Люди и атомы

ГЛАВА 5 Америка узнает об открытии деления урана

На следующий день, 7 января 1939 г., на борту шведско-американского корабля «Дроттнингхолм» Бор отплыл из Гетеборга (Швеция) в Соединенные Штаты. Он собирался провести несколько месяцев в Институте прогрессивных исследований в Принстоне (штат Нью-Джерси), где Эйнштейн разрабатывал свою знаменитую теорию относительности. Ни Бор, ни Эйнштейн не могли догадываться, что в скором времени вопросы, гораздо более близкие к нашей Земле, потребуют от них отложить размышления о проблемах космоса.

Воскресенье 15 января, когда пароход, на котором находился Бор, приближался к нью-йоркской гавани, Фриш провел в лаборатории Бора решающий эксперимент, не оставивший сомнений в правильности истолкования им и Лизой Мейтнер эксперимента Гана. При помощи удивительно простого аппарата: кусочка урана в ионизационной камере; трубки с радием и бериллием, служащих в качестве источника нейтронов; пары наушников от телефона и усилителя — он продемонстрировал, что бомбардировка урана нейтронами приводит к появлению на экране осциллографа самых сильных электрических импульсов, когда-либо до этого наблюдаемых. Высота этих импульсов служила своего рода атомным термометром, регистрирующим количество энергии, освобождаемой в камере.

И он стоял со смешанным чувством волнения и страха, наблюдая с изумлением, которое может быть испытано лишь теми, кому довелось снять завесу с одной из тайн природы. Фриш увидел, что атомный термометр показал энергию, в 50 миллионов раз большую, чем энергия, освобождаемая при сжигании одного атома водорода в кислороде.

Это было именно то количество энергии, которое, по расчетам его и Лизы Мейтнер, должно высвободиться, если ядро атома урана будет расщеплено на две почти равные части. Таким образом, впервые было показано, что деление урана может происходить в земных условиях, поэтому 15 января 1939 г. можно считать днем рождения атомного века.

Эксперимент Фриша был сходен с экспериментом, впервые проведенным Ферми и его коллегами. Однако этот эксперимент имел одно существенное отличие: на этот раз не было полоски алюминиевой фольги толщиной в три мила, которая скрывала атомный вулкан, извергавшийся внутри камеры.

На следующий день, в понедельник 16 января 1939 г., через две недели после приезда Ферми в Соединенные Штаты, Мейтнер и Фриш послали свою историческую статью в английский научный журнал «Нейчур», озаглавленную «Деление урана с помощью нейтронов — новый тип ядерной реакции». Статья была результатом продолжительного междугородного разговора по телефону Мейтнер из Стокгольма и Фриша из Копенгагена, и ее опубликование явилось вехой в истории науки.

Изложив основные научные предпосылки своих выводов, они написали строки, которые затем стали знаменитыми:

«Поэтому кажется возможным, что ядро урана обладает лишь небольшой стабильностью и может после захвата нейтрона разделиться на два ядра примерно равной величины... Эти два ядра будут отталкивать друг друга (потому что оба они несут большие положительные заряды) и должны получить общую кинетическую энергию около 200 миллионов электронвольт, как это рассчитано по ядерному радиусу и заряду».

Эта энергия в три миллиона раз больше тепловой энергии, содержащейся в угле, и в двадцать миллионов раз больше взрывчатой энергии тротила, взятых в сопоставимых весовых количествах.

В статье, которая появилась в «Нейчур» 11 февраля 1939 г., Мейтнер и Фриш окрестили «новый тип ядерной реакции» «ядерным делением», как впоследствии объяснил Фриш, из-за «...поразительного внешнего сходства реакции с процессом деления, с помощью которого размножаются бактерии».

В тот же день, 16 января, Фриш направил в «Нейчур» вторую статью с описанием проведенного им накануне опыта, продемонстрировавшего реальность ядерного деления. Эта статья, озаглавленная «Физическое свидетельство разделения тяжелых ядер под действием нейтронной бомбардировки», была впервые опубликована 18 февраля в приложении к журналу «Нейчур», т. е. через неделю после опубликования статьи Мейтнер и Фриша.

Именно в этот исторический понедельник Бор прибыл в Нью-Йорк. Однако, когда во второй половине дня он приехал в Принстон, то направился не к Эйнштейну, чтобы обсуждать абстрактные теории космоса, а к своему ученику Джону Арчибальду Уилеру, ассистенту профессора физики в Принстонском университете, чтобы сообщить ему об опыте Гана и Штрассмана и истолковании, данном ему Мейтнер и Фришем. Они вместе обсудили потенциальное значение открытия, и молодой Уилер, которому было тогда двадцать семь лет, наметил план проведения специального заседания в Принстоне. На заседание были приглашены лучшие американские физики, чтобы детально проанализировать сообщение Бора. Один из них — Уиллис Лэм, двадцатипятилетний преподаватель физики в Колумбийском университете, через 16 лет получил Нобелевскую премию в области физики.

В среду, 25 января 1939 г., во второй половине дня Уиллис Лэм, задыхаясь, ворвался в лабораторию Ферми в Колумбийском университете.

«Бор сообщил удивительную новость!» — объявил он. Как через пятнадцать лет вспоминал Ферми, Лэм был «очень возбужден».

Ферми и сам был потрясен известием. Прошло почти пять лет после того, как он первым провел эксперимент, и все это время ученые блуждали в мире научной фантастики. Нет свидетелей, что он, как и Бор, хлопнул себя по лбу. Но, как показывает история, своей дальнейшей работой Ферми более чем компенсировал свою неспособность разглядеть ту громадную новую область знаний, открывателем которой являлся.

К этому времени Ферми пробыл в Соединенных Штатах около трех недель. День 25 января определил его жизненный путь на следующие семь лет.

Вместе с профессорами Джорджем Б. Пегрэмом и Джоном Р. Даннингом он обсудил возможность постановки эксперимента по делению ядра урана. Но сам Ферми не стал ждать проведения эксперимента. На следующее утро, в четверг 26 января, у него состоялось важное свидание с Бором в Вашингтоне, где была намечена встреча по вопросам теоретической физики в Университете Джорджа Вашингтона.

Около семи часов вечера 25 января Даннинг направился в циклотронную лабораторию, расположенную в подвале Пьюпин-холла. Там он встретил доктора Фрэнсиса Дж. Слэка, профессора физики из Дербилтского университета, читавшего лекции в Колумбийском университете, и доктора Юджина Т. Бута. Вместе они начали конструировать аппарат, в котором должно было впервые в западном полушарии совершиться деление урана.

Внутри металлической камеры на некотором расстоянии параллельно друг другу Даннинг поместил две металлические пластины. Одна из пластин была покрыта окисью урана, вторая должна была захватывать любые частицы, слетающие с покрытой ураном пластины. Эта пластина была соединена с сеткой первой лампы многокаскадного усилителя; выход усилителя вел к трубке осциллографа.

В камере находился небольшой стеклянный сосуд с порошком бериллия и радия — смеси, служившей источником нейтронов. Это была нейтронная пушка того же типа, что и у Ферми.

Потом Даннинг передвинул нейтронную пушку ближе к пластине, покрытой ураном, и стал следить за танцующей линией на экране. В темноте подвала ученые наблюдали за странной блестящей зеленой линией, подпрыгивающей очень высоко вверх. Чем ближе к урану перемещалась нейтронная пушка, тем выше был пик.

Танцующая зеленая линия являлась красноречивым свидетельством деления урана на металлической пластине. Действительно, это было взрывом миниатюрной атомной бомбы, хотя в то время они еще не думали о бомбах.

Все были в приподнятом настроении, но Даннинг хотел проверить все до конца. Снова и снова он приближал нейтронную пушку к урановой пластине. Снова и снова резко подскакивала зеленая линия на экране.

Было одиннадцать часов вечера, когда трое ученых из Колумбийского университета закончили эксперименты. В то время они еще не знали, что Фриш опередил их на десять дней.

Рано утром Ферми и Бор вошли в аудиторию Университета Джорджа Вашингтона, где только что началось заседание, посвященное свойствам гелия при крайне низких температурах. Не замечая ничего вокруг, они сидели на задних рядах, разговаривали, жестикулировали и что- то записывали на обороте конвертов. Прошел слух, что два лауреата Нобелевской премии должны сообщить о новом открытии. Скоро все сидевшие в зале были охвачены возбуждением. Оратор на трибуне продолжал говорить о странном поведении гелия при температуре, близкой к абсолютному нулю, но никто не обращал на него никакого внимания. Все присутствующие с нетерпением ждали звонка, возвещающего о том, что время оратора истекло.

И когда, наконец, звонок прозвенел и председатель предложил перейти к дискуссии, взгляды всех присутствующих устремились к великому Бору, который пошел к трибуне. Его рассказ поразил ученых, и каждый был готов, как и Бор, хлопнуть себя по лбу.

Они были похожи на мольеровского Журдена, который открыл, что всю жизнь говорил прозой, не подозревая об этом. Со времени первого опыта Ферми в 1934 г. они расщепляли атомы урана, не представляя, что они делают.

Когда настала очередь выступать Ферми, он улыбнулся, и вместе с ним заулыбались все присутствующие. Хотя Ферми узнал о ядерном делении всего сутки назад, лишь сейчас он понял истинный смысл неуловимого, сбивающего с толку явления, которое наблюдал в течение пяти лет странствий в атомных дебрях. В миг просветления кусочки мозаики сошлись вместе, и, наконец, открылась истинная картина.

В своем выступлении Ферми допустил возможность испускания нейтронов в процессе ядерного деления. Это было догадкой о цепной реакции, хотя слова «цепная реакция» в то утро не были произнесены.

Один за другим молодые физики поспешно покидали аудиторию, даже не дослушав до конца Бора. Физики из Института Карнеги (Вашингтон) и Университета Джонса Хопкинса помчались прямо в свои лаборатории, надеясь первыми провести эксперимент по делению. Приезжие бросились к ближайшему телефону, чтобы сообщить великую новость своим коллегам, в надежде, что они первыми расщепят атомы урана. Ведь Бор еще и сам не знал о классическом эксперименте Фриша, и никто еще не знал об опыте, проведенном в Колумбийском университете накануне Д. Р. Даннингом, Ф. Дж. Слэком и Ю. Т. Бутом.

Лишь через неделю один из сыновей Бора написал отцу из Копенгагена, что 15 января, за десять дней до опыта в Колумбийском университете, Фриш обнаружил большие электрические импульсы. Через несколько лет Фриш сообщил: «Я не написал ему сам, желая сначала все проверить и выяснить ряд вопросов, однако рассказал о полученных результатах его сыну».

Известия, принесенные Бором, были подобны мощнейшему взрыву бомбы на научном заседании. В интеллектуальной форме это был предшественник взрыва атомной бомбы, в создании которой Ферми и Бор должны были сыграть ведущую роль.