Получение энергии. Лиза Мейтнер. Расщепление ядра
Шрифт:
РИС. 1
Концепция цепной реакции предполагала, что после разделения ядра высвобождаются нейтроны, которые потенциально могут вызывать расщепление других ядер. При этом каждый раз высвобождаются все новые нейтроны, так что количество расщеплений возрастает экспоненциально.
БОР И ФЕРМИ
Нильс Бор прибыл в порт Нью-Йорка в начале 1939 года. Перед самым отплытием Отто Роберт Фриш сообщил ему о необыкновенном открытии расщепления. В порту Бора встречал нобелевский лауреат по физике в 1938 году Энрико Ферми, незадолго до этого приехавший в США, спасаясь от диктатуры Муссолини, так что сразу после прибытия Бор смог рассказать
Затем Бор и Ферми отправились в Университет Джорджа Вашингтона для участия в конференции по теоретической физике. Расщепление ядра стало сенсационной темой. На одном из обсуждений Бор поставил ключевой вопрос: что, если во время расщепления высвобождаются нейтроны? Это делало возможным после расщепления одного ядра цепную реакцию.
ПИСЬМО ЭЙНШТЕЙНА
Группа исследователей начала наблюдения, которые должны были ответить, происходило ли испускание нейтронов. В начале 1939 года в одной из лабораторий Колумбийского университета Силард и физик канадского происхождения Уолтер Зинн (1906-2000) обнаружили как минимум два нейтрона, хотя впоследствии было выяснено, что при расщеплении урана- 235 высвобождаются три нейтрона. Ученые сделали вывод, что уран мог служить для начала и поддержания цепной реакции, что, в свою очередь, открывало возможности генерирования огромного количества энергии. Силард потом рассказывал об этом открытии:
«Весь мир был готов. Нам оставалось только повернуть переключатель и, удобно расположившись в креслах, наблюдать катодный экран: если мы увидим вспышку, это будет означать, что масштабное высвобождение атомной энергии неизбежно. Мы повернули кнопку, и на экране появились вспышки. Мы посмотрели на эти вспышки, а затем каждый из нас вернулся домой. Тем вечером я почувствовал уверенность, что наш мир падает в пропасть».
Испускаемые нейтроны — вторичный продукт ядерного расщепления — заставляли осознать, что создание атомной бомбы неизбежно. Далее Ферми и Герберт Андерсон поняли, что для получения цепной поддерживаемой реакции нужны уран и вода. Некоторые из этих выводов были опубликованы в журнале Physical Review.
Одновременно несколько разных университетов и исследовательских центров в США (а в Европе — группа Жолио-Кюри) смогли осуществить расщепление ядра. Силард считал, что начало работы над этим проектом немецкой армии — вопрос времени. Несомненно, в Германии были очень хорошие ученые, способные достичь прогресса в создании бомбы. Правительство США должно было объявить о запуске большого проекта разработки бомбы, так как в противном случае немцы получили бы неоспоримое преимущество, которому сложно было бы что-то противопоставить, и в результате Германия победила бы в войне.
ОТТО РОБЕРТ ФРИШ
Отто Роберт Фриш (1904-1979) родился в Вене, в семье пианистки Августы Мейтнер, сестры Лизы Мейтнер, и художника Юстиниана Фриша. Он получил докторскую степень в Венском университете в 1926 году, а затем переехал в Гамбург в качестве ассистента Отто Штерна (1888-1969), вместе с которым в 1933 году смог измерить магнитный момент протона. В том же году к власти пришел Гитлер, и Отто предпочел уехать из Германии. Он отправился в Лондон, а затем в Копенгаген, в институт Бора, где проработал пять лет. В1938 году он вместе со своей теткой смог интерпретировать процесс расщепления, а также именно ему пришла идея использовать этот термин, взятый из биологии. С тех пор все усилия Фриша были направлены на изучение расщепления и цепной реакции. В1939 году он переехал из Копенгагена в Бирмингем. Поездка должна была быть краткой, но вспыхнувшая война заставила Фриша изменить планы. Вместе с британским физиком Рудольфом Пайерлсом (1907-1995) он написал меморандум Фриша — Пайерлса, в котором впервые говорилось о возможности атомного взрыва в результате расщепления ядра. Позже данный меморандум использовали для разработки Манхэттенского проекта, в котором сам Фриш принимал активное участие как член британской делегации. В его задачу в Лос-Аламосе входило определение количества урана, необходимого для цепной реакции. Фриш рассказывал, например, что однажды ему удалось запустить цепную реакцию, которую пришлось остановить собственными руками, разделяя кусочки урана, потому что в противном случае произошел бы взрыв. В 1946 году Фриш вернулся в Великобританию, преподавал в Кембридже и стал начальником отдела ядерной физики Исследовательского центра атомной энергии в Харвелле. Умер ученый в 1979 году.
«Сообщи Кокрофту и Мод Рей Кент»
Пока Фриш в Англии разрабатывал идеи о возможности создания атомной бомбы, он получил от Мейтнер телеграмму, содержание которой ей продиктовал Бор. Последние слова звучали так: «[•••] and please inform Cockroft and Maud Ray Kent». Фриш был уверен, что Бор просит его передать какую-то зашифрованную информацию в британскую атомную комиссию, которая в это время создавалась, но никак не мог понять, о чем шла речь. Кокрофт был одним из создателей ускорителя частиц, построенного в 1932 году в Кембридже. Так что неизвестным оставалось только сочетание Ray Kent. Возможно, это была анаграмма (как, например, radium taken, что означало «радий взят»), но Фриш не был уверен. Он решил, что Бор пользуется каким-то секретным кодом, который не сможет расшифровать ни он, ни кто-либо другой. Эта догадка окрепла, когда атомная комиссия получила название Комитет МАУД (MAUD) — сокращение от английского «Военное применение уранового взрыва». Спустя некоторое время все прояснилось: Бор просто просил передать привет Мод Рей — гувернантке его детей, которая жила в Кенте.
Отто Роберт Фриш в 1945 году играет на фортепиано для KRS, радиостанции Лос-Аламос, Нью-Мексико.
Ферми, недавно получивший Нобелевскую премию по физике за 1938 год и непосредственно участвовавший в исследованиях расщепления, казался наиболее подходящим человеком для того, чтобы передать американскому правительству тревогу научного сообщества относительно разработки атомной бомбы. В 1938 году он встретился с представителями армии, но ничего не достиг: доводы ученых основывались на умозрительных заключениях, а слабый английский Ферми не позволил ему быть убедительным. Требовалась настойчивость, и в следующий раз Силард попросил помощи у Альберта Эйнштейна, который когда-то был его преподавателем в университете, а в ту эпоху имел репутацию великого ученого. Кроме того, Эйнштейн всегда позиционировал себя как убежденный пацифист, поэтому его обращение на эту тему не осталось бы незамеченным. Силард отправился на встречу с Эйнштейном, чтобы объяснить ему суть проблемы. Великий физик ничего не знал о достижениях по расщеплению ядра и цепной реакции, так что Силарду пришлось рассказать ему все новости.
Это ужасно — мы обнаружили нейтроны.
Лео Силард
Девятого августа Эйнштейн обратился к президенту Рузвельту, написав ему об опасности создания Германией атомной бомбы. Соединенным Штатам необходимо было приложить все усилия, чтобы опередить Гитлера. «Мне известно, что Германия в настоящее время прекратила продажу урана из захваченных чехословацких рудников»,— предупреждал Эйнштейн в конце письма. Эмбарго на вывоз урана недвусмысленно означало, что немцы разрабатывают какой-то военный проект. Довольно скоро Эйнштейн получил от президента письмо, в котором тот обещал внимательно изучить проблему. Но в целом правительство США продолжало игнорировать предупреждения научного сообщества.
Силард и Эйнштейн представить себе не могли, что сам создатель теории относительности вызывает подозрения у американских спецслужб. В рассекреченном позднее отчете ФБР можно прочесть: «Учитывая его радикальную биографию, наша служба не рекомендует использовать доктора Эйнштейна для вопросов секретного характера до проведения детального расследования. Кажется невозможным, что человек с такой биографией может быстро превратиться в настоящего американца». Таким образом, Эйнштейн, возможно, тоже не был подходящей фигурой для того, чтобы убедить в чем-либо правительство США.
ЭЙНШТЕЙН ПИШЕТ РУЗВЕЛЬТУ
«9 августа 1938 года.
Ф.Д. Рузвельту, президенту США.
Белый Дом, Вашингтон (округ Колумбия).
Сэр!
Недавние работы [...], о которых я узнал из рукописи, заставляют меня ожидать, что уран может быть в ближайшем будущем превращен в новый и важный источник энергии. Некоторые аспекты возникшей ситуации, по-видимому, требуют бдительности и, при необходимости, быстрых действий со стороны правительства.