Атомы у нас дома
Шрифт:
Это было далеко не легкое чтение. Я с трудом разбиралась в технической терминологии и медленно, с усилием одолевала трудный текст. Добравшись до середины книги, я наконец поняла, почему на нашей вечеринке все поздравляли Энрико. В тот день, 2 декабря 1942 года, впервые была осуществлена самоподдерживающаяся цепная реакция и первый атомный котел начал успешно работать под управлением Энрико. Молоденькая Леона Вудс считала, что это подвиг ничуть не меньше, чем если бы Энрико потопил японское адмиральское судно с самим адмиралом. Атомная бомба еще только вызревала в чреве будущего. И, конечно, Леона не могла предвидеть Хиросиму.
Действующий атомный котел был результатом напряженной
Опыты в Колумбийском университете, о которых я уже рассказывала, как и опыты других американских университетов, подтвердили гипотезу Энрико, что при делении ядер урана испускаются нейтроны. Из этого следовало, что теоретически цепная реакция возможна, но осуществление ее на практике казалось весьма проблематичным. Так много всяких обстоятельств было против этого, что только одна небольшая группа упрямых физиков в Колумбийском университете продолжала вести изыскания в этой области. И ей пришлось столкнуться с двумя затруднениями, которые с первых же шагов затормозили ее работу. Первое заключалось в том, что нейтроны, испускающиеся при делении ядер урана, обладали такой скоростью, что не могли вызывать деление при бомбардировке. Вторая трудность возникала в связи с потерей нейтронов: в нормальных условиях большинство нейтронов, образующихся при делении, разлеталось в воздухе или поглощалось веществом, прежде чем успевало попасть в ядро урана и вызвать деление. Нейтронов, которые успевали вызвать деление, было слишком мало для поддержания цепной реакции.
Чтобы осуществить непрерывную цепную реакцию, надо было замедлить нейтроны и тем самым значительно уменьшить их потери. Но можно ли было этого добиться?
Замедлять движение нейтронов — этот старый трюк Энрико постиг еще в Риме, когда он и его друзья обнаружили необычайное действие парафина и воды на нейтроны. Поэтому группа, работавшая в Колумбийском университете — Сцилард, Цинн, Андерсон и Энрико, — приступила к опытам по делению ядер урана под водой. Вода, как они говорили, действовала у них в качестве замедлителя.
После нескольких месяцев исследований они пришли к заключению, что ни вода, ни какое-либо иное водородсодержащее вещество не пригодны в качестве замедлителя. Водород поглощает слишком много нейтронов, и в силу этого цепная реакция становится невозможной.
Лео Сцилард и Ферми решили использовать в качестве замедлителя углерод. Они полагали, что углерод будет в достаточной мере замедлять нейтроны, а поглощать их будет меньше, чем вода. Но для этого углерод должен обладать очень высокой степенью химической чистоты. Всякие примеси отличаются необыкновенной способностью поглощать нейтроны.
Сцилард и Ферми задумали соорудить нечто такое, что, по их рассуждению, должно было обеспечить цепную реакцию. Это сооружение должно было представлять собой кладку из слоев урана и очень чистого графита; пласты чистого графита должны были чередоваться с пластами графита с вставленными в него стержнями урана, иначе говоря, они решили построить pile, или котел [24] .
Атомный котел неизбежно должен быть весьма громоздким сооружением. Если он будет недостаточно велик, нейтроны будут ускользать в воздух прежде, чем успеют столкнуться с атомом урана, и, следовательно, будут пропадать для расщепления и для атомной реакции. Но какой величины должен быть атомный котел, этого еще пока никто себе не мог представить.
24
Так были названы первые ядерные реакторы; английское слово pile означает штабель, котел, куча, груда. — Прим.
Но разве так уж было важно, знают ученые или нет, какой величины должен быть атомный котел? Казалось бы, все, что им надо было делать, это просто класть один на другой пласты графита, перемежая их стержнями урана, до тех пор, пока не будет достигнута критическая величина котла, при которой начнется цепная реакция. Они могли также строить котел любой формы — кубической, пирамидальной, овальной, сферической — и в процессе работы выяснить, какая форма окажется наилучшей.
Но все это оказалось не так просто. В Соединенных Штатах можно было раздобыть всего-навсего лишь несколько граммов металлического урана, а графит, имевшийся в продаже, отнюдь не отвечал требованиям необходимой химической чистоты.
В новом университетском словаре Уэбстера издания 1951 года говорится, что графит представляет собой «мягкий черный природный углерод с металлическим блеском, часто именуемый плюмбаго, или черный свинец; применяется для карандашей, тиглей, смазочных веществ и прочее…» На атомный котел, построенный в 1942 году, — а он, разумеется, входил в это «и прочее», — пошло бы столько графита, сколько потребовалось бы на то, чтобы сделать карандаши для всех живущих на нашей планете мужчин, женщин и детей. Сверх того, графит для котла должен отличаться неслыханной доселе химической чистотой. Итак, ученым пришлось запастись терпением.
Очень важной и сложной задачей было доставать материалы, к чему Ферми вовсе не был способен и охотно предоставлял это другим. К счастью, Лео Сцилард не разделял его отвращения к этому занятию и время от времени прерывал свои исследования и отправлялся на добычу.
Сцилард был человек с непостижимым запасом всякого рода идей, и многие из них оказались весьма полезными. Знакомых у Сциларда было, пожалуй, не меньше, чем идей, и среди них немало лиц, занимавших видное положение. Эти два обстоятельства делали Сциларда очень влиятельным и полезным представителем маленькой группы ученых, ходатаем, который не боялся идти напролом и умел преодолевать всякие политические барьеры. Со свойственной ему решительностью Сцилард добровольно взял на себя нелегкую задачу — превратить в тонны имеющиеся в наличии граммы металлического урана и графита высокой химической чистоты.
Когда человек берется за такого рода дело, он прежде всего задает себе вопрос: «Кто будет финансировать мое предприятие? Кто даст мне необходимые для этого средства?» Сцилард полагал, что он может ответить на этот вопрос. Летом 1939 года он вместе с Вигнером и Теллером с помощью Сакса и Эйнштейна сумел заинтересовать президента Рузвельта исследовательской работой с ураном. В самом начале 1940 года он одержал вторую победу и получил первое, хоть и небольшое, но вполне ощутимое доказательство того, что этот интерес существует, — армия и флот субсидировали Колумбийский университет шестью тысячами долларов для покупки материалов.
Весной 1940 года в физические лаборатории Колумбийского университета начали поступать первые тонны чистого графита. Ферми и Андерсон превратились в каменщиков и начали складывать в одной из своих лабораторий штабеля графитовых кирпичей.
Они прекрасно понимали, что пройдет еще немало месяцев, а может быть, и несколько лет, прежде чем они наберут достаточное количество графита и урана нужного им качества, чтобы приступить к сооружению атомного котла. Но пока это еще не имело значения; они так мало знали о свойствах тех веществ, с которыми собирались работать (не определена была даже точка плавления металлического урана!), что им необходимо было сперва основательно изучить эти свойства; без этого они не могли со спокойной совестью рекомендовать Урановому комитету решиться на те огромные усилия и издержки, которых потребует строительство настоящего атомного котла.