Текст книги "История атомной бомбы"
Автор книги: Хуберт Мания
сообщить о нарушении
Текущая страница: 10 (всего у книги 23 страниц)
Кто бы мог подумать, что спортивное честолюбие пригодится и в экспериментах. Поскольку выясняется, что некоторые радиоактивные продукты распада уже через минуту своего существования еще раз претерпевают превращение, а потом могут стать и необнаружимыми. Чтобы все-таки подтвердить радиоактивный процесс в облученном веществе, нужно поднести его к счетчику Гейгера непосредственно после бомбардировки нейтронами. Но счетчик непременно должен стоять на достаточном удалении от источника нейтронов, чтобы не регистрировать еще и излучение радона-бериллия, фальсифицируя тем самым результаты. Решить эту дилемму в Физическом институте Римского университета можно,только если разнести в противоположные концы коридора на втором этаже помещение для облучения и помещение для измерения. А это означает: быстрейшие бегуны группы Ферми мчатся с облученным материалом вдоль по коридору к счетчикам Гейгера, чтобы успеть идентифицировать короткоживущие продукты распада. Бегает главным образом начальник собственной персоной, поскольку считает себя непобедимым в спринте. Эдоардо Амальди, который в Лейпциге учился у Петера Дебая, коллеги Гейзенберга, утверждает о себе то же самое и при случае вызывает Ферми на состязание по коридору.
Лаура Ферми описывает посещение института одним испанским аристократом, который с благоговейным трепетом высказывает желание поговорить с «Его превосходительством Энрико Ферми» – и слышит в ответ: «Папа наверху». Когда он поднялся на второй этаж, мимо него, осклабившись, промчались два типа в грязных развевающихся халатах, с шелестящей серебряной фольгой в руках, под вопли коллег-болельщиков. Каков же был ужас посетителя, когда в измерительном помещении один из потных спринтеров как раз и оказался «Его превосходительством» – титул, которым его сподобил Бенито Муссолини и которым он не так уж и гордился. Разговор с испанцем проходил между считыванием показаний счетчика Гейгера и новой пробежкой Папы по коридору – вот этот титул, возникший из дружеской шутки, нравился Ферми куда больше.
Первую из своих десяти статей об экспериментах с нейтронами Энрико Ферми публикует в марте 1934 года. А летом его результаты становятся главной темой разговоров среди физиков и химиков во всем мире. Особенно пристально методы Ферми изучаются в Далеме. В конце летнего семестра группа Ферми успешно бомбардировала нейтронами и самый тяжелый и последний элемент в таблице периодической системы. В ядре урана теснятся 92 протона и 146 нейтронов. До сих пор альфа-лучи были бессильны против этой плотной скученности положительно заряженных и нейтральных ядерных частиц. После облучения нейтронами Ферми, к своему удивлению, находит сразу пять новых радиоактивных изотопов с периодом полураспада от десяти секунд до девяноста минут. Субстанция, исследованная им основательнее прочих, имеет период полураспада тринадцать минут, однако после химического анализа ей не достается места в непосредственном соседстве с ураном. Экскурсия «по окрестностям» приводит Ферми на десять ступенек ниже – до свинца с порядковым числом 82. Спускаться еще ниже, по его мнению, не стоит, поскольку все предыдущие опыты с нейтронным обстрелом показали, что активированные ядра превращаются в элемент, расположенный в таблице непосредственно рядом с элементом – до или после него.
Но если для нового тринадцатиминутного атомного ядра место передураном с порядковым числом 92 бесспорно исключено, то из имеющегося опыта можно сделать вывод, что Ферми открыл неизвестный элемент с порядковым номером 93, заураном, а также зарамками природы. Первый химический элемент, произведенный руками человека? Шестнадцатого июня в специализированном журнале «Природа»должна появиться статья Ферми со скромным названием «О возможном производстве элементов с порядковым числом больше 92». Однако когда Орсо Марио Корбино, экзальтированный директор Физического института в Риме, на двенадцать дней раньше публикации заявляет как о свершившемся факте о чреватом славой открытии так называемых трансурановых элементов в его институте, у Ферми холодеют ноги. Загадочный термин «трансураны» тотчас же подхвачен мировой прессой и подается как сенсация. Сам бы он, говорит Ферми на срочном совещании со своим институтским шефом, не рискнул сделать такое рискованное заявление, пока не исключены все ошибки. И вскоре следует совместное заявление Корбино и Ферми – весьма сдержанное. Мол, следует еще провести «множество тщательных опытов, прежде чем создание элемента 93 можно будет считать доказанным».
Этого требует и женщина-химик Ида Ноддак из Германии. Она, судя по всему, не собирается взмывать вместе со всеми на волне воодушевления трансуранами и критикует методы доказательств Ферми как ненадежные. Она упрекает группу из Рима в том, что сравнение их новонайденного радиоактивного вещества с известными элементами было проведено недостаточно основательно. Почему сравнение произвольно и преждевременно оборвано на свинце? Раз уж в случае с трансуранами речь заходит о новаторском утверждении, Ферми тем более следовало сперва исключить и остальные элементы – если понадобится, вплоть до водорода.
В поиске новых элементов Ида Ноддак знает толк. В 1925 году она, совместно с мужем Вальтером Ноддаком, идентифицировала элемент с порядковым числом 75 и назвала его рений, увековечив свою рейнскую родину. В 1932 году она впервые была выдвинута на Нобелевскую премию по химии и в нынешнем году опять могла питать надежды. Чтобы подчеркнуть, что заключение Ферми, будто он нашел элемент с порядковым числом 93, не является единственным выводом из эксперимента, Ида Ноддак делает в авторитетном журнале «Прикладная химия»от пятнадцатого сентября 1934 года смелое альтернативное предложение. Дескать, пусть до сих пор при обстреле тяжелых элементов альфа-лучами происходили ядерные превращения, допускавшие возникновение лишь соседних элементов. Но ведь можно «точно так же принять, что при этом новом методе разрушении ядер нейтронами произойдут и существенно иные „ядерные реакции“, чем наблюдались до этого... Вполне допустимо представить, что при обстреле тяжелых ядер нейтронами эти ядра распадутся на несколько крупныхобломков...».
«Расщепление» ядра урана на «несколько крупныхобломков». Она даже выделяет курсивом решающую часть этой провокации, словно вознамерившись спустить нерадивых итальянцев вниз по ступеням периодической системы в область средних порядковых номеров между сорока и пятьюдесятью – там пусть и собирают обломки ядра урана. Например, двумя такими крупнымифрагментами могли быть кадмий (48) и рутений (44), вместе они дают 92, порядковый номер урана. Или серебро (47) и родий (45). Или ксенон (54) и стронций (38). Как же Ферми и его группа могут исключить эти возможности, если они оборвали свои сравнения на свинце с порядковым номером 82? Однако выступление Иды Ноддак безжалостно игнорируется. Ферми даже готов бы и принять критику Ноддак в адрес его химического анализа, но вот уж ее интерпретация ядерной реакции урана звучит на слух римских экспериментаторов совершенно нелепо. Не он ли сам бомбардировал нейтронами именно все элементы по очереди, всегда откалывая от них лишь минимальные фрагменты? И теперь с чего бы вдруг самый тяжелый элемент должен развалиться на крупные обломки? Это не похоже на правду.
В октябре 1934 года, через четыре недели после выпада Иды Ноддак, секстет Ферми продолжает свои опыты облучения, чтобы выстроить шкалу активируемости ядер. Делая замеры при облучении серебряного цилиндра, стоящего на деревянной столешнице, они странным образом отмечают более высокую радиоактивность, чем у того же цилиндра на мраморной плите. Неужто разные материалы могут как-то влиять на поток нейтронов? В то время как все сотрудники грешат на неисправность приборов, Ферми зацикливается на этом странном феномене и последовательно изменяет порядок эксперимента. Утром двадцать второго октября он только собрался вставить между источником нейтронов и серебряным цилиндром тщательно отшлифованный по его указаниям клин из свинца, как вдруг ни с того ни с сего передумал в пользу парафина – как выяснилось впоследствии, это было ничем не объяснимое наитие, одно из его знаменитых решений con intuito fonnidabile, как сам он охотно называет это: по чудовищной интуиции.
На сей раз эта «чудовищная интуиция» приводит к открытию, имеющему богатые последствия, Лаура Ферми описывает это так: «Они взяли большой блок парафина, сделали в нем выемку, вставили туда источник нейтронов, облучили серебряный цилиндр и поднесли его к счетчику Гейгера, чтобы измерить его активность. Счетчик бешено затикал. По всему физическому корпусу разносились вопли: "Фантастика! Невероятно! Черная магия!"». Парафиновый фильтр увеличил эффект облучения в сотни раз. Видимо, парафин каким-то образом ускоряет нейтроны – гласит первая гипотеза. Пообедав и вздремнув, Ферми выкладывает прямо противоположное объяснение. Парафин имеет высокое содержание водорода. А поскольку атомы водорода представляют собой чистые протоны, то нейтроны, пролетая через парафин, сталкиваются со множеством протонов, прежде чем достигнут серебряного цилиндра. Поскольку нейтрон имеет почти ту же массу, что и протон, он при столкновении теряет энергию и затормаживается. Но именно такой – замедленный – нейтрон теперь столкнется с ядром серебра и взорвет его с большей вероятностью, чем более быстрый нейтрон. Замечательная жена Ферми объясняет это явление на примере мяча для гольфа, который лежит в трех метрах от лунки. В лунку вкатится только медленный мяч. А с размаху ускоренный – пролетит над ней. Также и деревянная столешница в лаборатории, по-видимому, тормозит нейтроны эффективнее, чем мраморная плита.
Итак, если атомы водорода в парафине замедляют нейтроны и тем самым усиливают искусственно вызванную радиоактивность серебра, то эксперимент с водой просто напрашивается. В тот же вечер эта лежащая на поверхности идея претворяется в жизнь. Все имеющиеся в лаборатории сосуды кажутся впавшей в эйфорию группе недостаточно большими, чтобы вместить затребованное Ферми «изрядное количество воды». И тут кто-то вспоминает про искусственный пруд, который хозяин Корбино обустроил в саду Физического института среди клумб и миндальных деревьев. Недолго думая, секстет ненадолго погружает в пруд источник нейтронов и серебряный цилиндр. Первая гипотеза Ферми, похоже, подтверждается, ибо и в воде активность серебра сильно возрастает. Медленные нейтроны – явно ключ к большему выходу искусственно произведенного радиоактивного вещества. Это новое знание позволит в будущем заменить дорогие радиоактивные вещества в медицине и в промышленном производстве на искусственные. Эмигрировавший в 1933 году в Англию немецко-еврейский физик Ганс Бете нахваливал Италию за ее изобилие мрамора и высказал подозрение, что медленные нейтроны могли быть открыты лишь на родине Ферми. В Америке, мол, все опыты проводились бы «на деревянных столах, и никто бы ни до чего такого не додумался».
Однако после этих новаторских открытий в Риме анализ распада урана топчется на месте. Дело весьма сложное, а поскольку никакого продвижения нет, группа Ферми расформировывается. Никто на тот момент не думает об опытах по высвобождению атомной энергии. Кроме, разумеется, Лео Силарда. Своим потенциальным спонсорам он обещает «производство энергии... в таком масштабе и, предположительно, со столь малыми затратами, что можно рассчитывать на своего рода промышленную революцию. Смею сомневаться, продержится ли после этого добыча угля и нефтяная индустрия дольше пары лет». К этому времени Силард своими грандиозными планами довел-таки до кондиции и Хаима Вейцмана. Действительно ли он убедил его своей идеей ядерной цепной реакции, неизвестно. Но Вейцман, по крайней мере, пообещал раздобыть десять тысяч долларов, необходимые Силарду для его опытов. Он с нетерпением ждет в Лондоне денег. Силард хочет облучить все элементы нейтронами, как Ферми, и посмотреть, из какого вещества он сможет выбить дополнительные нейтроны, чтобы вызвать ядерную цепную реакцию.
А пока что он обстреливает нейтронами бериллий, который кажется ему главным кандидатом для запуска цепной реакции. Пожалуй, лишь благодаря своей живой манере вести непринужденную беседу и упоминанию между делом знаменитых имен из круга друзей, он получает разрешение использовать в Лондоне лабораторию, пустующую во время летних каникул. Столкнувшись при этом лицом к лицу с неконтролируемым хаосом из рядов распада и промежуточных продуктов, он – в манере человека, который сделал себя сам, поскольку голь на выдумки хитра, – недолго думая, изобретает сообща с лабораторным ассистентом Томасом Челмерсом простой, элегантный и дешевый метод разделения радиоактивных и нерадиоактивных изотопов одного и того же элемента. Описание этого способа приносит ему летом 1934 года признание сообщества и маркирует его рождение в качестве физика-ядерщика. Однако его царственное шествие к более-менее приемлемой цепной реакции в ядрах бериллия так и не состоялось.
Жгучий интерес к экспериментам Ферми проявляет Лиза Мейтнер у себя в Берлине. Слишком уж хорошо она помнит одного сотрудника Ферми, обаятельного Франко Разетти, который два года назад стажировался в ее институте. Они чуть было не вошли вдвоем в исторические справочники в качестве открывателей нейтрона. К этому вело как предсказанное Мейтнер еще в 1921 году существование электрически нейтрального ядерного кирпичика, так и исследование непонятного излучения бериллия стажером Разетти под ее руководством. Однако Джеймс Чедвик своей публикацией на четыре недели опередил немецко-итальянскую группу. За несколько дней до двадцать третьего октября 1934 года со всеми его волнениями в Риме вокруг куска парафина и вокруг искусственного пруда, реконструируя схему эксперимента Лео Силарда, Мейтнер – параллельно и независимо от Ферми – приходит к предположению, что энергия, а тем самым и скорость нейтронов может оказывать решающее влияние при производстве искусственной радиоактивности. Теперь ей хотелось бы повторить опыты Ферми. Она тоже считает в принципе возможным существование трансурановых элементов, но знает также, что ей, как физику, в дальнейших исследованиях урана необходим рядом выдающийся химик, который проводил бы радиохимические анализы. Ей не приходится долго раздумывать. Один из лучших в мире кандидатов для выполнения этой задачи работает в том же здании Химического института кайзера Вильгельма в Далеме, что и она сама – только этажом выше ее лаборатории. Его зовут Отто Ган.
Двенадцать лет оба они шли в профессии каждый своим путем, что никак не мешало их дружбе. Ган как никто другой подходит для того, чтобы правильно рассчитать запутанные многочисленные радиоактивности и времена распада облученного урана. Пару недель он еще жеманится, но в августе 1934 года Мейтнер и Ган возобновляют их проверенную временем работу в одной команде.
За год до этого Лизе Мейтнер пришлось оставить свою профессуру в Берлинском университете – она тоже стала жертвой «Арийского параграфа», ибо в категориях новых властей Лиза Мейтнер двадцатипятипроцентная еврейка. В негосударственном Институте кайзера Вильгельма ее должность пока не подвергается опасности. Она защищена и своим австрийским паспортом. Ган находится под особым наблюдением членов партии даже в собственном доме, поскольку он откровенно не хочет примыкать к национал-социализму. В конце 1934 года к рабочей группе присоединяется тридцатидвухлетний химик д-р Фриц Штрассман. Он тоже стойко уклоняется от вступления в национал-социалистическую профессиональную организацию, так что трио, работающее сообща, вызывает у режима подозрение.
С самого начала им удается отделить друг от друга короткоживущие продукты облученного урана лучше, чем это смог сделать до них Ферми. Правда, одни вещества при этом постоянно порождают другие с поразительными семейными отношениями. Материнские и дочерние субстанции распознаются и через несколько поколений продуктов распада. Господствующие основные принципы физики и химии позволяют классифицировать продукты реакции как трансурановые элементы. Берлинцы логично подтверждают рассуждения Ферми об искусственных элементах, которые тяжелее урана. Медленные нейтроны производят не такие ряды распада урана, как энергичные снаряды. Значение этих странных результатов по-прежнему остается загадкой.
Лиза Мейтнер – движущая сила берлинского трио. Даже когда Ган и Штрассман радуются доселе неизвестным веществам и подходящим для них порядковым числам, Лизу Мейтнер не покидает тревога. И когда Ган в очередной раз клятвенно заверяет ее в корректности и достоверности своей работы, она порой отвечает ему: «Уймись, Гансик, ступай к себе наверх. В физике ты ничего не смыслишь», на что он обижается – это running gagмежду старыми друзьями с почти тридцатилетним стажем, и они его с удовольствием разыгрывают перед посетителями и знакомыми. Мейтнер побуждает господ химиков подробнее исследовать и те фильтраты, которые остаются при разделении радиоактивных элементов. Среди этих фильтратов присутствует и пресловутый «двадцатитрехминутник», о котором Мейтнер хотелось бы знать побольше. Однако Гану и Штрассману эта работа кажется слишком сложной, а главное – бессмысленной. С их точки зрения, они подают своей «начальнице» химически безупречно идентифицированные трансурановые элементы на серебряном подносе. Зачем же еще рыться в отходах?
Мейтнер знает, что как химики Ган и Штрассман, должно быть, правы, но как физик она не может удовлетвориться своим недостаточным пониманием ядерной реакции. Летом 1936 года Штрассману однажды показалось, что среди короткоживущих радиоактивных веществ урана промелькнул барий, элемент с порядковым номером 56 – для Мейтнер это вещь невозможная. Она отговаривает Штрассмана от дальнейших поисков в этом направлении: по ее словам, это может быть только «эффект загрязнения». Ган, Мейтнер и Штрассман публикуют статью, в которой подтверждают несомненное открытие четырех трансурановых элементов. Но для Лизы Мейтнер физические процессы при облучении урана нейтронами – неожиданно сложные, еще непонятные – имеют такое же большое значение, как и сами трансурановые элементы. К этому времени уже никто больше не вспоминает ни в Беркли, ни в Кембридже, ни в Париже, ни в Цюрихе идею Ноддак о расщеплении ядра на фрагменты приблизительно одинаковой величины.
В то время как трио в Далеме с их современнейшей аппаратурой работает на мировом уровне, Лео Силард в Лондоне постоянно носит свое мобильное оборудование с собой в двух кожаных дорожных сумках. Неподалеку от своего отеля он снял две комнаты, которые превращаются в атомно-физическую лабораторию, как только он переступает порог и распаковывает содержимое своих сумок. В сменное белье завернуты: счетчик Гейгера, блок парафина, усилитель, металлическая фольга в коробках из-под сигарет и записная книжка. Его источник нейтронов – это проверенная смесь из радона и бериллия. Добытые здесь и опубликованные им сведения о поглощении нейтронов в облученных атомных ядрах производят впечатление даже на Нильса Бора и Эрнеста Резерфорда, который еще недавно выгнал его из своего института. В сентябре 1935 года Лео Силард предлагает британскому Адмиралтейству два своих патента на ядерные цепные реакции при критической массе. Он отказывается от лицензий и гонораров. Для него важно только одно: чтобы его идеи сохранялись как военная тайна. Он хочет уберечь их от попадания в руки немцев.
Двенадцатого декабря 1935 года супруги Жолио-Кюри получают Нобелевскую премию по химии. Они доказали, что химические элементы могут – путем облучения – превращаться в искусственные радиоактивные элементы. В заключение своей речи Фредерик Жолио говорит об удивительном прогрессе естественных наук и предостерегает от разрушительного аспекта высвобождения атомной энергии. «Ученые, которые по собственному произволу расщепляют элементы и пересоставляют их заново, вызовут и трансмутации взрывного типа, а именно настоящие химические цепные реакции». Тем самым у него получается – намеренно или нет – ссылка на Альфреда Нобеля, изобретателя динамита. Жолио говорит не о трансформациях, а о трансмутациях, которые могут привести к уничтожению мира – совершенно в смысле алхимической традиции, которой не чужды и Резерфорд и Содди.
