Сталин и бомба. Советский Союз и атомная энергия. 1939-1956
Шрифт:
Наибольшая доля ответственности в связи с руководством деятельностью Радиевого института пришлась на Хлопина, особенно после 1930 г., когда Вернадский организовал в Москве новую биогеохимическую лабораторию. Виталий Хлопин был примерно на 30 лет моложе Вернадского, а его отец, хорошо известный врач, был другом Вернадского и активным членом партии кадетов. В 1912 г. в Петербургском университете Хлопин получил ученую степень по химии и с 1915 года начал работать в минералогической лаборатории Вернадского. В 1933 г. он был избран членом-корреспондентом Академии наук, а в 1939 г. стал ее действительным членом. В том же году он сменил Вернадского на посту директора Радиевого института. Хлопин не обладал широким видением науки, характерным для Вернадского, и сконцентрировал свои собственные усилия на химии радиоактивных элементов. Это направление стало наиболее развитым в институте {131} . Сразу после основания института был учрежден Государственный радиевый фонд: весь радий, произведенный в Советской России, объявлялся собственностью государства и его надлежало хранить в институте. Завод в Бондюжском был передан под контроль института, но в 1925 г. этот завод был закрыт, а производство радия перенесено в Москву на завод редких металлов. В 1924 г., после десятилетнего перерыва, была возобновлена добыча руды в Тюя-Муюне, но эта руда имела низкое содержание радия, и в конце 1930 г. рудник закрыли. В Ферганской долине и в районе Кривого Рога на Украине обнаружили несколько новых месторождений урана, однако разрабатывать их начали много позднее [30] .
30
Погодин С. А., Либман Е.П. Как добыли советский радий. С. 114 и далее, 122, 133–136, 179, 180; Либман Е.П. Радий// Наука и жизнь. 1939. № 6. С. 55. В статье Либмана говорится, что рудник в Тюя-Муюн «временно законсервирован» и что его заменили новые рудники, однако остается неясным, что же это за новые рудники. Шимкин указывает на источник, который в 1936 г. утверждал, что потребности Советского Союза были обеспечены за счет радия, извлекаемого из водяных скважин в Ухте и руды из Тюя-Муюн (см.: Shimkin D. В. Minerals: A Key to Soviet Power. Cambridge, Mass.: Harvard University Press, 1953. P. 149).
II
Радиоактивность открывала новые возможности для изучения строения атома. После открытия Резерфордом и Содди радиоактивного распада стало очевидным, что атом не является неделимым. В 1911 г. Резерфорд выдвинул идею, что у атома имеется ядро, в котором сосредоточена его основная масса. Восемью годами позднее ему удалось за счет бомбардировки ядер азота альфа-частицами превратить их в ядра кислорода. Впервые было осуществлено искусственное превращение ядер и тем самым начат новый этап исследования атомной структуры — путем бомбардировки ядер частицами.
До 1917 г. русские физики не проводили серьезных исследований в области радиоактивности {134} . В декабре 1919 г. Д.С. Рождественский, директор только что созданного Государственного оптического института, выступил с сообщением о работе, выполненной им в области изучения сложных атомов методом спектрального анализа. Это была первая выдающаяся российская работа в области строения атомов, и в Петрограде тяжелых военных лет она вызвала воодушевление {135} . [31] Рождественский попросил у Луначарского разрешения отправить Эренфесту и Лоренцу в Лейден радиограмму о выполненной им работе. К своему большому огорчению, позже он узнал, что такие исследования уже были проведены западными физиками {136} . За докладом Рождественского последовало создание комиссии по изучению теоретических проблем строения атомов, но ничего более значительного это за собой не повлекло {137} . [32]
31
У этого эпизода имеется курьезное продолжение. Искаженная версия о работе Рождественского, кажется, легла в основу сообщения, появившегося в лондонском еженедельнике «Нейшн» 20 ноября 1920 г. (с. 274), где было написано: «На днях в радиограмме из Москвы сообщалось, что один русский ученый наконец раскрыл секрет атомной энергии. Если эта новость окажется правдой, то человек, владеющий этим секретом, может пренебречь нашими усилиями по добыче угля и укрощению водопадов». Эта статья была, очевидно, показана Ленину за кулисами Большого театра во время VIII Съезда Советов и вызвала разговор об атомной энергии (см. статью Е. Драбкиной «Невозможного нет», опубликованную в М» 12 «Нового мира» за 1961 г., с. 6–10). Одним из принявших участие в разговоре был публицист, член партии большевиков, И.И. Скворцов-Степанов, который позднее написал в книге об электрификации (которую Ленин предварил предисловием), что «практическое, промышленное приложение этого достижения [открытия радиоактивности] не за горами» (см: Погодин Р. А., Либман Е.П. Как добыли советский радий. С. 9). Что подумал Ленин о сообщении, согласно которому русский ученый открыл секрет атомной энергии, неизвестно.
32
Это, однако, спасло жизни ученым, потому что Рождественский остался жив только благодаря специальному пайку, который он получил как председатель этой комиссии (см. письмо Геннадия Горелика от 26 марта 1933 г.). См. также: Начало атомных исследований// Природа. 1967. № 11. С. 33, 34. Физический отдел Радиевого института достиг небольшого прогресса. Мысовский, его заведующий, работал над усовершенствованием высоковольтного ускорителя частиц, но не продвинулся дальше создания моделей различных установок. Об этой ранней работе см.: Игонин В.В. Атом в СССР. Саратов: Изд-во Саратовск. ун-та, 1975. С. 139 и далее.
Интерес к ядерной физике резко усилился в Советском Союзе после annus mirablis [33] , 1932 г. В этом году было сделано несколько важных открытий. Джеймс Чедвик в Кавендишской лаборатории открыл нейтрон. Джон Кокрофт и Е.Т. С. Уолтон, тоже сотрудники Кавендишской лаборатории, расщепили ядро лития на две альфа-частицы {138} . Определенное отношение к проведению этого эксперимента имел Георгий Гамов, входивший в штат сотрудников Радиевого института. В 1928 г. он развил на основе новой квантовой механики теорию альфа-распада. Из нее следовало, что частицы со сравнительно небольшой энергией могут за счет туннельного эффекта проникнуть сквозь кулоновский барьер, окружающий ядро, а потому имеет смысл построить установку, которая могла бы разогнать частицы до нескольких сотен тысяч электрон-вольт (кэВ), не дожидаясь того времени, когда их энергии могут достигнуть величины в десятки миллионов электрон-вольт (МэВ). Кокрофт и Уолтон приняли это предложение [34] и построили аппарат, способный ускорять протоны до энергии в 500 кэВ, которые они и использовали для расщепления ядра лития. В том же году Эрнест Лоренс в Беркли использовал новое устройство, которое он изобрел, — циклотрон — для ускорения протонов до энергии в 1,2 Мэ В.В. Калифорнийском технологическом институте Карл Андерсон идентифицировал положительный электрон, или позитрон. Гарольд Юри из Колумбийского университета открыл изотоп водорода с атомной массой 2 — дейтерий.
33
«Год чудес». — Прим. ред.
34
Предложение было сделано Ф. Хаутермансом. — Прим. ред.
Советские ученые с большим энтузиазмом встретили известие об открытиях, сделанных в 1932 г. Они внимательно следили за тем, что делалось на Западе, и быстро откликались на эти новые достижения. Дмитрий Иваненко, теоретик из института Иоффе, выдвинул новую модель атомного ядра, включив
Иоффе решил созвать Всесоюзную конференцию по атомному ядру, чтобы завязать более тесные связи между различными научными центрами Советского Союза, работающими в области ядерной физики{142}. На эту конференцию, собравшуюся в сентябре 1933 г., он пригласил несколько иностранных физиков. Среди докладчиков были Фредерик Жолио-Кюри, Поль Дирак, Франко Расетти (сотрудник Энрико Ферми) и Виктор Вайскопф, в то время ассистент Вольфганга Паули в Цюрихе. Эта конференция сделала очень много для стимулирования советских ядерных исследований. Среди молодых физиков, принимавших участие в ее работе, было несколько человек, которые позднее сыграли ведущую роль в атомном проекте: Игорь Тамм, Юлий Харитон, Лев Арцимович и Александр Лейпунский{143}.
Иоффе не принуждал своих молодых коллег перейти к работе в области ядерной физики, но он поддержал их, когда они приняли такое решение. До 1932 г. только одна работа, выполненная в институте, могла бы быть отнесена к области ядерной физики. Это было исследование космических лучей, которое проводил Дмитрий Скобельцын. А к началу 1934 г. в отделе ядерной физики института было уже четыре лаборатории, в которых работало около 30 сотрудников. Ядерная физика стала второй по важности после физики полупроводников областью исследований{144}. По мнению Хари-тона, который был студентом Иоффе и в рассматриваемое время работал в руководимом Семеновым Институте химической физики, поддержка работ в области ядерной физики была смелым поступком со стороны Иоффе, «потому что в начале 30-х годов все считали, что ядерная физика — это предмет, совершенно не имеющий никакого отношения к практике и технике….Занятие же таким далеким, как казалось, от техники и практики делом было очень нелегким и могло грозить разными неприятностями»{145}.
Всем было известно, что внутри ядра заключено огромное количество энергии, но никто не знал, каким образом эта энергия может быть освобождена (если такая возможность вообще существует) и использована. В 1930 г. Иоффе писал, что использование ядерной энергии могло бы привести к решению проблемы энергетического кризиса, перед лицом которого человечество может оказаться через две или три сотни лет, но он не мог утверждать, что практические результаты будут достигнуты в течение ближайшего или даже более отдаленного времени {146} . [35] «…В те годы еще и мыслей не могло быть о ядерном оружии или ядерной энергетике, — писал Анатолий Александров, который в это время работал в институте Иоффе, — но в физике ядра открылись новые крупные проблемы и интересные задачи для исследователей» {147} . [36]
35
Среди советских физиков, кажется, только Ландау имел представление о том, каким образом могла бы быть освобождена атомная энергия. Немецкий физик Рудольф Пайерлс в 1934 г. отправился в туристический поход с Ландау и их общим другом, инженером. Однажды инженер спросил: «Что это все говорят об атомной энергии? Что это — фантастика или тут имеется какая-то реальная возможность?» Ландау ответил, что достичь этого «трудно, потому что, видите ли, существуют реакции, в процессе которых можно освободить энергию из ядер, но сделать это с помощью заряженных частиц было бы очень неэффективно; они теряют энергию во время своего движения. Другое дело нейтроны — они энергию не теряют. Но на сегодня мы знаем только один способ получения нейтронов — за счет бомбардировки заряженными частицами, т. е. мы опять возвращаемся к тем же проблемам. Но если когда-нибудь будет найдена реакция, которую вызывают нейтроны и в процессе которой возникают вторичные нейтроны, это все решает» (см.: Peierls R./ / Nuclear Physics in Retrospect/ Ed. R. M. Stucwer. Minneapolis: University of Minnesota Press, 1979. P. 79).
36
В 1932 г. Бухарин присутствовал на лекции Георгия Гамова о ядерных реакциях и энергии, вырабатываемой на Солнце. После лекции Бухарин сказал, что раз в неделю в ночное время в распоряжение Гамова на несколько минут может быть предоставлена вся электрическая мощность московского промышленного района, так что он смог бы ее направить в очень тонкую медную проволочку, насыщенную маленькими «пузырьками» смеси водорода и лития и тем самым создать контролируемую термоядерную реакцию. «Я решил отклонить это предложение, — писал Гамов позднее, — и я рад, что так поступил, так как это не сработало бы» (Gamov G. My World Line. N. Y.: Viking Press, 1970. P. 121).
В 1936 г. на мартовской сессии Академии наук Мысовский утверждал, что, хотя радиоактивные элементы и находят практическое применение в медицине, биологии и промышленности, можно считать, что высказанные ранее идеи о том, что ядерные реакции могут явиться мощным источником энергии, оказались ошибочными {148} . Игорь Тамм не был согласен с этим. Очевидно, сказал он, что внутри ядра скрыт совершенно неисчерпаемый запас энергии, которой рано или поздно овладеют. «…Я не вижу никаких оснований, — добавил он, — сомневаться в том, что рано или поздно проблема использования ядерной энергии будет решена», но пока что нельзя задаться разумными вопросами о том, каким образом окажется возможным овладеть этой энергией, поскольку проблемы физики ядра еще как следует не поняты. Тем не менее он с оптимизмом относился к возможностям атомной энергии, но утверждал, — всего лишь за девять лет до Хиросимы — что «действительно наивна мысль о том, что использование ядерной энергии является вопросом пяти или десяти лет» {149} . [37]
37
На заседании организационного комитета конференции возникла дискуссия о возможности освобождения атомной энергии. Френкель и Иоффе говорили о том, что это будет возможно в не слишком отдаленном будущем. Рождественский возразил, что это произойдет не ранее чем через столетие (см.: Визгин В.П. Мартовская (1936) сессия АН СССР: Советская физика в фокусе. II (архивное приближение)// Вопр. истории естествознания и техники. 1991. № 3. С. 41, 42.
III
В 30-е годы институт Иоффе был ведущим центром исследований в области ядерной физики. Первым заведующим отделом ядерной физики в нем стал Игорь Курчатов, который в 1943 г. стал и научным руководителем советского ядерного проекта и занимал этот пост до самой своей смерти в 1960 г. Курчатов родился в январе 1903 г. в городе Симский Завод на Южном Урале. Его отец был землемером, а мать — учительницей. В 1912 г. семья переехала в Крым, в Симферополь, из-за болезни дочери Курчатовых. Это не помогло ей, и она вскоре умерла от туберкулеза. Курчатов поступил в гимназию в Симферополе, а в 1920 г. стал студентом Таврического университета (ректором которого как раз в это время был избран Вернадский), где изучал физику. Преподавание физики в университете было в лучшем случае бессистемным, хотя в первый год обучения Курчатова там читал лекции Френкель, а профессор С.Н. Усатый, родственник Иоффе, специально переехал из Севастополя в Симферополь, чтобы преподавать физику. Курчатов закончил курс обучения на год раньше положенного срока, в 1923 г.{150}