Люди и атомы

Для Ферми и небольшой группы эмигрантов, получавших от своих коллег из-за границы тревожные сообщения о привлечении все большего числа ведущих немецких ученых и инженеров к работе над урановой проблемой в Институте кайзера Вильгельма в Берлине, 1940 г. тянулся мучительно медленно. Чем внимательнее они изучали поступающие из Германии скудные и-отрывочные сведения, тем более убеждались в возможности использования деления урана для создания самого разрушительного оружия.

Они ясно представляли, что главное в атомной проблеме — это точное экспериментальное доказательство возможности цепной реакции, которая зажжет атомный огонь или-взорвет атомную бомбу. Для этого было необходимо сконцентрировать достаточное количество делящегося элемента — урана-235.

В свете теорий группы Ферми, самопроизвольная цепная реакция может выделить при соответствующем управлении огромное количество атомной энергии для нужд промышленности, а бесконтрольная цепная реакция может дать взрывную силу, в миллионы раз большую, чем тротил. Управляемая цепная реакция подобна контролируемому сгоранию бензина в двигателе автомобиля, а неуправляемая — горящей спичке, брошенной в бак с бензином.

Ученые знали, что получение определенных доказательств возможности цепной реакции означало бы необходимость срочной организации работ по созданию атомной бомбы, так как была большая вероятность того, что немцы уже опередили нас и, возможно, находятся на пороге создания этого оружия. С другой стороны, если исследования откроют какой-нибудь неизвестный фактор, который сделает невозможным цепную реакцию, у нас будут доказательства того, что немцы не смогут создать атомную бомбу.

Из Калифорнийского университета поступило сообщение, что инертный, не расщепляющийся тяжелый уран- 238 может быть превращен с помощью нейтронов в совершенно новый, не существующий в природе 94-й элемент, расположенный на две ступеньки атомной лестницы выше урана (92-го элемента).

Это открытие было особенно важным в связи с тем, что 94-й элемент, позднее названный плутонием, был так же эффективен в качестве расщепляющегося элемента, как и недоступный уран-235. Особенно большое значение имело то обстоятельство, что плутоний отличался от урана в химическом отношении, и поэтому его можно было отделить от урана-238. Другими словами, препятствие, которое делало невозможным отделение урана-235 от урана-238, могло быть полностью преодолено, если бы мы обошлись без урана-235.

Но как только был найден путь для обхода одного из серьезных препятствий, выдвинутых природой, ученые столкнулись с другими трудностями. Производство плутония из урана-238 требовало огромного количества нейтронов, и единственный путь получения этих нейтронов — деление урана-235 в ходе цепной реакции, само протекание которой было невозможно ввиду наличия не расщепляющегося урана-238!

«Это просто зловредность природы»,— вздыхал Ферми.

Действительно, природа вела злую игру с человеком. Сначала она показала ему элемент, который был ключом для энергетической установки космоса, но смешала этот элемент с большим количеством другой его разновидности, которая мешала зажечь атомный огонь. Затем она повертела перед носом человека другим элементом, также подходящим для этих целей, который мог быть создан из самого гасителя огня, но при этом поставила создание нового элемента в зависимость от горения атомного огня, что было невозможно из-за присутствия гасителя огня.

Однако с самого начала Бор и Уилер предположили, что у элемента, похищающего нейтроны и гасящего огонь, есть одно слабое место, "которое, если его полностью использовать, устранит возникшее препятствие. Их выводы показали, что беспокойный уран-238 может выполнять свою роль похитителя нейтронов — что мешало ходу цепной реакции — лишь при строго определенных условиях. Изменение этих условий ослабит его силу.

Выводы Бора и Уилера явились серьезным основанием для того, чтобы считать, что уран-235 может быть расщеплен нейтронами большой энергии, несущимися со скоростью более чем 220 тысяч метров в секунду, так же как и очень медленными нейтронами, заторможенными замедлителем до скорости 22 метра в секунду. Бор и Уилер показали, что «нейтронный вор» — уран-238 — может похищать нейтроны лишь высоких скоростей, в то время как уран-235 имеет пристрастие к медленным нейтронам, движущимся на малых скоростях, и притягивает их к ядру прежде, чем «нейтронный вор» в ядре урана- 238 захватит их. Другими словами, это означало, что уран-238 совершенно бессилен помешать началу и ходу цепной реакции в уране-235, вызванной нейтронами, замедленными до крайне малых скоростей — не более 22 метров в секунду.

Сценой для показа этого нового научного триумфа должно было служить сооружение, возведенное из блоков естественной смеси урана и больших блоков графита — того вида углерода, который употребляется в обычных карандашах. По мнению Ферми, это был самый экономичный замедлитель нейтронов.