Атомный проект. История сверхоружия - Антон Первушин

Игорь Тамм, комментируя работу Зельдовича и Харитона, заявил: «Знаете ли вы, что означает это новое открытие? Оно означает, что может быть создана бомба, которая разрушит город в радиусе, возможно, десяти километров». Однако большинство советских ученых скептически относились к возможности использования атомной энергии. Абрам Иоффе в докладе, сделанном в Академии наук в декабре 1939 года, отметил, что если основываться на выводах, изложенных в статьях Зельдовича и Харитона, то представляется маловероятным использование результатов ядерной физики в практических целях. Пётр Капица в начале 1940 года по этому же поводу заметил, что для осуществления ядерных реакций потребуется больше энергии, чем они могут отдать. Было бы весьма удивительным, сказал он, если бы атомная энергетика стала реальностью.

Тем не менее исследования условий осуществления цепной реакции деления продолжались и после харьковской конференции. Чтобы убедиться в этом, достаточно взглянуть на план, который составил для своей лаборатории Игорь Курчатов:

В последнее время было открыто явление развала некоторых тяжелых ядер при захвате нейтронов. Эта реакция является новым типом ядерных превращений и представляет большой научный и, возможно, практический интерес.

В 1940 г. предполагается изучить взаимодействие нейтронов с ядрами урана и тория. Будет исследовано, происходит ли испускание вторичных нейтронов при захвате ядрами урана и тория быстрых нейтронов.

Курчатов поручил проведение одного из запланированных экспериментов Георгию Николаевичу Флёрову и Константину Антоновичу Петржаку, молодому исследователю из Радиевого института. Задача опыта состояла в наблюдении за тем, как меняется величина потока нейтронов из урановой сферы, если внутрь поместить источники нейтронов с различными спектрами энергий. Флёров и Петржак построили очень чувствительную ионизационную камеру для регистрации актов деления. Когда в начале 1940 года они приступили к опытам, то, к своему большому удивлению, обнаружили, что ионизационная камера продолжает срабатывать (то есть регистрировать деление ядра) и в том случае, когда они убрали источник нейтронов. Вскоре они пришли к заключению, что открыли спонтанное деление, происходящее без бомбардировки нейтронами. Теоретически такой процесс был предсказан Нильсом Бором и Яковом Френкелем, но теперь он получил экспериментальное подтверждение.

Игорь Курчатов предложил Флёрову и Петржаку провести ряд контрольных опытов, чтобы исключить возможность ошибки в эксперименте. Один из них был проведен под землей – в помещении станции московского метро «Динамо», чтобы показать, что деление вызывается не космическими лучами, а происходит само собой. В мае 1940 года Хлопин и Курчатов доложили об этом открытии в Академии наук, и вскоре в советских журналах появились соответствующие статьи. Курчатов, всегда придававший значение мнению иностранных физиков, послал короткое телеграфное сообщение об открытии в американский журнал «Физикал ревью», и оно было опубликовано в номере от 1 июля 1940 года. В Советском Союзе это открытие привлекло очень 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 Флёров вспоминал: «Тогда, до войны, в нас очень были сильны приоритетные страсти. Все дрались за первенство».

7 марта 1940 года Яков Зельдович и Юлий Харитон направили в «Журнал экспериментальной и теоретической физики» свою третью статью «Кинетика цепного распада урана», которая была опубликована в мае. Если в первых двух статьях они исследовали условия развития цепной реакции в системе «бесконечного размера», то теперь изучали цепную реакцию в ситуации, близкой к критической. Цепная реакция будет развиваться только в блоке критических размеров, писали они. При этом она могла бы дать огромное количество энергии и сделать возможным «некоторые применения урана». Но окончательный вывод об использовании деления ядер для получения энергии или для взрывов нельзя сделать, пока не будет понята кинетика цепной реакции. Особенно важно понять переход от «подкритического» состояния к «надкритическому», потому что этот переход может произойти очень быстро. Вычисления Зельдовича и Харитона показали, что как только система приближается к критическому состоянию, тепловое расширение урана (которое позволило бы нейтронам покинуть блок урана) и испускание запаздывающих нейтронов способны оказывать решающее влияние на переход в критическое состояние.

Такие свойства системы (прежде всего регулировка через тепловое расширение) делают экспериментальное исследование и энергетическое использование цепного распада урана безопасным. Взрывное использование цепного распада требует специальных приспособлений для весьма быстрого и глубокого перехода в сверхкритическую область и уменьшения естественной терморегулировки.

В статье также говорилось о физических процессах, которые должны оказаться определяющими при конструировании атомных реакторов. Из нее также видно, что Зельдович и Харитон размышляли о цепных реакциях на медленных и быстрых нейтронах и что они предполагали возможность использования внутриядерной энергии как для бомб, так и для получения энергии.

Достижения советских ядерных физиков наконец-то начали получать призвание в мире. Во многом это было связано не только с возросшим уровнем советской науки, но и с тем, что после начала Второй мировой войны многие ведущие западные ученые были вынуждены прервать работу, эмигрировать или прекратить публикации о своих достижениях из опасения, что они поспособствуют развитию немецкой физики, подчиненной интересам гитлеровцев. Поведение советских ученых было совсем другим. Они продолжали свободно публиковать свои работы. Не было и попыток предупредить свое правительство о возможности практического применения реакции деления ядер. В отличие от США в Советском Союзе не оказалось большой группы физиков-эмигрантов, которые забили бы тревогу о нацистской атомной бомбе. Кроме того, выражение тревоги по отношению к перспективам создания такой бомбы противоречило бы советско-германскому пакту, подписанному в августе 1939 года, и договору о дружбе, который последовал за ним в сентябре.

Открытое заключение стратегических договоров между СССР и нацистской Германией привело в итоге к тому, что западные физики решили прекратить обмен научной информацией по проблемам деления ядра еще и со своими советскими коллегами.

Урановая комиссия

Научный обозреватель газеты «Нью-Йорк таймс» Уильям Лоуренс внимательно следил за достижениями в области ядерных исследований. В конце апреля 1940 года он узнал от Петера Дебая, который тогда посетил США, что большая часть сотрудников Физического института Общества имени кайзера Вильгельма ориентирована на работы по урану. Он счел это подтверждением своих подозрений о том, что нацистская Германия работает над созданием атомной бомбы. В то же время Лоуренс прослышал, что два маленьких образца урана-235 были выделены Альфредом Ниром, работавшим в Миннесотском университете, и что эти образцы были использованы Джоном Даннингом из Колумбийского университета для экспериментального подтверждения деления редкого изотопа под действием медленных нейтронов. Обозреватель решил, что пришло время написать «сенсационную статью».

В воскресенье 5 мая 1940 года газета «Нью-Йорк таймс» поместила на своей первой полосе статью Уильяма Лоуренса под заголовком «Наука открыла громадный источник атомной энергии». Обозреватель писал об эксперименте Даннинга и утверждал, что последним шагом, который осталось сделать для решения проблемы нового источника энергии, является усовершенствование методов извлечения урана-235. Он особо остановился на исключительной взрывной мощности урана-235 и на «возможном колоссальном влиянии последствий этого открытия на исход войны в Европе». Он также сообщал, что «каждому немецкому ученому, работающему в этой области, – физику, химику, инженеру <…> приказано бросить все остальные исследования и посвятить себя только этой работе».

Уильям Лоуренс надеялся, что его статья насторожит политических деятелей, показав им опасность того, что нацистская Германия может создать атомную бомбу. Когда из Вашингтона не последовало никакого отклика, обозреватель был этим очень обескуражен. Но его статья повлекла за собой событие, которого Лоуренс совершенно не ожидал и о котором, возможно, так никогда и не узнал.

Георгий Владимирович Вернадский, сын знаменитого мыслителя, преподававший историю в Йельском университете, зная, конечно, об интересе своего отца к проблемам атомной энергии, послал ему статью Лоуренса. Когда академик Владимир Вернадский получил это письмо, он находился в подмосковном санатории «Узкое». История, рассказанная Лоуренсом, произвела сильное впечатление. И первый вопрос, который пришел Вернадскому в голову: хватит ли у Советского Союза урановой руды для использования в качестве источника атомной энергии? Он и академик Виталий Хлопин, который тоже находился в «Узком», написали в Отделение геологических и географических наук АН СССР, предлагая разработать план разведки залежей урана: