явление спонтанного деления, но потерпел неудачу. Это сделало успех советских физиков еще более приятным событием.