1.КЛЮЧ К РАЗРУШИТЕЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ
1.КЛЮЧ К РАЗРУШИТЕЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ
екабрь 1938 г. был тяжелым месяцем для евреев. А если судить по краткому отрезку истории, прошедшему с тех пор, то это был плохой месяц и для человечества в целом. В Германии и контролировавшихся ею тогда странах Европы разрастался антисемитизм. В это же время во власти человека оказалось возможным использовать колоссальную энергию, заключенную в ядре атома.
За последние тридцать лет два вопроса — преследование евреев, а также высвобождение ядерной энергии и управление ею — по иронии судьбы переплелись до такой степени, на которую может отважиться лишь слепая история. Теория использования новой мощной силы явилась следствием того, что правящие силы в Третьем рейхе толкали мир к войне. Она была претворена на практике только под влиянием страха, что Германия могла первой открыть способ изготовления разрушительного оружия. И многие из европейцев, наиболее компетентные в этой области, были вынуждены искать убежища за пределами рейха.
В начале декабря 1938 г. германская кампания против евреев получила новый официальный и зловещий импульс в виде серии приказов и декретов, в некоторых отношениях даже более свирепых, чем массовые высылки в концентрационные лагеря и организованный террор, позорившие германскую нацию в течение нескольких предшествующих лет. Министерство промышленности 5 декабря декретировало порядок, по которому все евреи в пределах «Великого рейха*
должны были перевести свои капиталы на специальные банковские счета, контроль над которыми осуществлял министр. Действовали и другие «законы», согласно которым евреев можно было заставить продать находящуюся в их владении землю или другую собственность; евреи были лишены нрава заниматься розничной торговлей. Такие меры ввели частично и для того, чтобы обеспечить получение с евреев 250 миллионов марок (примерно 21 миллион фунтов стерлингов)— первого взноса в счет одного миллиарда марок — штрафа, наложенного на них коллективно за убийство еврейской молодежью фон Рата, третьего секретаря германского посольства в Париже.
Эти меры сопровождались все растущими более мелкими неприятностями. В Берлине людям, принадлежащим к заклейменной национальности, запретили доступ на биржу труда. В Мюнхене прекратили общественное денежное вспомоществование еврейским детям. По всей Германии осуществлялось множество подобных мелких, но весьма зловещих мероприятий в том широком решении «еврейского вопроса», к которому непреклонно стремились министры Третьего рейха. «По самой скромной оценке, число лиц, от которых германское правительство стремится избавиться, составляет более 500 тысяч,— комментировал лондонский «Таймс», газета, которая в то время не была сколько-нибудь недружественной к Германии.— Не менее трети этого количества составляют дети и молодежь, по отношению к которым общепринятая гуманность требует дать им какие-то шансы в жизни».
Все эти чудовищные законы, правила и декреты в течение 30-х годов создали в Германии гнетущую атмосферу. Свободное выражение идей, следование по путям независимо от того, куда они могли привести, считалось чуть ли не государственной изменой. В итоге из Германии было выдворено множество ученых, философов, писателей и работников искусств (из них далеко не все евреи). Многие из ученых вынуждены были играть незначительную роль в грядущей революции, которую несла с собой ядерная физика, или совсем в ней не участвовали. В числе ведущих физиков мира в 30-х годах был и знаменитый Альберт Эйнштейн. Результатом наглых притязаний нацистской философии было то, что в это время в Германии появилась школа пронацистских ученых, боровшихся за концепцию так называемой «германской физики» в противовес «еврейской физике»,— проявление высокомерной и все же жалкой веры в то, что открытие законов природы зависит скорее от расовой принадлежности, чем от разума. Уже в 1941 г. один из ее высших «жрецов», Гуго Динглер, высмеял идею преобразования массы в энергию как «продукт сумасбродного воображения»; осмеивать теорию Эйнштейна в это время мог только ум, оторвавшийся от фактов.
Вторжение политики в физику бедственно сказалось на науке в Германии, поскольку наложение интеллектуальных оков в виде идеи о «германской физике» и страх преследований толкали за ее границы как раз тех людей, которые в течение десятилетия закладывали основы ядерного века. В 1933 г. у Эйнштейна конфисковали имущество. Позже он заявил, что мог бы «жить только в стране, где царит политическая свобода, терпимость и равенство всех граждан перед лицом закона». В течение нескольких последующих лет участь Эйнштейна постигла и других европейцев, занимавших самые различные ступени в научной иерархии. Им предстояло сыграть свою роль в гигантском предприятии по использованию ядерной энергии для целей разрушения. Одни, как Лео Сциллард и Пауль Вигнер, уехали в Соединенные Штаты, где позднее обосновался и Эйнштейн. Другие направились в страны Европы, еще не оккупированные Германией. В 1933 г. многие выехали в Британию: Рудольф Пайерлс, Франц Симон, Карти, Клон, Макс Борн и Отто Фриш. К зиме 1938 г. германское правительство вполне преуспело в выпроваживании за границу наиболее опытных в Европе физиков- ядерщиков — людей, составлявших ту небольшую численно элиту, умы которой, единственные среди миллионов умов мира, были в состоянии понять и развить будущие открытия. Многие из них смогли начать новую жизнь в Британии. Это стало возможным благодаря предусмотрительности и щедрости двух человек, которым впоследствии предстояло сыграть важную роль в разработке ядерной бомбы. Одним из них был проф. Линдеманн (позднее лорд Черуэлл) из Кларендонской лаборатории (Оксфорд), выдающийся физик, богатый, спокойный и храбрый человек, который в первую мировую войну совершил легендарный личный подвиг, проверяя экспериментально свою теорию (как сбить самолет противника, находясь в мертвой петле). Черуэлл имел влияние во внешнем мире, у него было много знакомых, среди них — Гарри Мак-Гоун, председатель «Империал кемикл индастриз».
В начале 1933 г. Линдеманн вступил в переговоры с Мак - Гоуном о том, чтобы некоторым выдающимся ученым, оставшимся в Европе и находившимся под угрозой гибели, предложить обосноваться в Британии. Вскоре в Англию стали прибывать эти люди, которые сначала получали пособие по безработице, а затем их устраивали на исследовательскую работу. Различные крупные фирмы поощрялись действовать так же.
В декабре 1938 г. вежливость в международных отношениях еще поддерживалась. Америка, чувствуя себя в безопасности за широкими просторами Атлантического океана, сожалела о нежелательной направленности событий в Старом Свете, но пока еще мало что предпринимала. Шахт, президент Рейхсбанка и финансовый «зодчий» новой Германии, посетил Лондон для дружественных переговоров с кабинетом министров. Британия, униженная мюнхенским соглашением, с трудом решалась на какой-либо даже слабый жест неодобрения. Такова была обстановка к тому времени, когда в Берлине, не разрушенном тогда еще бомбами, установилась зима. Многие интеллигенты германской столицы оказались выброшенными вон, но на внешнем облике города это мало отразилось. Германия готовилась к истинно арийскому рождеству. Казалось, что, может быть, Гитлер прав и Третий рейх останется на тысячелетия. На самом же деле потребовалось менее семи лет, чтобы свалить этот монумент тирании и занять Германию оккупационными войсками. Однако исторически данный катаклизм имел меньшее значение, чем открытия в ядерной физике, сделанные за те же семь лет.
В 1939 г., когда Европа медленно катилась по наклонной плоскости к войне, процесс, приведший к созданию атомной бомбы, набирал скорость. Но начался он еще за несколько дней до рождества 1938 г., когда Отто Ган осознал, что он открыл нечто, названное им впоследствии «совершенно новым процессом». В действительности ученый расщепил ядро атома урана.
Значение важного эксперимента Гана, или, точнее, серии экспериментов, вообще не было понято непосвященными. Что касается «расщепления» атомов, то оно уже было осуществлено «естественным путем» в 1919 г. Резерфордом, неистовым новозеландцем, прозванным отцом атомного века, а затем «искусственным путем» Кокрофтом и Уолтоном в 1932 г. При беглом взгляде на прогресс человеческих познаний об атоме
за текущее полстолетие становится понятным, каким образом завершение работ в Берлине отделило старый мир от нового. Представление об атоме, как о чем-то похожем на бильярдный шар, отмирало с трудом. Годами было удобно пользоваться такой аналогией и предполагать, что мельчайшие «кирпичики», из которых построено все вещество, представляют собой твердые, но чрезвычайно малые частицы. Только лишь в последние годы XIX в. было открыто, что атомы некоторых веществ, в частности радия, непрерывно испускают лучи, или потоки частиц,— явление, делающее нелепой теорию «бильярдного шара». Фредерик Содди и Эрнест Резерфорд увидели в этих потоках частиц один из первых ключей к чудовищной энергии, скрытой внутри атома.
В первом десятилетии XX в. Резерфорд вместе с датским физиком Нильсом Бором сформулировали теорию атомного ядра — теорию, объяснившую непонятное до того времени явление радиоактивности. Ее справедливость вскоре была подтверждена экспериментально. Согласно этой теории атом содержит в себе ядро, состоящее из положительно заряженных частиц — протонов. Ядро окружено на сравнительно больших расстояниях отрицательно заряженными частицами — электронами. Диаметр ядра, представляющего собой сердце - вину атома радия, составлял, по тогдашним оценкам, что-то около миллионной части одной миллионной доли сантиметра Пространство между ядром и окружающими его, как планеты Солнце, электронами также непостижимо мало, но все же по сравнению с размерами ядра оно достаточно велико и превышает диаметр самого ядра почти в десять тысяч раз. Это значит, что атом не является твердым телом, как считали прежде, а состоит главным образом из пустоты.
Картина строения атома, нарисованная Резерфордом в первые годы нашего столетия, впоследствии изменялась и усложнялась с открытием других видов частиц, особенно нейтронов— незаряженных частиц, входящих в состав ядра. Но и известная ныне картина тоже лишь приблизительно верна. Еще более важным было установление Резерфордом других факторов. Во-первых, разница между атомом одного вещества и атомом другого заключается просто в различном количестве частиц, из которых каждый атом построен. Во-вторых, излучение такого вещества, как радий, состоит из естественно выбрасываемых атомных частиц, что приводит к медленному превращению одного вещества в другое. В-третьих, используя заряженные частицы в качестве «снарядов», можно искусственно превращать один элемент в другой.
В 1919 г., работая в Манчестерском университете, незадолго до своего назначения директором Кавендишской лаборатории в Кембридже, Резерфорд осуществил первое такое ядерное превращение, используя частицы, испускаемые радием, для бомбардировки атомов азота. Что-то около одной частицы из каждого миллиона попадало в ядро азота и превращало его в ядро атома кислорода. Энергия, выделявшаяся при таком превращении, была значительной, но все же большинство «снарядов» пролетало мимо целей, проходя относительно громадное пространство между целями и окружающими их электронами. Это было, как говорил Эйнштейн об аналогичном процессе, подобно «попытке стрелять птиц в темноте, к тому же если их вообще немного». В 1932 г. Кокрофту и Уолтону удалось осуществить превращение лития путем бомбардировки его протонами, искусственно ускоренными с помощью высокого напряжения. При этом попадания «снарядов» были во много раз более многочисленными, чем в эксперименте Резерфорда.
Ядерные частицы, используемые как снаряды, поглощались мишенями; происходила перестройка ядер этих мишеней, и когда какое-то количество частиц выбрасывалось, то оказывалось, что в итоге возникали уже новые ядерные структуры, отличавшиеся от старых. Но так как попаданий было мало, приходилось вводить в этот примитивный механизм расщепления атома энергию в больших размерах, чем ее получалось. Казалось, имелось мало надежды на получение когда- либо энергии в больших размерах, чем вводилось. Таково было положение, когда Отто Ган уже приближался к завершению своих экспериментов в Берлине в начале зимы 1938 г.
Была какая-то ирония в том, что именно этот мягкий, кроткий и доброжелательный человек мог почти непреднамеренно отпереть дверь в мир тех явлений, которые теперь называются ядерным делением. Все же высвобождение ядер- ной энергии было в такой же степени счастливой случайностью, как и большинство открытий, сделанных человеком. Ход событий со времени открытия Гана обеспечил свою полную квоту в истории всяких «если». Эмигрируй Ган из Третьего рейха и ищи он убежища в Англии, его эксперименты могли быть отсрочены надолго и были бы окутаны тайной в связи с
военной обстановкой. Оставайся Пайерлс и Фриш в Германии и Австрии, бомбу, возможно, не смогли бы даже и теперь использовать. Сумей Жолио-Кюри (его коллектив в Париже осуществил первую в мире ядерную цепную реакцию), искавший своих компаньонов в полуночной суматохе в доках Бордо летом 1940 г., найти английское судно «Брумпарк» и попасть в Британию, история снова могла бы пойти по другому пути...
Жизнь Гана можно разделить на две неравные части. Первая — образец честной, спокойной и сосредоточенной жизни германского профессора: это докторантура в Марбурге; исследования в Англии, которую он посетил, по его словам, с целью «научиться английскому языку и поработать с сэром Уильямом Рамзаем»; перевод в Берлинский университет и повышение в должности в связи с назначением в Институт кайзера Вильгельма. Во второй ее части, которая началась летом 1938 г., он стал больше разбираться в том нацистском мире, в котором жил; прошел через войну по туго натянутому интеллектуальному канату; был в 1945 г. арестован и вывезен в Англию, где в тихом кембриджском доме он впервые услышал — и сначала не поверил — о том, что на Хиросиму сброшена атомная бомба; затем был возвращен британскими властями в Геттинген — университетский городок в нескольких милях от границы русской зоны, где, как он сам говорил, в течение нескольких месяцев ложился каждый вечер в кровать с мыслью, не проснется ли на следующее утро в Москве. Но в эти дни события промчались мимо него прямо в ядерный век.
На пути, который привел Гана, компетентного, но сравнительно незаметного германского профессора, к осуществлению его знаменитых экспериментов в 1938 г., можно отметить несколько придорожных вех. Первой такой вехой явилось прибытие в 1907 г. из Вены в Берлин Лизы Мейтнер, профессора физики. Этой красивой и независимой женщине суждено было достигнуть исключительного положения в ядерной физике. «Она приехала из Вены для того, чтобы прослушать лекции Макса Планка по теоретической физике, и в свободное время посещала мою лабораторию, чтобы поработать со мной»,— объяснял Ган.
Несмотря на существовавшие предубеждения против женщин, вступающих на путь научной карьеры в области ядерной физики (предубеждение, не исчезнувшее полностью и сегодня), Лиза Мейтнер преуспела. Временная остановка в Берлине затянулась сначала на месяцы, а потом на годы. Когда кайзер Вильгельм II лично открывал свое Общество содействия науке в 1911 г., оба они, Мейтнер и Гаи, получили назначение в радиохимический отдел первого института, основанного Обществом. Это была вторая веха на жизненном пути Гана. Далее его карьера развивалась так же, как и у Лизы Мейтнер. Менее чем в десятилетие радиохимический отдел разросся и превратился в два отдела: одним — радиохимическим — руководил Ган, другой — ядерная физика — возглавляла д-р Мейтнер. В 1928 г. Ган был назначен директором всего института. Этот пост он занимал в течение 30-х годов.
Постепенно накапливая знания, Ган, Мейтнер и, несколько позднее, способный ассистент Фриц Штрассман начали серию решающих экспериментов. Как и ранние работы Резерфорда и Кокрофта с Уолтоном, эти эксперименты включали в себя бомбардировку мишени атомными частицами. Но между ранними работами по превращению вещества и тем, что было начато в Институте кайзера Вильгельма в конце 30-х годов, имелось два существенных различия. Прежде всего, в качестве бомбардирующих частиц использовались не положительно заряженные протоны, а нейтроны, открытые проф. Чедвиком в Кавендишской лаборатории только в 1932 г. Нейтроны представляют собой незаряженные частицы, которые вместе с протонами находятся в атомном ядре. У них как ядерных снарядов было большее преимущество перед протонами, применявшимися в первых экспериментах. Не имея электрического заряда, нейтроны не отталкивались положительно заряженными протонами в ядре: теперь любой ядерный снаряд, который попадал в ядерную мишень, не подвергался опасности отклонения в последний момент, как это было с протонами. Второе, и значительно более важное, было то, что берлинские ученые применяли в своих работах в качестве «мишени» не только легкие элементы. Азот, использовавшийся Резерфордом, как известно, имеет семь протонов в своем ядре, у лития, применявшегося Кокрофтом и Уолтоном, их только три. Немцы же решили использовать уран, ядро которого содержит 92 протона — более чем у какого-либо другого существующего в природе элемента.
Причиной такого выбора было то, что итальянский физик Энрико Ферми (как и многие другие, вынужденный бежать из Европы и сыгравший впоследствии решающую роль в создании атомной бомбы) уже пользовался ураном и получил результаты, которые не так просто было сразу понять. Следует помнить, что до этого времени во всех искусственных ядерных превращениях — а они были осуществлены в лабораториях всего мира — имели дело с удалением небольшого количества частиц из ядра. Когда Ферми в результате бомбардировки урана получил новый продукт, то ученые решили, что это протактиний, открытый Ганом и Мейтнер в 1917 г.,— единственное вещество, ядро которого содержит 91 протон. Но имелись обстоятельства, заставлявшие думать, что новое вещество — все же не протактиний. Окончательно решить этот вопрос мешало то, что количество полученного вещества было ничтожно малым и его не хватало для обычного анализа. Поэтому, когда Ган, Мейтнер и Штрассман начали свои работы, целью их исследований было установить точно, что же происходит с ураном, когда он подвергается бомбардировке.
Они добились уже значительных успехов, когда осенью 1938 г. события внешнего мира обрушились на их лабораторию. Незадолго до этого произошел аншлюсе, и Австрия была поглощена Германией. Стало ясно, что антисемитские законы и правила, теперь распространявшиеся на Австрию, должны сказаться и на Лизе Мейтнер. Ее не обвиняли ни в каком преступлении, ни в нарушении какого-либо закона, но Лиза Мейтнер не пыталась скрывать того, что она еврейка, а этого было достаточно, чтобы оказаться в опасности. Такие места, как Дахау, Бухенвальд и Равенсбрюк, в благовоспитанном обществе упоминались очень редко и никогда не назывались в присутствии иностранцев, но их зловещее назначение было известно даже наиболее наивным людям в Германии. Вскоре с помощью друга, одного датского физика, Мейтнер пересекла голландскую границу. Отсюда она перебралась в Стокгольм, договорившись со шведским физиком Манном Зигбаном о работе в его лаборатории.
Тем временем в Берлин-Далеме Ган и Штрассман продолжали свои исследования, которые к этому времени начали давать, казалось, необъяснимые результаты: ученые стали очевидцами серии ядерных превращений. Когда для бомбардировки урана применялись нейтроны, то получалось вещество, обладавшее всеми химическими характеристиками бария. Но экспериментаторы хорошо знали, что в ядре бария заключено 56 протонов. Все известные законы ядерной физики наводили на мысль, что здесь какая-то ошибка Новые продукты получались в очень малых, не поддающихся взвешиванию количествах. Поэтому ошибки были не только возможны, но и простительны, и некоторое время Ган и Штрассман работали, не думая о них. Эксперименты привели к загадке, которую Ган сформулировал для ученого мира, написав 21 декабря в своей лаборатории сообщение об экспериментах, находившихся «в противоречии со всем предшествующим опытом ядерной физики». Еще до появления этого сообщения в «Натурвиссеншафтен» 6 января 1939 г. часть загадки была разгадана. Вообще приписывание научного открытия только одному ученому несправедливо. Ученые, подобно альпинистам, взбираются вверх, если можно так выразиться, используя опыт тех, кто восходил до них. И Ган тоже был просто человеком, сделавшим вклад в общую сумму знаний о строении атома, которые человечество начало накапливать со времен открытия радиоактивности Беккерелем в конце XIX в. Этот вклад был решающим шагом вперед, потому что он привел физиков-ядерщиков на вершину, откуда они впервые увидели захватывающие возможности по ту сторону холма. Поэтому вполне справедливо считать, что информация в январском номере «Натурвиссеншафтен» ввела физиков в мир возможностей использования ядерной энергии. Но новый мир не был бы открыт так скоро, не будь двух обстоятельств: первое — быстрота, с которой разгадали загадку, сформулированную в статье Гана, и второе — приближение войны.
Еще до опубликования сообщения Гана, как уже говорилось, часть загадки была разгадана Лизой Мейтнер и ее племянником Отто Фришем, молодым венцем, покинувшим Австрию задолго до аншлюсса и зимой 1938 г. работавшим в Институте теоретической физики под руководством Нильса Бора.
Перед рождеством Отто Фриш пересек Каттегат и остановился у своей тетушки в окрестностях Готтенбурга, где она проводила свое первое рождество в изгнании. Именно здесь несколькими днями позже Мейтнер получила письмо от Гана, в котором он писал о завершении экспериментов, начатых ими вместе много месяцев назад. Ган, будучи химиком, установил твердо, что в результате бомбардировки урана нейтронами образуется барий. Мейтнер, как физик, должна была объяснить явно необъяснимый процесс. Она смогла это сделать, рассматривая с Фришем проблему и обсуждая обстоятельства, из которых, казалось, вытекала мысль о несомненном расщеплении тяжелого атомного ядра. Поскольку 56 протонов атома урана образовали ядро атома бария, то остальные тридцать шесть должны образовывать ядро атома инертного газа — криптона. Позднее это подтвердилось.
«В конце концов,— рассказывал Фриш о том, как он и его тетушка нашли нужное объяснение,— мы начали обсуждать значение результатов Гана, постепенно осознавая, что расщепление ядра урана на две почти равные части было процессом, настолько отличным от эмиссии ядер гелия, что его следовало объяснять совершенно другим путем. Картина, не похожая на ту, которая характерна для «частицы», прорывающейся сквозь потенциальный барьер, скорее походила на постепенную деформацию исходного ядра урана — его удлинение, образование сужения и наконец деление на две части. Поразительное сходство этой картины с процессом деления, с помощью которого размножаются бактерии, заставило нас в первой нашей публикации использовать выражение «ядерное деление».
Эта публикация, озаглавленная «Деление урана с помощью нейтронов: новый тип ядерной реакции», появилась в журнале «Нэйчур» 11 февраля 1939 г. и была снабжена объяснением фактов, отмеченных Ганом. Данная работа, по словам Эйнштейна, была решающим шагом по направлению к бомбе и даже более важным, чем работа самого Гана. «Я не считаю себя отцом атомной энергии,— писал позднее Эйнштейн в книге «Из моих последних лет».— Мое участие было весьма косвенным. В действительности я не верил, что она будет высвобождена в мое время. Такая возможность мне казалась теоретической... Это было открыто Ганом в Берлине, но сам он неправильно истолковал свое открытие. Правильно объяснила именно Лиза Мейтнер...»
Но пока что это была просто теория. Фриш спешил сделать больше. Вскоре после рождества он возвратился в Копенгаген и здесь в Институте теоретической физики воспроизвел в расширенном виде эксперименты Гана с целью проверки теории ядерного деления. Материалы этих экспериментов были опубликованы в «Нэйчур» 18 февраля: они подтвердили несомненную важность открытия Гана и послужили стимулом к вспышке исследований, подобных тем, которые уже были начаты в Соединенных Штатах.
Эксперименты в Соединенных Штатах и приданная им широкая гласность были связаны с именем Нильса Бора, главой Копенгагенского института теоретической физики, где работал Фриш. Уже к 1939 г. Бор, достигший тогда 54 лет, сделался как бы отцом ядерной физики, заняв место Резерфорда, умершего за два года до этого. После рождества, проведенного в Копенгагене, ученый услыхал от своего помощника об экспериментах Гана (статья о них еще не была напечатана) и о теории ядерного деления, развитой Фришем и Лизой Мейтнер. Вскоре он выехал из Копенгагена в Соединенные Штаты, где ему предстояло выступить в конце января перед Американским физическим обществом.
Таким образом, Бор находился в Соединенных Штатах, когда было опубликовано сообщение об открытии Гана. Располагая теперь новыми теоретическими объяснениями этого открытия, ученый 26 января выступил на 5-й Вашингтонской конференции по теоретической физике. Энрико Ферми в Колумбийском университете уже повторил эксперимент Гана, проведя его спустя несколько дней после опубликования статьи в «Натурвиссеншафтен». И все же никто в Соединенных Штатах еще до конца не понимал значения этого нового явления, хотя объяснения Бора были приняты с большим интересом, а некоторые экспериментаторы немедленно бросились в свои лаборатории (кое-кто сделал это еще до того, как Бор кончил говорить).
Конференция закрылась через два дня, но за это время еще не менее трех лабораторий в Соединенных Штатах — Института Карнеги в Вашингтоне, Университета Джона Гопкинса и Калифорнийского университета — повторили эксперимент Гана и расщепили атомное ядро.
Но и при таком положении вещей значение нового открытия могло остаться чисто академическим, не будь у него двух особенностей. Первая — необычайно большое количество энергии, выделяемой в этом частном виде ядерного превращения. Как объясняет Фриш, «два ядра разлетались с энергией почти 200 миллионов электронвольт, превышая более чем в десять раз энергию любой другой ядерной реакции». Вторая особенность заключалась в том, что если бы сложить вместе массы двух осколков деления, то суммарное количество было бы меньше, чем масса исходного ядра урана, так как часть вещества преобразовалась в энергию (по закону Эйнштейна энергия равняется массе, умноженной на квадрат скорости света). Следовательно, при незначительной потере массы выделяется огромная энергия.
Открытие возможности получения такого большого количества энергии в процессе ядерного превращения представляет собой революцию в физике, правда, ее «завоевания» оставались бы ограниченными лабораторными рамками, не будь еще одного обстоятельства, которое уже теперь начало беспокоить умы физиков-ядерщиков во всем мире.
Процесс деления был понятен пока лишь в общих чертах, однако вскоре возникло предположение, что так как два новых ядра были, по словам Фриша, «рождены сильно деформированными и, следовательно, находились в возбужденном состоянии», то они могли выбрасывать один или два нейтрона.
Но первое деление и было вызвано ударом именно нейтрона. Отсюда следовал вывод, что получение новых нейтронов можно использовать для дальнейшего деления, т. е. начать цепную реакцию. Цепная реакция могла постепенно затухнуть или при определенных условиях продолжаться до тех пор, пока весь наличный уран не превратится в другие вещества. Если бы это действительно удалось осуществить, то энергия, выделенная в результате многомиллионкратного деления, была бы колоссальной — безмерно больше выделяемой сравнимыми количествами химических веществ.
Такая цепная реакция в конечном счете превратила бы ядерную физику из отрасли науки, чьей ареной была лаборатория, в нечто такое, что следовало бы контролировать во имя государственных интересов. Возможность получения цепной реакции открывала не только перспективу беспредельного могущества для человечества, она также несла перспективу абсолютного оружия, перспективу, которая простиралась от научных лабораторий до полей сражений — если не в той войне, к которой Европа тогда спешно готовилась, то по крайней мере в будущих войнах.
В первые месяцы 1939 г. даже теоретические возможности использования ядерного деления в целях создания оружия казались чем-то весьма отдаленным. Идея была еще чисто умозрительной. Ее развитие зависело от накопления значительно больших знаний о ядерных процессах, чем имелось в то время, а также от решения практических проблем, необъятность которых смутила бы любого человека, сумей он тогда представить себе весь их колоссальный масштаб.
Теперь нам следует рассмотреть, как решались более срочные проблемы, от которых зависел ответ на вопрос, можно ли получить цепную реакцию, и если да, то может ли она быть самоподдерживающейся. Такие проблемы, как мы увидим, были неразрывно связаны с теми, которые вели к созданию бомбы.
Подтверждение результатов Гана и теория ядерного деления, разработанная Фришем и Лизой Мейтнер, побуждали ученых в лабораториях всего мира искать решения дальнейших проблем. Можно ли получить r процессе деления свободные нейтроны? И если да, то сколько? Сколько из них поглотится окружающими ядрами? Повторят ли оставшиеся «свободные» нейтроны процесс деления? И, наконец, наиболее важный вопрос: будет затухать такая цепная реакция или нет? При каких условиях она может стать самоподдерживающейся, обеспечивая тем самым непрерывное и длительное высвобождение энергии, которая могла бы иметь колоссальное промышленное применение? Ответы на такие вопросы следовало искать, во-первых, в лабораторных экспериментах (хотя бы и на ничтожных количествах вещества, которые, однако, позволили бы детально изучить процесс деления) и, во-вторых, в сложной математической обработке результатов этих экспериментов. Положительных результатов можно было достичь лишь путем постепенного коллективного накопления знаний.
Исследования, касавшиеся самоподдерживающейся цепной реакции, в течение первых месяцев 1939 г. почти везде проводились в чисто академическом плане. Но две страны были исключением: Франция, где осуществили первую в мире цепную реакцию, хотя и не самоподдерживающуюся, и Британия, где эксперименты хотя и привели к отрицательным результатам, но были связаны с идеей создания ядерного оружия.
Осуществить цепную реакцию пытались также и в Соединенных Штатах, в Колумбийском университете, где установили, что при каждом делении испускались два или три избыточных нейтрона. Подобные же эксперименты выполнил совершенно независимо в Варшаве в самом начале февраля молодой польский физик Иосиф Ротблат. В России в апреле 1939 г. были опубликованы результаты Ленинградского физико-технического института, аналогичные полученным в Колумбийском университете. Подобные опыты провел и в Коллеж де Франс замечательный французский коллектив, члены которого сначала в Париже, а позднее в Кембридже в конце концов добились успеха в «приручении» ядра и показали, где можно применить его энергию. Их работа была нацелена главным образом на использование ядерного деления для выработки промышленной энергии в атомном котле, или реакторе. Впоследствии оказалось, что в этих котлах можно получать плутоний. Этот элемент в естественном виде в природе не существует. Его ядро, подобно ядру урана, может расщепляться на два осколка. Плутоний — важный побочный продукт. Им была начинена бомба, уничтожившая Нагасаки.
Французский коллектив, стремившийся овладеть энергией атома для промышленного применения, возглавлял Фредерик Жолио-Кюри. За 14 лет до этого он пришел, как Фредерик Жолио, в Радиевый институт в Париже к мадам Кюри. Это был молодой физик, которого ждали великие дела. Через год он женился на дочери мадам Кюри, Ирен (она тоже была физик), и с огромным увлечением начал изучение ядерных проблем. В 1934 г. супруги Жолио-Кюри открыли возможность получения искусственных радиоактивных элементов. Это открытие принесло Фредерику и Ирен Жолио-Кюри Нобелевскую премию по химии и, что более важно для истории бомбы, помогло стать Фредерику во главе кафедры ядерной химии, учрежденной в 1935 г. в Коллеж де Франс.
Жолио-Кюри, перебираясь в свою новую лабораторию, перевел туда же из Института Кюри некоторых ведущих исследовательских работников. Это были Ганс Халбан, Лев Коварскн и Бруно Понтекорво.
К началу 1939 г. коллектив, возглавляемый Жолио-Кюри и состоявший из Халбана, Коварски и Ф. Перрена, сына старейшины предыдущего поколения французских физиков, стал наиболее авторитетным.
В 1939 г. члены этого дружного коллектива согласились, что все их идеи, теории и открытия следует рассматривать как общие достижения. В феврале 1939 г. о» • решили исследовать возможности цепной реакции; менее чем через месяц их первое сообщение появилось на страницах английского журнала «Нэйчур». Само заглавие сообщения — «Высвобождение нейтронов в ядерном взрыве урана» — говорило о том, что был сделан очередной важный шаг на пути к использованию ядерной энергии. Здесь, как и во многих других вопросах, французы были впереди, но впереди только на голову. Халбан, ведавший физической частью эксперимента, торопился подготовить статью в «Нэйчур» и написал ее сразу же, как только были подтверждены лабораторные результаты.
Подобные же результаты были опубликованы в Соединенных Штатах семью днями позже.
В статье французских ученых говорилось, что при расщеплении уранового ядра испускалось некоторое количество нейтронов, способных произвести последующие акты деления. Это не легко укладывалось в существующие понятия. Даже Фриш, обладавший одним из самых живых умов, сначала усомнился. «Мне казалось это невозможным, так как тогда не было бы залежей урана,— говорил он.— Но все дело, конечно, заключалось в том, что эти залежи не состоят из чистого урана».
Поскольку возник вопрос о создании реактора, многое зависело от того, сколько нейтронов испускается при делении, и в Коллеж де Франс продолжались эксперименты с целью определения этого числа. До сих пор все работы носили почти полностью академический характер. И Ган, и Фриш, и Бор, и американцы, помчавшиеся в свои лаборатории, как только услышали сообщение Бора на конференции Американского физического общества,— все они мыслили тогда понятиями совершенно не прикладного характера. Теперь же впервые стало казаться возможным использование ядерной энергии в ближайшие годы.
Одна из первых реакций на сообщение британского журнала последовала из Соединенных Штатов. Находившиеся там Лео Сциллард, венгерский физик, и В. С. Вайскопф из Германии узнали о новостях, опубликованных в «Нэйчур».
«Это было утром 1 апреля, и я сидел в ванне,— рассказывает Халбан,— когда из-за двери просунулась рука с телеграммой от Сцилларда и Вайскопфа. В телеграмме содержалось предложение, чтобы коллектив Жолио не публиковал больше никаких сведений о дальнейших результатах. Высказывалось предположение, что немцы могут воспользоваться ими для создания ядерного оружия. Было бы лучше, добавлялось далее, чтобы физики-ядерщики наложили на себя самоцензуру — по крайней мере на данное время».
До полудня Халбан и остальные члены коллектива думали, что это просто первоапрельская шутка. «Затем,— вспоминает Халбан,— я начал понимать, что это весьма серьезная шутка».
Идея о самоцензуре обсуждалась не только в коллективе Коллеж де Франс, но и другими учеными, которые, как предполагали Сциллард и Вайскопф, могли находиться на пороге важных открытий. Сам Сциллард был членом коллектива, работающего в Колумбийском университете, где из экспериментов, аналогичных парижским, делались такие же выводы. По мысли Сцилларда, этот и другие американские коллективы могли бы сами осуществлять цензуру своих трудов, если бы европейские ученые согласились делать то же. Но из европейцев только члены коллектива Жолио были уже близки к практическим результатам, а именно они-то и отклонили предложение из Америки. Это было сделано по трем причинам. Во-первых, чувствовалось, что ни один из американцев — ни Сциллард, ни Вайскопф — не смог бы твердо придерживаться такого неофициального соглашения: если бы кто-то из них сделал какое-нибудь большое открытие, то вряд ли удержался бы от того, чтобы не запатентовать его. Во-вторых, что касалось Жолио-Кюри, то он привык твердо придерживаться принципа мадам Кюри: всегда публиковать каждый научный результат. В-третьих, работа в Коллеж де Франс очень нуждалась в финансовой поддержке, а ее труднее было бы получить, если не сообщать регулярно об успехах. Поэтому французский коллектив решил продолжать публикацию. Руководствовались ли они опытом, интуицией или тем и другим вместе, но такое их решение было оправдано ходом событий. Немцы на самом деле не имели никакого успеха на пути к созданию бомбы. И первые в мире патенты на ядерный реактор были патентами французского коллектива.
В соответствии со своим решением Жолио-Кюри, Хал баи и Коварски 8 апреля написали статью, появившуюся месяцем позже в «Нэйчур» под заглавием «Количество нейтронов, испускаемых в процессе ядерного деления урана». Эту величину они считали равной чему-то среднему между 3 и 4, что, казалось, говорило о теоретической возможности цепной реакции. Оставались неясными еще два момента. Не было уверенности в том, что цепная реакция, раз начавшись, продолжится неопределенно долго; она могла по причинам, которых мы здесь не касаемся, постепенно затухать, а если затухать не будет, то возникала проблема управления ею. К решению этих вопросов французский коллектив теперь и обратился.
«В ходе экспериментов в марте и апреле,— вспоминает Халбан,— мы были целиком захвачены проблемой цепной ядерной реакции, пригодной для получения промышленной энергии». Это явилось главным побуждающим мотивом, который руководил ими; мысль об оружии также возникала, но казалась, по крайней мере сначала, второстепенной.
В начале апреля коллектив Жолио-Кюри решил сконцентрировать свои усилия на проблеме получения цепной реакции, пригодной для использования. Потребовалось много денег не только на материалы — источники нейтронов и на уран, но также и на «.замедляющий материал», составлявший существенную часть всей установки для получения энергии. Объяснялось все это очень просто. Первичные нейтроны, вызывающие деление ядра урана, называются «медленными» — медленными по скорости движения (они обладают относительно невысокой энергией); те же, которые испускаются в процессе деления, являются «быстрыми» нейтронами. Весной 1939 г. стало известно, что медленные нейтроны более подходящи для получения последующих делений, хотя причины были еще неясны Поэтому существенным элементом каждой системы, предназначенной для получения цепной реакции, должен стать замедлитель — вещество, в котором быстрые нейтроны должны были бы многократно отражаться и терять скорость до такого значения, которое будет наиболее выгодно для получения последующих делений. Однако важно, чтобы атомы замедлителя только замедляли быстрые нейтроны, но не поглощали их, так как каждый захваченный нейтрон, конечно, уже не способен вызвать дальнейшее деление. В течение нескольких последующих месяцев французский коллектив применял в качестве замедлителя воду и графит. Все это требовало денег значительно больше, чем имелось у Коллеж де Франс.
«Человеком, который мог прийти к нам на помощь,— рассказывает Халбан,— был Анри Ложье, директор Национального научно-исследовательского центра (ННИЦ). В середине учебного года, когда казалось, что резервных средств уже не было, он все же сумел получить 50 000 франков (в те дни это составляло около 300 фунтов), которые мы могли тратить по своему усмотрению».
Этот интерес не был чисто научным. Другие, более зловещие причины толкали на ускорение всех исследовательских работ. Многие ученые понимали, что такое открытие, как образование избыточных нейтронов, породит многочисленные попытки использовать ядерную энергию.
В начале лета 1939 г. стало казаться, что ядерное деление недолго будет оставаться делом исключительно лабораторий. Уран, который Ган использовал как сырье для своих экспериментов, в это время не имел особого коммерческого или стратегического значения. Его применяли в керамической промышленности и в некоторых второстепенных производственных процессах. Уран — самый тяжелый из всех элементов, но этому не придавали никакого значения, как и тому, что его атомное ядро находится в состоянии недостаточной устойчивости и готово расщепиться под действием нейтронов. В 1939 г. наиболее известным месторождением урана были большие ураниннтовые залежи в Бельгийском Конго[2]. Уранинит— это тяжелая горная порода, похожая на смолу и содержащая в значительной концентрации черный оксид урана. Эти залежи разрабатывались исключительно компанией «Юнион миньер» Верхней Катанги (компания все еще не сознавала их величайшей потенциальной важности). Британское правительство попыталось в мае 1939 г. приобрести монопольное право на закупку руды. Значительная секретность всегда окутывала это дело как по линии дипломатических, так и торговых каналов.
Четыре человека принимали участие в важных событиях 1939 г. Одним из них был Эдгар Сеньер — директор «Юнион миньер», другим — Картье, бельгийский посол в Британии, третьим — Стоунхевен, большой друг Картье и британский директор «Юнион миньер», и четвертым — Генри Тизард, председатель научно-исследовательского комитета министерства авиации. Этот комитет вызвал к жизни новый и тогда еще секретный «магический глаз» — радар. В течение двух предшествующих десятилетий Тизард удерживал в своих руках множество постов, связанных с применением науки в военном деле вообще и в противовоздушной обороне в особенности; он ведал вопросами исследований и изысканий в королевских воздушных силах в конце первой мировой войны — в том самом году, когда Стоунхевена назначили заместителем парламентского секретаря по вопросам военной авиации. Через Стоунхевена была достигнута договоренность о встрече между Тизардом и Сеньером.
«Сэр Генри просил меня,—рассказывает Сеньер,— гарантировать британскому правительству монопольное право на закупку каждой тонны руды, извлекаемой из радиево-урановых рудников Шинколобве». Просьба Тизарда была отклонена, но эта встреча все же не осталась без последствий в истории бомбы. Уходя, Тизард сказал Сеньеру: «Будьте осторожны и никогда не забывайте о том, что у вас в руках такой материал, который может вызвать катастрофу для нас, если он попадет в руки вероятного противника». Это предупреждение, вспоминает Сеньер, было первым, которое привлекло его внимание «к возможной стратегической ценности руд в Катанге». Тремя годами позже два корабля доставили из Катанги сырье для гигантского американского предприятия по изготовлению бомбы, сброшенной на Хиросиму.
В последующие месяцы после этой встречи уверенность Тизарда в возможности создания ядерного оружия уменьшилась до нуля — так же как и у других ученых — по причинам, которые будут объяснены в следующей главе. Но в начале лета 1939 г. Тизард, понимавший неизбежность войны и уже придававший особое значение вводу в действие радаров вдоль британских берегов после того, как немцы оккупировали в середине марта 1939 г. Прагу, считал, что упускать имевшиеся шансы было бы неразумно. Немцы могли уже работать над ядерным делением — эта мысль волновала очень многих в течение нескольких последующих лет.