История атомной бомбы - Хуберт Мания

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 перед ураном с порядковым числом 92 бесспорно исключено, то из имеющегося опыта можно сделать вывод, что Ферми открыл неизвестный элемент с порядковым номером 93, за ураном, а также за рамками 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 крупных обломков...».

«Расщепление» ядра урана на «несколько крупных обломков». 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 крупными фрагментами 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.