Атомный проект. История сверхоружия

Новый мощный толчок ядерной физике придала весть об открытии деления ядра, которая облетела мир в январе 1939 года. Советские ученые узнали об открытии, когда до них дошли иностранные журналы с описанием эксперимента Фредерика Жолио-Кюри. Виталий Хлопин и его сотрудники в Радиевом институте немедленно воспроизвели эксперимент и 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. В ходе этого исследования он открыл некоторые до этого времени неизвестные реакции распада ядер урана. Хотя выявить трансурановые элементы не получилось, Хлопин заключил, что цепочки радиоактивных превращений на самом деле свидетельствовали об их существовании. 1 апреля 1939 года он написал Владимиру Вернадскому: «Опыты, которые удалось пока поставить, использовав циклотрон, делают весьма вероятным, что трансураны всё же существуют, т. е. что распад урана под действием нейтронов течет различными путями».

В Физико-техническом институте Иоффе открытие деления атомного ядра также привело всех в волнение. Первая советская работа по делению ядра была сделана Яковом Френкелем. Он рассказал об этом на семинаре Курчатова, и вскоре его статья «Электрокапиллярная теория расщепления тяжелых ядер медленными нейтронами» была опубликована в «Журнале экспериментальной и теоретической физики».

Лаборатория Игоря Курчатова приступила к поискам ответа на вопрос, высвобождаются ли свободные нейтроны в процессе деления ядра и если высвобождаются, то в каком количестве. Мы помним, что это был ключевой вопрос, поскольку самоподдерживающаяся цепная реакция возможна только при высвобождении более чем одного нейтрона. Георгий Николаевич Флёров и Лев Ильич Русинов пришли к выводу, что на одно деление приходится от одного до трех таких нейтронов. Первое сообщение об этом они сделали 10 апреля 1939 года. К этому времени, однако, Фредерик Жолио-Кюри и два его сотрудника, Ханс фон Халбан и Лев Коварский, уже опубликовали статью, в которой утверждали, что в процессе деления испускаются вторичные нейтроны, а 22 апреля сообщили, что среднее число этих нейтронов на одно деление составляет три с половиной.

Как только эти эксперименты были завершены, Игорь Курчатов решил проверить гипотезу Нильса Бора, согласно которой медленные нейтроны вызывают деление только редкого изотопа урана-235. Проведя серию экспериментов, Флёров и Русинов подтвердили, что Бор прав, о чем доложили на семинаре 16 июня 1939 года.

К сожалению, результаты опытов, которые ставили советские физики, попадали в западную печать с большой задержкой, и получалось так, что приоритет доставался другим. Работы, выполненные в 1939 году лабораторией Курчатова, не были опубликованы вплоть до 1940 года, а к тому времени они утратили передовое значение.

Самая важная теоретическая работа, выполненная на тот период в СССР, принадлежала ленинградским исследователям Якову Борисовичу Зельдовичу и Юлию Борисовичу Харитону. Летом 1939 года в автобусе по пути в институт Зельдович узнал от коллеги о статье, в которой французский физик Франсис Перрен пытался определить величину критической массы урана, необходимой для возникновения в ней цепной реакции. Идея заинтересовала Зельдовича, и он рассказал Харитону о расчетах, выполненных Перреном. Вместе они проштудировали статью француза, но его анализ не показался им убедительным, и они решили, что сами исследуют проблему.

Поначалу Зельдович и Харитон работали над новой темой по вечерам, но вскоре поняли, что задача настолько велика, что ее решению они должны посвятить все свое время. Они стали посещать семинар Курчатова, на котором вскоре ознакомились с новейшими исследованиями в области ядерной физики.

В октябре 1939 года они направили в «Журнал экспериментальной и теоретической физики» две свои работы. В первой из них рассматривалась возможность развития цепной реакции в уране-238 под воздействием быстрых нейтронов. Зельдович и Харитон теоретически определили условия, при которых цепная реакция может запуститься, 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.