Лиза Мейтнер. Расщепление ядра

ГЛАВА 5 Цепная реакция

В результате процесса расщепления высвобождаются нейтроны, которые могут быть использованы для новых расщеплений атомных ядер. Количество цепных расщеплений возрастает экспоненциально, при этом возможно генерирование большого количества разрушительной энергии и создание атомной бомбы.

Всегда ли при расщеплении ядра урана высвобождаются нейтроны? Может ли процесс расщепления быть использован для получения энергии? Для ученого венгерского происхождения Лео Силарда (1898-1964) ответы на эти вопросы имели отношение к созданию атомной бомбы.

Силард в течение нескольких лет размышлял над возможностью цепной реакции. Уже в 1934 году он запатентовал свою идею, хотя еще сам не знал, как она будет осуществлена. Например, он предлагал использовать для реакции бериллий. Но самым важным было то, что в результате цепной реакции можно получить большое количество энергии. Многие представители научного сообщества в то время отвергали идею возможности использования такой энергии. В 1938 году Силард уехал в США и там начал исследовать расщепление с целью получения энергии.

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.

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 Ферми о необыкновенной новости. Тот сразу же начал думать над возможностью повторить эксперимент по расщеплению. Ученые воспользовались циклотроном в Колумбийском университете, где теперь работал Ферми, для ускорения протонов и использования их для бомбардировки урана. Показания осциллоскопов подтвердили, что расщепление и вправду происходит (см. рисунок 1).

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.

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 (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.

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.

«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.

В течение последних четырех месяцев [...] стала вероятной возможность ядерной реакции в крупной массе урана, вследствие чего может быть освобождена значительная энергия и получены большие количества радиоактивных элементов [...].

Это новое явление способно привести также к созданию бомб и возможно — хотя и менее достоверно — исключительно мощных бомб нового типа. Одна бомба этого типа, доставленная на корабле и взорванная в порту, полностью разрушит весь порт c прилегающей территорией [...].

Искренне Ваш Альберт Эйнштейн».

Немцы начали исследовательский проект по созданию атомной бомбы в 1939 году, за два года до американцев. В их распоряжении были прекрасно подготовленные ученые и инженеры, а также необходимые материалы, например уран из рудника Яхимов в Чехословакии. Вернер Гейзенберг в те годы был самым знаменитым немецким ученым после Эйнштейна, он казался наиболее подходящей кандидатурой, чтобы возглавить проект по созданию атомной бомбы.

Привычное для Гейзенберга сотрудничество с еврейскими учеными возбудило подозрения защитников «немецкой физики» — движения, заявлявшего об ошибочности и вредности «еврейской» физики. Йоханнес Штарк, один из лидеров этого движения, в своей публикации обвинил Гейзенберга в отсутствии патриотизма. Военная и полицейская нацистская организация СС (сокращение от нем. Schultzstaffel — «отряды охраны») решила провести расследование и допросила Гейзенберга. Это был самый опасный момент в жизни ученого. Но все устроилось благодаря его матери, лично знавшей мать Генриха Гиммлера, руководителя СС. В любом случае, с этого времени Гейзенберг находился под подозрением, и ему нужно было доказывать собственную лояльность нацистам.

Когда в 1939 году Гейзенберг поехал в США, чтобы прочитать серию лекций в разных университетах, все понимали, что в Европе скоро начнется война, поэтому ученый получил несколько предложений о работе от разных университетов, но отклонил их и вернулся на родину. Как видите, у Гейзенберга была возможность порвать с нацистским правительством, но он не воспользовался ею. Почему он это сделал, неясно: возможно, ученый стремился защитить семью, остававшуюся в Германии, а возможно — испытывал преданность по отношению к своей стране. Корабль, на котором Гейзенберг плыл обратно, шел полупустым — никто не решался ехать в Европу, зная о неизбежности военного конфликта.

В начале войны физик получил от военного департамента инструкции по исследованию возможностей применения расщепления ядра в военных целях. Гейзенберг в 1940 году составил несколько докладов о возможности создания атомной бомбы, в которых описал этапы ее разработки. Он сам и большая команда ученых начали серию экспериментов ключевой части проекта, в частности для наблюдения за поглощением нейтронов. Часть лаборатории, где должен был быть построен ядерный реактор, находилась в Берлине, в Институте физики имени кайзера Вильгельма, который стали называть Вирусным домом, чтобы отпугнуть любопытную публику. Когда в конце войны советские войска захватили Берлин, это здание было одной из военных целей. Для Советского Союза было важно получить большое количество урана для ядерной программы.

Другие важные лаборатории находились в Лейпциге и в маленьком городе на юге Германии Хайгерлохе, где эксперименты ставили в церковном подвале.

Исследователи по своей воле могут разбивать и создавать атомы, могут осуществлять цепные реакции, приводящие к взрыву. Если эти трансмутации материи будут развиваться, можно получить большое количество свободной энергии для использования.

Фредерик Жолио в 1935 году в речи после получения Нобелевской премии по химии

Ученым не удалось рассчитать критическую массу урана- 235, то есть минимальную массу материала, необходимого для осуществления поддерживаемой ядерной реакции, поэтому они использовали очень большое количество материала, по нескольку тонн, и это делало проект неосуществимым: получить такое количество материала было затруднительно. Добыча урана была крайне опасной, и шахтеры страдали от заболеваний, вызванных воздействием радиоактивности, в результате на этих работах добывающее предприятие начало использовать труд заключенных концлагеря.

Уран, который встречается в природе, представляет собой смесь двух изотопов — урана-235 и урана-238. Второй изотоп довольно распространен и составляет 99, 2% природного урана, оставшиеся 0, 8% представлены ураном-235. Однако для цепной реакции необходим именно этот, более редкий изотоп. Когда уран-238 поглощает нейтрон, вместо расщепления происходят бета-распад и трансмутация в плутон-239. Уран-235 легко расщепляется нейтронами определенного вида энергии — кинетической. Когда источник состоит из смеси двух изотопов, с большим содержанием урана-238, этот изотоп поглощает большую часть нейтронов и делает цепную реакцию невозможной. Поэтому для осуществления поддерживаемой цепной реакции нужно использовать смесь с преобладанием урана-235, которую называют обогащенным ураном. Процесс обогащения урана состоит в очищении смеси и увеличении содержания в ней урана-235. Считается, что для создания атомной бомбы необходимо достичь 90% содержания этого изотопа. Разделить два изотопа непросто, и немецким ученым не удалось разработать достаточно удачный метод обогащения урана, что в конце концов означало провал проекта. Исследователи, участвовавшие в Манхэттенском проекте, напротив, смогли найти метод обогащения урана на заводе Оак-Ридж (Теннеси), благодаря чему создание первой атомной бомбы стало реальностью.

Зал контрольных панелей на заводе Оак-Ридж, фундаментальная часть Манхэттенского проекта.

Хотя Отто Ган не участвовал в разработке бомбы, он установил, что для цепной реакции необходимо использовать уран- 235, добыть который гораздо труднее, чем уран-238.

Еще одним техническим вопросом, который нужно решить для создания бомбы, был вопрос обеспечения веществом для замедления нейтронов. Как было открыто Ферми и Мейтнер, медленные нейтроны имеют при расщеплении большую эффективность. Когда воздействие нейтронов происходит на определенной скорости — при низкой кинетической энергии, — их поглощение ядром становится более вероятным, что увеличивает и вероятность расщепления (см. рисунок 2). Для торможения нейтронов использовали разные вещества, и было решено, что наилучшим вариантом является тяжелая вода. Она отличается от обычной воды тем, что водород в ее молекулах представлен изотопом дейтерием, имеющим в ядре не только протон, но и дополнительный нейтрон.

Уже в 1941 году Гейзенберг был готов разработать контейнер для урана и тяжелой воды, чтобы осуществить цепную реакцию. Вначале попытки были безуспешны, так как ученый недооценил важность расчета критической массы урана, необходимой для цепной реакции. После неоднократных повторов опыта в начале 1942 года он убедился, что цепная реакция началась. Она не была поддерживаемой, однако Гейзенбергу удалось обнаружить умножающийся эффект индуцированного расщепления. В работу вновь вкралась ошибка: использование пластин урана вместо сфер сделало работу реактора невозможной.

РИС. 2

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

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.

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.

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.

В то время как мир, казалось, занимался саморазрушением, Мейтнер проходила через свой личный ад. Катастрофа началась с аншлюса Австрии 12 марта 1938 года. Исследовательница автоматически становилась гражданкой Германии, и немецкие законы, дискриминировавшие еврейское население, распространялись и на нее. Между тем в Вене гремели торжества по поводу аншлюса.

Бор начал активные и решительные действия, чтобы помочь Мейтнер найти работу в другой стране. Они рассматривали разные варианты, включая и возможность работы в Копенгагене в институте Бора, где Лиза могла бы находиться рядом со своим племянником Отто Робертом Фришем. Казалось, все было готово, но возникло еще одно препятствие: австрийский паспорт Мейтнер оказался недействительным, а немецкие власти не спешили выдавать ей новый.

Отто Ган и Лиза Мейтнер на церемонии открытия Института ядерных исследований Гана — Мейтнер в Берлине 14 марта 1959 года.

Члены британской делегации Манхэттенского проекта в 1940-е годы. Слева направо: Уильям Дж. Пенни, Отто Фриш, Рудольф Пайерлс и Джон Кокрофт.

В любом случае благодаря стараниям Бора существовали два запасных плана: Мейтнер могла поехать в Университет Гронингена (Голландия) или в Стокгольм, где физик Манне Сигбан, с которым она встречалась несколько десятилетий назад, как раз создавал институт физических исследований. Вполне вероятно, что в этом институте нашлось бы место и для нее. Университет Гронингена не имел финансирования и не мог платить Мейтнер, и Бор убедил физиков Дирка Костера и Адриана Фоккера организовать кампанию по сбору средств.

Ситуация в Институте кайзера Вильгельма становилась все напряженнее. На Гана давили, вынуждая его уволить Мейтнер, и она не могла больше там работать. Впоследствии Ган вспоминал:

«Ситуация становилась все более невыносимой [...]. Лиза сердилась на меня [...]. С другой стороны, мне постоянно говорили: ей уже давно нужно было оставить свое место, и она сама должна понять, что ставит под удар весь институт».

Друзья Мейтнер ходатайствовали за нее перед властями. Немецкий химик и инженер Карл Бош (1874-1940) просил министра образования, чтобы тот позволил «знаменитой исследовательнице Лизе Мейтнер уехать в нейтральную страну — Швецию, Данию или Швейцарию». От министра пришел решительный ответ, гласивший:

«...нежелательно, чтобы известные евреи оставляли Германию и ехали за границу, чтобы оттуда действовать вопреки немецким интересам».

Пока у Мейтнер была возможность работать, она решила оставить свою квартиру рядом с институтом и перебраться в отель. В июне 1938 года преследования евреев ужесточились, готовился закон о новых запретах, например на занятия торговлей. Друзья Мейтнер начали всерьез опасаться за нее. Жизнь исследовательницы была в опасности, ей необходимо было бежать из страны.

Никто не знал о том, что разрабатывается целый план побега Мейтнер. Для обмена сообщениями с коллегами за рубежом использовались поездки научных сотрудников. На столе у Мейтнер лежали два предложения работы, и она решилась на шведский вариант, так как считала его более перспективным. Однако как перебраться через границу? Ган сообщил Мейтнер 12 июля, что она отправится в Голландию, а не в Швецию. Выезжать нужно было на следующее утро. Лиза не знала, что друзья уже полностью подготовили ее поездку в Гронинген.

Нужно было торопиться: становилось все яснее, что скоро на границах Германии будут введены более суровые меры, а в тот момент граница с Голландией считалась наиболее свободной. Ключевую роль сыграло вмешательство Дирка Костера. Именно он убедил солдат на границе пропустить Мейтнер, для чего ему пришлось показать официальное разрешение на въезд, выданное в Голландии. Также Костер просил их убедить немецких пограничников не препятствовать выезду Мейтнер. У нее по-прежнему не было визы, поэтому успех всего предприятия зависел от этих переговоров.

Затем Костер отправился в Берлин, чтобы забрать Мейтнер. Ее проинструктировали, чтобы она вела себя как обычно, не вызывая никаких подозрений. Закончив работу в восемь вечера, Лиза отправилась в отель и собрала два чемоданчика, будто отправляясь в короткую поездку. Она никому не сообщила о том, что уезжает навсегда. Через некоторое время Мейтнер встретилась с Костером.

Никто не догадывался об их планах, но сама Мейтнер совсем не радовалась побегу. Три десятилетия, прожитых в Берлине, растаяли, будто их никогда и не было. Ган, который всегда поддерживал Лизу, дал ей кольцо своей матери — на случай какой-нибудь чрезвычайной ситуации, например чтобы подкупить пограничников. В кошельке у нее было всего несколько немецких марок. Позже Ган вспоминал об этих напряженных днях:

«Дрожа от страха, мы спрашивали себя, удастся ей побег или нет? Мы помнили кодовое слово, которым она должна была известить нас об успехе или провале поездки. Лиза Мейтнер подвергалась особой опасности из-за постоянных проверок СС в поездах, идущих за границу. В каждых двух из трех арестовывали людей, едущих за границу на поезде, и отправляли обратно».

В то время один из ученых Института кайзера Вильгельма, симпатизировавший нацизму, узнал о готовящемся побеге Мейтнер. После того как доносу был дан ход, немецкие власти начали расследование. К счастью, к этому времени Мейтнер уже удалось выехать из страны.

Поездка до границы с Голландией тянулась семь бесконечных часов. Мейтнер осознавала, что все ее планы могут рухнуть в любой момент, как это часто и бывало. Однако на границе все прошло так, как устроил Костер, который в конце путешествия отправил Гану телеграмму о том, что «малыш» добрался целым и невредимым.

Прошло несколько недель в тихом городке Гронингене, который так отличался от Берлина с его милитаристскими манифестациями, и Мейтнер решила отправиться в Стокгольм, чтобы реализовать свой первоначальный план. Как показало будущее, отъезд из Голландии был верным решением, так как 10 мая 1940 года Германия оккупировала Бельгию и Голландию, и если бы Лиза не уехала, ей вряд ли удалось бы бежать вновь.

Мейтнер воспользовалась отъездом и навестила Бора, а в августе 1938 года прибыла в Швецию. В первую очередь она встретилась со своей старой подругой Эвой фон Бар-Бергиус в Кунгэльве. Поняв, в какой тяжелой ситуации находится Лиза, включая и финансовую сторону, Эва рекомендовала ей официально уволиться из Института кайзера Вильгельма, а затем требовать выплаты причитавшейся ей пенсии.

В Швеции исследовательнице предстояло начать новую жизнь. К ее удивлению, Манне Сигбан не оказал ей достаточной помощи: он был занят созданием своего нового института и совсем не думал о том, чтобы предложить Мейтнер достойную работу, которая обеспечила бы ее средствами к существованию. Новая лаборатория практически не имела оборудования, у Мейтнер не было помощников, а зарплата соответствовала жалованью простого ассистента. За 30 лет работы в Германии ей не полагалось никакой пенсии. Ко всему этому добавился и языковой барьер, так что исследовательница чувствовала себя совершенно беззащитной.

Она писала Гану о своей драматической ситуации:

«Я ничего плохого не сделала. Почему вдруг со мной обращаются как с персоной нон грата или даже как с похороненной заживо? [...] Если ты задумаешься, тебе будет нетрудно понять, что такое лишиться научного оборудования. Для меня это самое плохое, что могло случиться. Но на самом деле у меня нет горечи, просто в данный момент я не вижу реальной цели в жизни и чувствую себя очень одинокой».

Пятого декабря 1938 года Мейтнер призналась Гану:

«Часто я чувствую себя как подвешенная марионетка, которая что-то делает, дружелюбно улыбается, но не живет по-настоящему».

Эти письма отражали страдания Мейтнер, ее тревогу. Пока продолжалась переписка, в ноябре 1938 года Мейтнер и Гану удалось увидеться в институте Бора в Копенгагене. В этой встрече участвовали Отто Роберт Фриш и сам Бор, а обсуждение касалось трансурановых элементов и экспериментов, которые шли в Институте кайзера Вильгельма. На встрече было принято решение осуществить ключевой эксперимент, который привел к пониманию расщепления ядра.

Мейтнер остро реагировала на новости из Германии. Дата 9 ноября 1938 года вошла в историю как Хрустальная ночь, во время которой прошли масштабные еврейские погромы. Их организатором был Йозеф Геббельс, который использовал силы С А (от нем. Sturmabteilung — «штурмовые отряды»), гитлеровскую молодежь и другие сочувствовавшие организации. В ходе погромов были сожжены синагоги, магазины, тысячи евреев были схвачены и отправлены в концлагеря. Был арестован и отец Отто Роберта Фриша, Юстиниан Фриш, которого отправили в Дахау.

Для Мейтнер не могло быть новости хуже. Приближалось Рождество, а это известие стало страшным ударом для человека, и без того страдавшего от одиночества. Лиза снова поехала к Эве фон Бар-Бергиус за поддержкой, и там к ним присоединился Отто Роберт Фриш. Вот в таких драматических обстоятельствах произошла знаменитая прогулка по свежевыпавшему снегу. Казалось, мир рушится, и посреди этой катастрофы к Мейтнер пришла идея о ядерном распаде. В начале года стало известно, что Юстиниана освободили, и он собирается переехать с семьей в Швецию.

В это время Ган постарался сделать так, чтобы Мейтнер получила свои вещи, которые все еще находились в Берлине. Он упаковал библиотеку, инструменты, одежду, но после проверки, которую нацистская полиция проводила, прежде чем одобрить отправку вещей, было предписано уничтожить абсолютно все, включая книги.

Ган за год до этого занял пост директора Института кайзера Вильгельма, но нацистское правительство сомневалось в его лояльности из-за связей с еврейскими учеными, в том числе с Мейтнер. В 1939 году был основан комитет по изучению возможностей расщепления ядра и создания атомной бомбы, и Ган участвовал в его работе. Чтобы выжить на родине, ему пришлось дистанцироваться от Мейтнер, и ученый зашел в этом так далеко, что убедил самого себя в том, что был единственным открывателем расщепления ядра.

Здесь в моей ситуации я не могу сделать ничего важного. Постарайтесь понять, как вы себя чувствовали бы, если бы [...] у вас был только кабинет в институте, который не является вашим, без какой-либо помощи, без прав...

Лиза Мейтнер

Для Мейтнер ситуация в Швеции оставалась невыносимой, и никаких изменений в ней не предвиделось. Поэтому в 1939 году она попробовала получить место в Кавендишской лаборатории. Мейтнер предложили договор с условием, что она переедет в следующем году. Она очень сожалела об этой задержке, поскольку начавшаяся война закрыла ей возможность переезда в Соединенное Королевство.

Мейтнер вернулась в свой пустой кабинет в Швеции.

В 1943 году ее пригласили участвовать в Манхэттенском проекте, но Лиза решительно отказалась: она не хотела заниматься исследованиями, которые шли в США, хотя для нее согласие означало бы значительное улучшение условий жизни и работы.

В 1945 году Германия капитулировала. Мейтнер утратила связь с большинством своих друзей и ничего не знала об их судьбе.

Постепенно до нее дошли неприятные новости о том, что союзники арестовали Гана и отправили его в Фарм-холл.

После ядерной бомбардировки Японии Мейтнер, как и многие физики, прямо или косвенно знавшие о возможностях ядерного расщепления, пережили шок. Еще больше она была поражена, когда местный репортер взял у нее интервью, пытаясь выяснить степень ее участия в разработке атомной бомбы. Мейтнер утверждала, что не участвовала в проекте, но через три дня Элеонора Рузвельт попросила ее выступить в американской радиопрограмме — для этого даже была обеспечена трансатлантическая связь. Мейтнер неожиданно стала знаменитостью, о ней говорили как о человеке, которому удалось сбежать из нацистской Германии, унеся с собой секрет расщепления. Хотя Мейтнер постоянно пыталась объяснить, что ее участие сводилось к открытию физического понятия ядерного расщепления, в представлении широкой публики она стала героиней.

Особенно широко слава Мейтнер распространилась в США. Скоро она получила приглашение прочитать лекции и принять участие в конференциях в этой стране. За право принимать Мейтнер соперничали Гарвард и Принстон. Исследовательница встретилась с президентом Гарри Трумэном, одна из феминистских организаций назвала ее женщиной года, а Голливуд предложил ей наблюдать за съемками фильма, основанного на ее биографии (это предложение Мейтнер сразу же отклонила). В течение полугода Лиза жила в Штатах, осыпаемая почестями и наградами. В Швеции ее положение тоже изменилось к лучшему: Королевская академия наук страны включила ее в список своих членов. Однако эти изменения были лишь внешними — после возвращения из Америки Мейтнер ждал все тот же необорудованный кабинет.

Момент, когда жюри Нобелевской премии в 1945 году собралось для утверждения кандидатур, отдавал сладкой горечью. В прошлом году премия была отменена, поэтому награду должны были вручать за достижения, сделанные в течение двух лет. Открытие процесса расщепления заслуживало премии, и во время обсуждения возникло предложение наградить как Гана, так и Мейтнер. После долгих споров кандидатура Мейтнер была отклонена. Исследовательница покинула институт за несколько месяцев до открытия расщепления, и этот факт заставил многих поверить, что ее вклад в открытие был незначительным. Во многом этому убеждению способствовал и сам Ган, давно дистанцировавшийся от Мейтнер. Конечно, это не соответствовало действительности: именно Мейтнер руководила исследованиями, именно она постоянно говорила о том, что наблюдаемые процессы не укладываются в теоретические рамки, именно она настояла на исследовании радия.

Один из ответственных за записи в Фарм-холле составил несколько отчетов о находившихся там ученых — Максе фон Лауз, Вернере Гейзенберге, Карле Фридрихе фон Вайцзеккере. Оценивая Гана, один из высших чинов, проверявших записи, отметил:

«Это человек мира. Самый любезный из профессоров. Непопулярен среди молодых ученых группы, считающих его деспотом. Обладает острым чувством юмора и благоразумен. Демонстрирует уважительное отношение к Англии и США. Чувствовал себя ужасно после известия об использовании атомной бомбы, считает себя ответственным за жизни тех людей в силу сделанного им открытия. Очень хорошо отнесся к факту, что пресса сочла автором открытия профессора Мейтнер, хотя уточняет, что она была одной из его помощниц и к тому же уехала из Берлина до того, как было сделано открытие».

В этом отчете констатируется: Ган переосмыслил процесс открытия расщепления ядра до той степени, что начал считать, будто Мейтнер не играла в открытии никакой важной роли. Однако письма и документы той эпохи убеждают нас в том, что роль Мейтнер была такой же фундаментальной, как и роль Гана.

Ган решил, что радоваться его награждению Мейтнер мешает исключительно уязвленное самолюбие, но для самой исследовательницы эта ситуация стала очередной несправедливостью, связанной с ее национальностью и полом. Кроме того, она считала, что такие ученые, как Ган и Гейзенберг, гораздо ближе, чем заявляли впоследствии, сотрудничали с нацистским режимом. После этого дружба Мейтнер с Ганом прекратилась навсегда. Однако несмотря на всю горечь, которую она испытывала, исследовательница присутствовала на нобелевском приеме и выслушала речь Гана, который несколько раз упомянул ее работу и работу Фриша. В свою очередь, Ган в знак уважения к Мейтнер разделил с ней денежную часть премии — средства исследовательница передала в комитет атомной энергии в Принстоне, созданный для наблюдения за возможными способами использования этого вида энергии.

После Второй мировой войны появилось много проектов, в которых предлагалось коммерческое использование военных технологий. Ядерная энергия рождала много надежд: считалось, что она поможет открыть новую эру. Первой атомной станцией, подключенной к единой энергетической сети, стала АЭС в Обнинске. Это был маленький экспериментальный реактор, запущенный в 1954 году. Через два года Елизавета II открыла в Соединенном Королевстве Колдер-холл, проработавший до 2003 года. Эта станция использовала необогащенный уран и, по сути, производила очень мало электричества, так как служила прикрытием для главной цели — производства плутония для военных проектов. Сегодняшние атомные станции, как правило, работают на обогащенном уране. Для создания поддерживаемой цепной реакции и производства энергии необходимо достичь пропорции обогащения в 3%. В качестве ядерного топлива можно использовать и плутоний, но подобный вариант представляется довольно спорным, так как этот элемент легко превращается в оружие. В настоящее время атомные станции работают в 29 странах мира, их общее количество не превышает полумиллиона, они производят около 20% всей электроэнергии. Энергия от цепной реакции используется для испарения воды и приведения в движение турбин, производящих электричество. Затем вода проходит через конденсатор, так что ее можно использовать в новом цикле. Обогащенный уран в виде плиток складывают внутрь труб или стержней четырехметровой длины. Плитки располагаются группами по 50 или 100 штук, в один реактор помещают примерно 200 групп. Ядерное топливо размещают в контейнере или на подносе из материалов, изолирующих радиоактивное излучение. Для контроля и регуляции цепной реакции используют стержни, которые могут поглощать нейтроны. Это позволяет избежать неконтролируемой реакции, которая приведет к взрыву.

В атомных станциях энергия от расщепления используется для получения водяного пара, который приводит в движение турбины. Так получается электричество.

Ядерная станция с герметичным водяным реактором: 1) блок реактора; 2) охлаждающая башня; 3) реактор; 4) контрольные стрежни; 5) измеритель давления; 6) генератор пара; 7) топливо; 8) турбина; 9) генератор; 10) трансформатор; 11) конденсатор; 12) частицы газа; 13) вода; 14) воздух; 15) воздух (влажный); 16) ток воды; 17) контур охлаждения; 18) первичный контур; 19) вторичный контур.

После войны Общество кайзера Вильгельма было переименовано в Общество Макса Планка. Ган и Штрассман активно участвовали в восстановлении сети научных институтов. В 1947 году Штрассман и Ган связались с Мейтнер, чтобы сделать ей серьезное предложение — восстановить ее в прежней должности. Однако возврат к прошлому был невозможен. В ответном письме Штрассману исследовательница объясняла, что не может забыть ужасных событий, произошедших при нацистах. Она считала, что между ней и немецкими учеными — непримиримые разногласия. Ответила Мейтнер и Гану, объяснив ему, что моральные соображения не позволяют ей вернуться.

Несмотря на свое разочарование, она вернулась в Германию в 1949 году, чтобы получить медаль Макса Планка за работу по расщеплению ядра. Эту награду она разделила с Ганом и Штрассманом. В Германии медаль Планка была высшей наградой, которой мог удостоиться ученый. Также Мейтнер удалось изменить свое положение в Швеции: в 1947 году Королевский технологический институт Швеции заключил с исследовательницей договор и предоставил ей все необходимое оборудование, чтобы она наслаждалась работой в лаборатории с помощниками. Наконец, после многолетнего перерыва, Мейтнер могла продолжать научный труд. Несмотря на возраст, она активно участвовала в проекте создания первого ядерного реактора в Швеции. Наконец, в 1953 году Мейтнер ушла на пенсию в возрасте 75 лет.

Когда в конце 1950-х ее здоровье ухудшилось, она переехала жить в Кембридж, к Отто Роберту Фришу. Мейтнер не оставляла активную деятельность и читала лекции, особенно интересной была лекция в Вене, на которой она рассказала о всей своей жизни. В 1964 году Лиза даже отважилась на посещение Соединенных Штатов, чтобы в последний раз навестить некоторых своих родственников и друзей. Расщепление ядра принесло ей последнюю награду: в 1966 году она стала первой женщиной, получившей премию Энрико Ферми. Эту награду она вновь разделила с Ганом и Штрассманом. Ган и его жена умерли в 1968 году, через год ушла из жизни и Мейтнер. Похороны организовывал Фриш. Он беспокоился о том, чтобы его знаменитую тетку похоронили в Англии, и даже выбрал фразу для ее надгробного камня: «Физик Лиза Мейтнер, никогда не терявшая своей человечности».