Получение энергии. Лиза Мейтнер. Расщепление ядра

Коллектив авторов

РИС. 2

Для получения поддерживаемой цепной реакции необходимо замедлить скорость нейтронов, что достигается при прохождении их через замедляющую среду, такую как тяжелая вода.

ФАРМ-ХОЛЛ

В мае июне 1945 года силы союзников задержали группу немецких ученых, участвовавших в разработке атомной бомбы. Их перевезли в Фарм-холл — дом, расположенный в графстве Годманчестер неподалеку от Кембриджа, где потом держали полгода. Все комнаты прослушивались — союзники

хотели выяснить степень участия в проекте каждого ученого, а также узнать, на каком этапе находился проект. В группу из десяти ученых, удерживаемых в Фарм-холле, входили Вернер Гейзенберг, Отто Ган, Карл Фридрих фон Вайцзеккер и Макс фон Лауз. Не все попавшие сюда сделали равный вклад в развитие проекта. Например, Отто Гана едва можно было упрекнуть в участии в создании атомной бомбы. В1992 году были обнародованы записи разговоров этих ученых. В них нет никаких сенсационных заявлений, но эти беседы бросают тень на Гейзенберга и фон Вайцзеккера, а также позволяют усомниться в оправданиях, которые они приводили в свою защиту. Именно тогда, когда ученых содержали в Фарм-холле, пришла новость о том, что США сбросили атомные бомбы на Хиросиму и Нагасаки. Это известие расстроило Гана, который говорил, что чувствует ответственность за гибель людей. Гейзенберг усомнился в правдивости этой новости, а фон Вайцзеккер заявил: «Если бы мы хотели, чтобы Германия выиграла войну, у нас бы это получилось».

Секретные службы союзников ничего не знали о трудностях, в которых увяз немецкий проект, поэтому рассматривались самые разные варианты. Обдумывалась даже возможность убийства Гейзенберга, и решение об этом фактически было принято, но в конце концов союзники выбрали другой путь — уничтожение завода по производству тяжелой воды. Речь шла о норвежской фабрике в Веморке. Вначале британцы направили два самолета, но они разбились, после этого в Великобритании была подготовлена группа солдат из норвежских беженцев, которые смогли проникнуть в здание фабрики и взорвать его.

Неизвестно, по какой причине (из-за саботажа или из-за недостаточной подготовленности немецких ученых), но нацистская армия так и не получила ядерного оружия. Впоследствии Гейзенберг и его соратники заявляли, что специально саботировали немецкую ядерную программу изнутри, чтобы не позволить Германии создать это оружие. Однако большинство историков считают, что многие ученые готовы были приложить все силы для разработки атомной бомбы — по крайней мере в начале войны.

МАНХЭТТЕНСКИЙ ПРОЕКТ

В Соединенном Королевстве Отто Фриш и Рудольф Пайерлс подготовили меморандум, в котором объясняли, какими характеристиками должна обладать атомная бомба. В меморандуме Фриша — Пайерлса было определено, что цепная реакция на основе урана-235 не требовала большого количества этого радиоактивного материала. Ученым удалось определить критическую массу — показатель, который не смогли установить немцы. Для того чтобы избежать взрыва во время манипуляций, были установлены меры безопасности в виде разделения содержимого контейнера на два части. Критическая масса достигалась только при соединении двух частей, бомба детонировала после начала поддерживаемой цепной реакции. Эта информация вновь была передана в США, где, казалось, никто не проявлял особого интереса к разработке нового оружия.

Все изменилось в декабре 1941 года, после атаки на Перл-Харбор, когда США окончательно пришлось вступить в войну. В тот же год была организована встреча комитета МАУД с американскими исследователями для уточнения программы. После вступления США в войну началась реализация Манхэттенского проекта.

На данный момент я считаю, что война закончится скорее, чем будет сконструирована первая атомная бомба.

Вернер Гейзенберг в докладе о возможности разработки атомной бомбы

В этот ключевой момент был открыт плутоний — элемент, оказавшийся более подходящим материалом, чем уран, для изготовления

бомбы. Плутоний занимает в периодической таблице позицию под номером 94. Ферми считал, что обнаружил его еще в 1934 году, когда проводил бомбардировку урана нейтронами. Он назвал новое вещество гесперием, но, как выяснили Ган и Мейтнер, Ферми не нашел новый трансурановый элемент, а вызвал расщепление урана. Между 1940 и 1941 годом в Калифорнийском университете была проведена серия экспериментов с циклотроном, в которых производилась бомбардировка урана дейтерием. В этот момент был получен изотоп плутоний-239, который оказался подходящим элементом для процессов ядерного расщепления, то есть прекрасным материалом для атомной бомбы. Несмотря на то что ученые хотели опубликовать свои результаты в каком-нибудь научном журнале, правительство запретило какие-либо публикации по этому вопросу.

Манхэттенский проект был запущен 13 августа 1942 года под руководством генерала Лесли Грувса. В ноябре был отдан приказ проводить исследования в Лос-Аламосе, секретной лаборатории в Нью-Мексико. Исследовательским центром руководил физик Роберт Оппенгеймер, выбравший для работы лучших ученых той эпохи: Ферми, Фриша, Бора, Лоуренса и Фейнмана. Он пригласил и Мейтнер, но она отказалась по этическим причинам.

Теперь оставалось только доказать, что цепную реакцию можно поддерживать. Энрико Ферми удалось добиться этого на старой площадке для игры в сквош, находившейся в подвале стадиона Чикаго. Это был необыкновенный успех. Несмотря на то что США поздно присоединились к гонке за создание бомбы, они быстро получили все основные элементы для воплощения проекта в жизнь.

Мы знали, что мир уже не будет прежним.

Роберт Оппенгеймер после создания первой атомной бомбы

В 1942 году были построены несколько заводов для производства плутония-239. Нужно было совершить бесконечное количество подсчетов, например касавшихся распространения нейтронов, для реализации первого ядерного опыта. Хотя в экспериментах использовали плутоний, в конце концов было решено, что бомбой, которая должна будет разрушить Хиросиму, станет бомба с ураном-239. Для бомбы, сброшенной над Нагасаки, использовали плутоний-239.

«МАЛЫШ» И «ТОЛСТЯК»

Enola Gay, бомбардировщик В-29 североамериканской армии, стал самолетом, с которого 6 августа 1945 года впервые сбросили атомную бомбу. Целью был город Хиросима. Экипаж воздушного судна состоял из 12 человек, пилотом и командиром корабля был Пол Тиббетс. Самолет взлетел с базы на острове Тиниан в Тихом океане. Компоненты бомбы были отправлены на остров заранее, а затем прямо на месте были собраны и подготовлены для использования. Самолет вылетел с базы один, однако недалеко от острова Иводзима, недавно захваченного США, к нему присоединились два бомбардировщика, сопровождавшие его до Хиросимы. Внутри Enola Gay шла подготовка к запуску бомбы, затем летчик нажал на кнопку, открывавшую створки люка. Бомба «Малыш» (Little Boy), пролетев меньше минуты, взорвалась в 600 метрах над землей. Если бы она взорвалась раньше, ее энергия погасла бы в воздухе, если позже — много энергии было бы затрачено на образование огромного кратера. Именно на этой высоте бомба имела наибольшую разрушительную силу. В результате ее взрыва погибли 140 тысяч человек. Один из членов экипажа говорил: 

«Несколько минут назад здесь стоял город, и вот он исчез».

Бомба «Малыш» на острове Тиниан, перед погрузкой в Enola Gay.

Через три дня, 9 августа, над Нагасаки был сброшен «Толстяк» (Fat Man) — бомба с плутонием-239. В этот раз бомбу и экипаж перевозил Bockscar, также бомбардировщик В-29. В результате атаки погибли 40 тысяч человек. Япония подписала акт о капитуляции, ознаменовавший окончание Второй мировой войны.