Под знаком кванта.

Идея прогресса, как символ веры в неограниченное нравственнее и умственное совершенствование природы человека, оформилась в V веке, в трудах блаженного Августина. Эта столь привычная теперь идея в корне отличается от античных представлений о смене веков — от золотого до железного — и еще более древних учений о круговороте периодов расцвета и упадка человечества. В XVII веке идея прогресса обрела философское и научное основание, а в следующем веке, дополненная верой в поступательное социальное развитие, получила всеобщее признание.

Движущей идеей прогресса стала наука. «Scientia est роtentia» — «Знание — сила» — эти крылатые слова Фрэнсиса Бэкона повторяют уже четыре столетия, хотя теперь уже и без былой гордости: в наше время они приобрели устрашающую наглядность. Та же наука, которая в продолжение трех веков питала и утверждала идею прогресса, теперь довольно точно определяет его пределы. Она бесстрастно свидетельствует, что через 50—100 лет на Земле иссякнут запасы нефти и газа, а еще через 300—500 лет — запасы угля; что при нынешних темпах загрязнения наша планета уже в будущем столетии станет непригодной для жизни; что на Земле сейчас освоено 55 % годных к обработке почв и 15 % пресных вод и что она способна прокормить и согреть лишь в три раза больше людей, чем теперь.

Человек впервые сталкивается с проблемами такого глобального, по существу космического, масштаба, и никто не может предсказать, как он с ними справится. Одно несомненно: прежде всего ему предстоит решить проблему энергии, поскольку во все времена — от первого костра до атомной электростанции — на ее добывание человек затрачивал примерно треть усилий. Уже сегодня ясно, что без ядерной энергии эту проблему не решить. И если бы наука нуждалась в оправданиях, одного этого открытия с нее было бы довольно.

АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ

Современная атомная электростанция (сокращенно АЭС) — довольно сложное инженерное сооружение высотой в десятиэтажный дом. Она состоит из двух частей: ядерного реактора, в котором выделяется энергия деления ядер, и парогенератора, который превращает эту тепловую энергию в электрическую. Сердце АЭС — ядерный реактор. Разработаны десятки их разновидностей: уран-графитовые, водо-водяные, на тяжелой воде, на тепловых, промежуточных и быстрых нейтронах и т. д. Все они жгут одно и то же топливо — уран (естественный или обогащенный изотопом ²³⁵U), а их различия обусловлены выбором замедлителя нейтронов, теплоносителя парогенератора, степенью обогащения ядерного топлива и т. д.

Уран-графитовые реакторы ничем принципиально не отличаются от первых реакторов Ферми и Курчатова. Например, реактор мощностью в тысячу мегаватт (или один гигаватт) — это графитовый цилиндр весом 600 т, высотой 7 м и диаметром 12 м, в котором просверлено около 2 тысяч вертикальных каналов диаметром 15 см. Около 100 каналов занято управляющими стальными стержнями с добавкой бора, а в остальные каналы помещено примерно 200 т урана, расфасованного в длинные стержни — тепловыделяющие элементы — ТВЭЛы, собранные из таблеток окиси урана UO₂, обогащенного до 1,8 % изотопом урана-235. (Цель обогащения понятна: чем больше сухих дров добавлено в костер из сырых поленьев, тем устойчивее он горит.) Кроме того, по трубам, проведенным сквозь толщу реактора, прогоняется вода при температуре 300 °C и давлении 150 атмосфер, которая отводит тепло в парогенератор и обеспечивает работу мощных паровых турбин — электрогенераторов. Температура графита в работающем реакторе — около 700°C, температура ТВЭЛов — около 2000 °C.

Еще проще идея водо-водяных реакторов (ВВР): по существу, это просто большой бак с водой, в которую погружены ТВЭЛы и регулирующие стержни. В таком реакторе вода является одновременно и замедлителем и теплоносителем. Для работы такого реактора его ТВЭЛы должны быть изготовлены из обогащенного урана с добавкой около 3 % урана-235. Поразительна концентрация энергии в таком реакторе: в баке с водой размером с обычную железнодорожную цистерну в секунду вырабатывается энергия, которая в 100 раз превышает среднюю мощность вулкана и равна половине мощности Братской ГЭС.

Конструктивное воплощение этой идеи, конечно, не так просто: надо предотвратить заражение окружающей местности радиоактивными осколками деления (для этого нужна сложная система фильтров), надо защитить работающих на станции от радиоактивных излучений (для этого вокруг реактора воздвигают бетонную защиту толщиной в три и более метра), наконец, надо обогащать уран и изготавливать ТВЭЛы. Тем не менее уже сейчас стоимость электроэнергии, вырабатываемой на АЭС, ниже стоимости электричества тепловых станций, а в дальнейшем это различие станет еще более ощутимым: органическое топливо на Земле быстро истощается.

Не менее важное преимущество АЭС — их минимальное воздействие на биосферу. АЭС мощностью в 1 ГВт (1 ГВт = 10⁹ Вт) «сжигает» всего около 1 кг урана-235 в день. Даже с учетом того обстоятельства, что вес расходуемого урана составляет 2 — 3 % от общего веса урана, это все-таки много меньше, чем эшелон нефти или угля в день, необходимый для работы тепловой станции равной мощности. Ясно, что при этом во столько же раз снижается объем горных выработок и транспортные расходы.

Много написано об экологической безопасности атомных станций, и это действительно так. Риск погибнуть от радиации в окрестностях АЭС меньше, чем опасность быть убитым молнией или крупным метеоритом. Тепловые станции в этом отношении много вреднее: в каждой тонне угля содержится примерно 80 г урана, поэтому радиоактивность шлейфов дыма мощных ТЭЦ в сотни раз превышает выбросы АЭС, не говоря уж о том, что сернистый газ этого дыма со временем уничтожает в округе все леса и живность.

И все же люди инстинктивно сопротивляются строительству АЭС, по этому поводу устраиваются референдумы и демонстрации, уходят в отставку правительства. Причина этого явления — не только в неосведомленности большей части людей относительно природы атомной энергии: как правило, они отождествляют ее с атомной бомбой. По-видимому, эмоциональное неприятие атомной энергии сродни тем многочисленным психологическим феноменам человеческого сознания, которые часто побуждают нас к поступкам, явно противоречащим нашим же целям. К примеру, многие горожане мечтают жить в тишине, но мало кто из них пожелает поселиться в заброшенном замке — даже если он не верит в привидения и вампиров. Но независимо от капризов психологии логика жизни побеждает: на пепелище Хиросимы вновь выросли дома и рождаются дети. И даже трагедия Чернобыля не может надолго изменить логику развития атомной энергетики: у человечества нет пока другой длительной перспективы выжить. Атомную энергию невозможно теперь «закрыть». Точно так же нельзя упразднить автомобили, корабли и самолеты несмотря на то, что каждый год десятки и сотни тысяч людей, к сожалению, тонут в кораблекрушениях, гибнут в авто- и авиакатастрофах.

Грядущие проблемы энергетики без атомной энергии решить невозможно — с этим теперь согласны почти все. Но как надолго хватит «уранового топлива»? В каждом грамме земной породы содержится в среднем 3,5·10^-6 г урана, то есть 3·10^-8 г урана-235. В пересчете на энергию деления это составляет 600 кал, то есть всего лишь в 10 раз меньше, чем химическая энергия, заключенная в грамме угля. Кстати, в 1 г угля урана больше, а именно 0,8·10^-4 г, и при сгорании он большей частью остается в золе, которая составляет 20 % от веса исходного угля. Легко сосчитать, что в каждом грамме золы запасено около 60 ккал энергии деления урана-235, то есть примерно в 10 раз больше, чем энергия сгорания самого угля. Таким образом, земля под ногами — это сплошное месторождение ядерного топлива, и нужно только научиться его оттуда извлекать.

Во всем мире считаются рентабельными месторождения с содержанием урана больше чем 10^-3 г/г, то есть 1 г на 1 кг породы. В таких месторождениях — около 5 млн. тонн урана или 50 тыс. тонн урана-235, из которых сейчас на планете добывается около 300 тонн в год. Современный уровень потребления электроэнергии соответствует сжиганию около 500 тонн урана-235 в год, то есть при нынешних темпах развития энергетики запасов урана-235 хватит ненадолго — не более чем на 100 лет. Отсюда ясно, что для решения энергетической проблемы будущего нужно найти способ использовать уран-238. Такой способ нашли довольно быстро: Ферми предложил идею «реактора-размножителя», при работе которого ядерного топлива образуется больше, чем сгорает.

ПЛУТОНИЙ

Атомный реактор можно уподобить костру, в котором около 1% сухих дров (уран-235), а все остальное — сырые поленья (уран-238). Спору нет, такой костер все равно греет, но все же обидно и неэкономно после того, как он прогорит, разбрасывать кучу тлеющих головешек. А нет ли способа их как-либо использовать? Один из них издревле применяют углежоги: они сооружают поленницу из сырых дров, укрывают ее, зажигают внутри костер, и через некоторое время сырые поленья превращаются в первосортный древесный уголь. Нечто похожее можно осуществить и в атомном реакторе, превращая «негорючий» уран-238 в «горючий» плутоний-239.

Чистый плутоний — это серебристо-серый тяжелый металл с плотностью 19,82 г/см³ и температурой плавления 640°C. Принято говорить, что его химические свойства изучены сейчас лучше, чем химия железа. В природе плутония практически нет: в урановых рудах его в 400 000 раз меньше, чем радия, но зато сотни тонн плутония хранятся в арсеналах разных стран.

Сейчас известно 15 изотопов плутония — от плутония-232 до плутония-246, все они радиоактивны с периодами полураспада от 20 мин до 76 млн. лет. Самый важный из них — плутоний-239. Его период полураспада Τ_1/2 = 24 360 лет, то есть в масштабе человеческой жизни его можно считать стабильным. Подобно радию, он испускает α-частицы с энергией 5,1 МэВ и превращается при этом в уран-235:

Плутоний-239, подобно урану-235, обладает редкой способностью делиться под действием медленных нейтронов. Его сечение деления σ_дел=742 барн и средняя множественность нейтронов на деление ν=2,92 даже больше, чем для урана-235 (σ_дел = 582 барн и ν = 2,42, соответственно), поэтому плутоний-239 — лучшее ядерное топливо и ядерная взрывчатка. Это поняли довольно быстро — всего через два года после открытия деления.

В то лето 1939 г., когда на восточном побережье США Ферми искал способ уменьшить поглощение нейтронов в уране-238, чтобы осуществить цепную реакцию, на западном побережье, в Калифорнии, Эдвин Макмиллан решил подробно изучить, что же происходит с ураном-238 после того, как он поглотит нейтрон. В его распоряжении был только что

построенный циклотрон, который мог ускорять дейтроны до энергии 16 МэВ. Направляя их на мишень из бериллия, он вызывал ядерную реакцию

d+⁹Be→¹⁰B + n

с мощным потоком нейтронов: чтобы получить такой же поток с помощью стандартного радон-бериллиевого источника, нужно несколько килограммов радия, то есть больше его мировых запасов. Облучая этими нейтронами тонкую урановую мишень, Макмиллан, как и многие до него, наблюдал множество осколков деления, которые вылетали из урановой мишени с большой энергией. Сама мишень тоже становилась радиоактивной и испускала электроны с периодом полураспада 23 мин, то есть как раз с тем периодом, который наблюдали еще в 1937 г. Ган, Мейтнер и Штрассман.

К этому времени уже не было особых сомнений в том, что это распадается изотоп урана-239, который образовался при захвате нейтрона ядром урана-238, по схеме

Трансурановый элемент с атомным номером 93, образующийся при β-распаде урана-238, в 1946 г. назовут нептунием, но, чтобы доказать его реальность, предстояло еще выделить его в чистом виде.

В мае 1940 г. Филипп Абельсон, геохимик из Вашингтонского университета, приехал ненадолго в Беркли, чтобы на уникальном в то время циклотроне продолжить исследования с ураном, начатые Макмилланом. Вдвоем им хватило недели, чтобы отделить новый элемент от урана. При этом оказалось, что он тоже испускает электроны, но с периодом полураспада 2,3 дня. Логично было предположить, что нептуний-239 превращается при этом в новый элемент 94, который впоследствии назовут плутонием:

Тогда это была только недоказанная гипотеза, но многие сразу в нее поверили.

Через год, в марте 1941 г., четверо американских исследователей — Джозеф Кеннеди, Гленн Сиборг, Эмилио Сегре и Артур Валь — доказали, что из нептуния-239 действительно образуется плутоний-239, который в свою очередь испускает α-частицы и с периодом полураспада 24 360 лет превращается

в хорошо знакомый уран-235. Два месяца спустя они убедились, что плутоний-239 под действием медленных нейтронов делится, подобно урану-235, в согласии с предсказаниями теории деления Бора — Уилера — Френкеля. Еще через год, 18 августа 1942 г., Баррис Каннингем и Луис Вернер в Беркли выделили первые 0,1 мг плутония. (Девять лет спустя за открытие плутония Эдвин Маттисон Макмиллан (1907— 1989) и Гленн Теодор Сиборг (р. 1912 г.) будут удостоены Нобелевской премии, 1951 г.).

Только через семь лет после опытов Ферми по облучению урана нейтронами стал вполне понятен их смысл: он наблюдал одновременно свыше сотни осколков деления урана-235 и, кроме того, всю цепочку превращений урана-238:

По существу он был прав тогда, говоря о наблюдении трансурановых элементов, хотя и не представлял всей сложности наблюдаемого явления.

Возвращаясь к событиям тех не очень далеких, но уже исторических дней, трудно удержаться от мысли, что решение Ферми прекратить исследования реакций нейтронов с ураном (которое он никогда не мог себе простить) обернулось для человечества неожиданным благом. Страшно подумать, как бы повернулась история, если бы деление урана было открыто не в 1938 г., а в 1934 г. — вскоре после прихода нацистов к власти. Трудно сомневаться в том, что идущий к войне фашизм сумел бы использовать весь научный потенциал Германии, чтобы создать и применить ядерное оружие.

Открытие плутония изменило сам подход к решению урановой проблемы. Прежде всего, стало ясно, что поглощение нейтронов в уране-238 — полезный процесс, поскольку при этом образуется «ядерное топливо» — столь же и даже более эффективное, чем уран-235. Кроме того, плутоний можно отделять от урана, из которого он образуется, химическими методами, а это несравнимо проще, чем разделять изотопы урана. Однако вся эта красивая схема могла стать реальностью лишь при условии, что цепная ядерная реакция в природном уране действительно осуществима. (Сырые поленья можно просушить только в том случае, если костер пусть плохо, но все же горит.) Пуск первого ядерного реактора в декабре 1942 г. разрешил это последнее сомнение. Отныне на пути к ядерной энергии оставались лишь инженерные и технологические трудности. Их тоже немало, и преодолеть их было не просто: достаточно вспомнить, что для выделения 1 г плутония надо переработать примерно 1 кг облученного урана, пропустив его через 30 химических реакций и более сотни операций. Но уже в августе 1944 г. в Хэнфорде были запущены огромные «урановые котлы», а весной 1945 г. они давали почти по килограмму плутония в день.

В истории атомной энергии поражает контраст между простотой конечного результата (урановые стержни в баке с водой) и изощренностью физических идей, необходимых для понимания процессов, происходящих в этом баке. Для решения проблемы ядерной энергии были использованы все главные достижения науки XX века: теория относительности и квантовая механика, атомная и ядерная физика, учение о радиоактивности и техника ускорителей. Пожалуй, никогда прежде повседневная жизнь людей не зависела так явно от успехов самого абстрактного знания.

АТОМНАЯ БОМБА

Сочетание слов «атомная бомба» впервые появилось в научно-фантастическом романе Герберта Уэллса «Освобожденный мир» в 1913 г. (Любопытно, что в этом же романе Уэллс предсказал открытие искусственной радиоактивности в 1933 г. и пуск первой атомной электростанции в 1953 г. и в обоих случаях ошибся всего на год.) Постепенно к этим словам привыкли.

«Мир — рвался в опытах Кюри

Атомной, лопнувшею бомбой

На электронные струи...»

— напишет Андрей Белый в 1921 г.

В 1933 г. венгерский ученый Лео Сцилард, спасаясь от фашизма, приехал в Англию и там впервые прочел роман Уэллса. Впечатление от романа, недавнее открытие нейтрона, предчувствие надвигавшейся войны и ненависть к нацизму — вся эта сложная смесь эмоций и новых знаний привела к тому, что весной 1934 г. (вскоре после открытия искусственной радиоактивности) Сцилард взял патент на первую атомную бомбу, действие которой он мыслил себе как взрыв в результате цепной реакции размножения нейтронов в бериллии:

n + ⁹Ве→⁸Ве + 2n.

По-видимому, это была первая попытка осуществить незатухающую цепную ядерную реакцию, обреченная, однако, на неудачу, поскольку в предложенной схеме энергия не выделяется, а, напротив, поглощается. Поэтому, когда Сцилард пришел со своей идеей к Резерфорду, тот попросту отказался ее обсуждать.

Тем не менее мысль о том, что атомную бомбу в принципе можно сделать и, что еще хуже, она может попасть в преступные руки нацистов, не давала Сциларду покоя, и, когда в январе 1939 г. он узнал от своего соотечественника Юджина Вигнера об открытии Гана и Штрассмана, он немедленно начал действовать: одолжил деньги у знакомых на аренду радия, необходимого для экспериментов, написал Жолио-Кюри и убедил Виктора Вайскопфа дать тому телеграмму с просьбой о прекращении дальнейших научных публикаций по проблеме урана, а также призвал к добровольной самоцензуре своих коллег. Наконец, после того как Жолио-Кюри все-таки опубликовал свои результаты, из которых следовало, что в принципе цепная реакция в уране осуществима, Сцилард написал знаменитое письмо о грозящей цивилизованному миру опасности, которое 2 августа 1939 г. за подписью Эйнштейна было послано президенту США Рузвельту. (В мае 1945 г., после разгрома фашизма, Сцилард станет писать другие письма: с призывом запретить использование атомного оружия — поистине ему суждено было стать Кассандрой атомной проблемы.)

В течение всего 1939 г. об атомной бомбе говорили и писали повсеместно, вплоть до вечерних газет, вероятно, потому, что сами физики все-таки не очень верили в ее реальность — особенно после того, как Нильс Бор объяснил, что для этого надо сначала разделить изотопы урана, о чем тогда и помыслить еще не решались. (Сам Нильс Бор готов был сформулировать «пятнадцать веских аргументов, доказывающих, что это невозможно», а Отто Ган с надеждой повторял: «Несомненно, это было бы противно воле божьей».) Не случайно поэтому, что первый разговор Ферми об атомной бомбе с чинами из военно-морского ведомства США, который состоялся уже в марте 1939 г., окончился вежливым взаимным недоверием.

Начало второй мировой войны в сентябре 1939 г., вторжение немецких дивизий в Бельгию весной 1940 г., падение Парижа в июне 1940 г., нападение Германии на СССР в июне 1941 г. и атака Японии на Пёрл-Харбор в декабре 1941 г. заставили государственных чиновников прислушаться, наконец, к предостережениям физиков. К тому же стало известно, что все ведущие немецкие физики собраны в «Урановое общество», что 1200 т уранового концентрата из Бельгийского Конго (половина мирового запаса) конфискованы Германией у побежденной Бельгии и что единственный в мире завод по производству тяжелой воды в Норвегии находится под особой охраной частей СС.

Нависшую опасность острее всего чувствовали ученые-эмигранты: Лео Сцилард и Юджин Вигнер из Венгрии, Альберт Эйнштейн, Виктор Вайскопф, Ганс Бете, Франц Симон и Рудольф Пайерлс из Германии, Энрико Ферми из Италии, Отто Фриш из Австрии, Фрэнсис Перрен, Ганс Халбан и Лео Коварски из Франции, Иосиф Ротблат из Польши, — они и стали инициаторами военной атомной программы. И все же до лета 1940 г. очевидные трудности разделения изотопов урана оставляли мало надежд на то, что атомную бомбу можно будет сделать в обозримом будущем.

Положение сильно изменилось после 15 июня 1940 г., когда Филипп Абельсон и Эдвин Макмиллан сообщили, что при облучении урана-238, по-видимому, образуется делящийся изотоп нового трансуранового элемента, названный впоследствии плутонием-239. Поскольку плутоний можно отделить от урана химическими методами, то проблема разделения изотопов тем самым устраняется. Джеймсу Чэдвику следствия этой работы казались настолько очевидными, что он послал в США официальный протест против публикации такого рода исследований в открытой печати. Его беспокойство имело основания: в июле 1940 г. Карл фон Вейцзеккер в Германии уже понимал, что уран-235 в атомной бомбе можно заменить плутонием-239, а вскоре к тому же выводу пришел и Фриц Хоутерманс. Несколько раньше, 27 мая 1940 г., в США на значение ²³⁹Pu обратил внимание Луис Тёрнер в представленном секретном тогда докладе. (Именно в это время все публикации по проблеме урана в США были запрещены.)

Раньше других реальную возможность сделать атомную бомбу осознали в Англии, и там же (Фриш, Пайерлс, Перрен и Чэдвик) в 1939—1940 гг. были сделаны первые оценки ее критической массы. Именно эти работы в значительной мере повлияли на решение правительства США от 6 декабря 1941 г. начать работы по созданию атомной бомбы. 16 июля 1945 г. в 5 ч 30 мин утра была взорвана первая из них. К концу этого года их было уже около двухсот.

Атомная бомба — это просто-напросто кусок урана-235 или плутония-239, а весь ее секрет — в трудности выделения этих делящихся изотопов. Минимальная масса атомной бомбы определяется критическими размерами куска урана или плутония, то есть такими размерами куска, в котором уже возможна цепная реакция, несмотря на то, что часть нейтронов уходит через его поверхность. Поскольку, в отличие от атомного реактора, в бомбе нет урана-238, поглощающего нейтроны, то надобность в замедлителе отпадает и поэтому объем ее не превышает одного литра. Критическая масса шарообразного куска урана-235 равна 47,8 кг, плутония-239 — всего 9,65 кг. Массу этих шаров можно значительно уменьшить, если предварительно сжать их с помощью обычной взрывчатки.

Для взрыва атомной бомбы достаточно соединить вместе ее части, размеры каждой из которых меньше критических. Мощность атомных бомб, сброшенных на Хиросиму (около 20 кг урана-235) и Нагасаки (около 5 кг плутония-239), эквивалентна взрыву 13 и 21 тыс. тонн тринитротолуола соответственно. В первом случае «сгорело» 0,7 кг урана, во втором — 1,2 кг плутония, масса бомб уменьшилась на 0,7 г и 1,2 г соответственно, температура при взрыве превысила температуру в центре Солнца, а грибообразное облако радиоактивного праха поднялось до высоты 15 км.

В современных ядерных бомбах, кроме энергии деления, используют энергию синтеза ядер дейтерия и трития по схеме

d + t→⁴He + n + 17,6 МэВ.

Идею такой «водородной бомбы» еще в феврале 1942 г. обсуждали Ферми и Теллер, а в 1952 г. она уже была взорвана.

В водородной бомбе обычная плутониевая бомба служит запалом: при ее взрыве температура достигает 100 млн. градусов — в семь раз больше, чем в центре Солнца. При такой температуре два ядра изотопов водорода уже могут преодолеть кулоновский барьер отталкивания и слиться в ядро гелия, выделив при этом огромную энергию: при «горении» смеси дейтерия и трития освобождается энергии в три раза больше, чем при «сгорании» урана-235 равной массы.

В реальных конструкциях водородного (или термоядерного) оружия вместо смеси дейтерия и трития используют

дейтерид лития-6 ⁶LiD. Тритий в такой бомбе готовится в момент взрыва атомной бомбы, в потоке нейтронов деления, в результате ядерной реакции

n+⁶Li → ⁴He + t.

Критической массы для термоядерной бомбы не существует, а самая большая из взорванных до сих пор — в 5 тысяч раз мощнее бомбы, сброшенной на Хиросиму.

Всего в арсеналах разных стран накоплено сейчас более 50 тысяч водородных бомб, каждая из которых примерно в 20 раз мощнее первой атомной бомбы. Шесть стран владеют технологией изготовления ядерного оружия, и, по оценкам, еще восемь близки к его

производству. Одним словом, сделать атомную бомбу сейчас — не проблема, значительно труднее понять, как теперь жить на Земле, если на каждого обитателя планеты, включая стариков и грудных младенцев, уже сейчас накоплено по 5 т ядерной взрывчатки.

АТОМНАЯ ПРОБЛЕМА

Со времени открытия радиоактивности, выяснения ее природы и запасов энергии, с ней связанных, ученые всегда опасались, что, влекомые инстинктом познания, они невольно уподобятся злополучной Пандоре.

В 1903 г. Резерфорд как-то заметил: «Может статься, что какой-нибудь идиот в лаборатории взорвет ненароком весь мир».

В том же году Пьер Кюри с беспокойством говорил в своей нобелевской речи: «Можно думать, что в преступных руках радий станет очень опасным, и здесь уместно задать вопрос, заинтересовано ли человечество в дальнейшем раскрытии секретов природы, достаточно ли оно созрело для того, чтобы с пользой применить полученные знания, не могут ли они повлиять отрицательно на будущее человечества?»

В 1936 г., незадолго до открытия деления урана, Фрэнсис Астон возвращается к той же мысли: «...доступные источники внутриатомной энергии, безусловно, имеются повсюду вокруг нас, и настанет день, когда человек высвободит и поставит под контроль ее почти бесконечную силу. Мы не сможем помешать ему сделать это и лишь надеемся, что он не будет использовать ее исключительно для того, чтобы взорвать своего ближайшего соседа».

Ощущение этой изначальной антиномии между логикой познания и нравственным императивом не покидало ученых даже в моменты их наивысшего торжества: «Все мы теперь сукины дети»,— сказал Кеннет Бейнбридж Роберту Оппенгеймеру, глядя на зловещий атомный гриб в пустыне Аламогордо. (Он мог воочию удостовериться в справедливости формулы Эйнштейна Е=тс² которую он сам же подтвердил количественно в 1933 г.) «Мы делали дело дьявола»,— скажет Роберт Оппенгеймер десять лет спустя.

При виде атомного зарева ученые не только испытали гордость за мощь человеческого разума, но сразу же почувствовали и свое бессилие воспрепятствовать преступным применениям открытых ими сил. Осознание этого бессилия стало источником многих личных трагедий. «Страшно подумать,— писал Фредерик Содди в 1949 г.,— в какие неподготовленные руки наука столь преждевременно вложила силы, немногим более четырех лет назад казавшиеся недоступными...» А мягкий, кроткий и доброжелательный Отто Ган после Хиросимы и Нагасаки был близок к самоубийству.

Не все ученые восприняли новую ситуацию столь трагично. «Быть может, жизнь станет теперь менее счастливой, но она не прекратится. У нас нет пока такой силы, которая могла бы уничтожить нашу планету»,— писал Ферми после испытания водородной бомбы. Эйнштейн соглашался с ним: «Открытие деления урана угрожает цивилизации и людям не более, чем изобретение спички. Дальнейшее развитие человечества зависит от его моральных устоев, а не от уровня технических достижений». А Роберт Оппенгеймер в конце жизни сравнивал страх перед атомной бомбой с ужасом древнего человека перед молнией и бушующим океаном. Современному человеку эти стихии также неподвластны, но он изобрел громоотвод и построил корабли, под защитой которых чувствует себя в безопасности. Точно так же трудно поверить в то, что когда-либо удастся укротить стихию человеческих страстей, но можно надеяться, что со временем человек найдет способ защиты от их гибельных последствий. Как это ни парадоксально, но именно после изобретения атомной бомбы Европа вот уже сорок лет не знает войн — такое за всю ее историю случилось только однажды. С 1945 г. на Земле прошло свыше ста больших и малых войн, но ни одна из них не коснулась территории ядерных держав.

Человек впервые узнал огонь благодаря лесным пожарам. В отличие от животных, он сумел преодолеть ужас перед ним и научился им управлять. Точно так же страх перед атомной бомбой не должен заслонять нам пути в будущее, парализовать волю к жизни и веру в нашу способность предотвратить самоуничтожение. Храм Артемиды и сейчас беззащитен против геростратов, но отсюда еще не следует, что строить его не стоило. И, наконец, «человек мудрый ни о чем так мало не думает, как о смерти».

ВОКРУГ КВАНТА Хронология атомной эры

Сейчас, когда стали известны факты, хранимые во время войны в глубоком секрете, поучительно проследить, что и когда предпринимали разные страны, разделенные фронтами и океанами, для создания атомного оружия.

1939 г.

6 января —напечатана статья Гана и Штрассмана об открытии деления урана;

17 марта — встреча Энрико Ферми с представителем военно-морских сил США;

30 апреля — в министерстве науки Германии состоялось первое совещание по проблеме урана;

май — Генри Тизард пытается приобрести для Англии монопольное право на покупку урана у бельгийской компании «Юнион Миньер» — единственного в то время производителя уранового концентрата;

2 августа — письмо Эйнштейна к Рузвельту;

1 сентября — нападение Германии на Польшу, началась вторая мировая война;

26 сентября — по инициативе министерства вооружений в Германии создано Урановое общество с участием В. Боте, Г. Гейгера, В. Гейзенберга, К. Вейцзеккера и др.;

21 октября — первое заседание Консультативного комитета по урану, созданного по распоряжению Рузвельта;

16 декабря — первое обсуждение проблемы плутония в составе: Э. Ферми, Э. Сегре, Э. Лоуренс, Дж. Пэгрем.

1940 г.

7 марта — второе письмо Эйнштейна к Рузвельту;

16 марта — капитан Жак Аллье доставил Жолио- Кюри 185 л тяжелой воды из Норвегии;

8 апреля — вторжение Германии в Данию. Конфискация запасов урана в Бельгии. Установление контроля над заводами тяжелой воды в Норвегии:

10 апреля — под руководством Дж. П. Томсона в Лондоне проведено совещание по проблеме атомной бомбы. Впервые обсуждалась реакция деления на быстрых нейтронах;

май — Ф. Абельсон и Э. Макмиллан в Беркли установили, что при облучении урана-238 нейтронами должен образовываться плутоний-239;

14 июня — падение Парижа;

июль — письмо В. И. Вернадского, А. Е. Ферсмана и В. Г. Хлопина заместителю председателя Совнаркома Н. И. Булганину. Беседа В. И. Вернадского с В. М. Молотовым. Под руководством А. Е. Ферсмана создана комиссия для поисков месторождений урана;

30 июля — на заседании президиума АН СССР создана Урановая комиссия под руководством В. Г. Хлопина;

сентябрь — вторая половина мирового запаса уранового концентрата (около 1200 т) переправлена из Катанги в Нью-Йорк;

15 октября — президиум АН СССР утвердил первую программу исследований по урановой проблеме;

декабрь — Дж. Чэдвик правильно оценил критические размеры атомной бомбы.

1941 г.

май — в Беркли доказано, что плутоний-239 может заменить уран-235 в качестве ядерного топлива и взрывчатки;

22 июня — нападение Германии на СССР;

30 июня — доклад Э. Ферми Урановому комитету США о перспективах атомной энергии;

11 июля — доклад Э. Лоуренса правительству США о возможности создания плутониевой бомбы;

15 июля — доклад Дж. П. Томсона правительству Великобритании о возможности создания атомной бомбы из урана-235 еще до конца войны;

3 октября — Дж. П. Томсон и М. Олифант знакомят американских коллег с результатами британских исследований по проблеме атомной бомбы;

11 октября — послание Рузвельта Черчиллю с предложением объединить усилия в деле создания ядерного оружия;

18 октября — создана британская промышленная компания «Тьюб эллойз» для технической реализации атомного проекта;

6 декабря — решение правительства США о начале работ по проблеме атомной бомбы;

6 декабря — начало контрнаступления Красной Армии под Москвой;

7 декабря — нападение Японии на Пёрл-Харбор; вступление США в войну.

1942 г.

январь — в Англии начато строительство опытного завода по разделению изотопов урана методом газовой диффузии (теорию процесса разработали Ф. Симон, Р. Пайерлс и П. Дирак);

26 февраля — теоретическая конференция в Берлине по проблемам урановой бомбы с участием В. Гейзенберга, О. Гана, В. Боте и др.;

7 апреля — письмо Г. Н. Флёрова И. В. Сталину о необходимости возобновить работы по проблеме урана;

4 июня — обсуждение проблемы атомной бомбы с участием германского министра вооружений, генералов и адмиралов третьего рейха;

20 июня — встреча Рузвельта и Черчилля; решение объединить усилия Англии и США в деле создания атомной бомбы;

23 июня — доклад министра вооружений Шпеера Гитлеру о перспективах создания атомного оружия. Работа в этом направлении практически прекращена;

8 июля — совещание в штабе японского флота по проблеме атомного оружия с участием физиков Иосио Нишины и Риокиты Сагане;

13 августа — для выполнения военной атомной программы в США создан «Манхэттенский округ»;

18 августа — в Беркли (США) выделен первый образец плутония массой 0,1 мг;

2 декабря — под руководством Энрико Ферми в США осуществлена первая самоподдерживающаяся ядерная реакция. Открыт путь для промышленного получения плутония.

1943 г.

2 февраля — разгром фашистских войск под Сталинградом;

11 февраля — Игорь Васильевич Курчатов назначен руководителем советской урановой программы;

27 февраля — норвежские патриоты взорвали завод по производству тяжелой воды в Веморке (Норвегия) и тем самым лишили германский урановый проект замедлителя;

март — в Лос-Аламосе под руководством Роберта Оппенгеймера организована специальная лаборатория для создания атомной бомбы;

5 мая — доклад Нишины штабу ВМС Японии о технической возможности создания атомной бомбы. Утверждена программа исследований по этой проблеме;

август 1944 г. — в Хэнфорде (США) начато промышленное производство плутония.

1945 г.

16 июля — первое испытание плутониевой атомной бомбы в пустыне Аламогордо, Нью-Мексико (США);

6 августа — город Хиросима в Японии уничтожен атомной бомбой из урана-235;

9 августа — город Нагасаки уничтожен атомной бомбой из плутония-239;

25 декабря 1946 г. — в Москве под руководством И. В. Курчатова осуществлена незатухающая ядерная реакция;

10 июня 1948 г. — в СССР запущен промышленный ядерный реактор по производству плутония;

29 августа 1949 г. — испытана первая советская атомная бомба из плутония-239;

30 октября 1952 г. — на западном побережье Австралии взорвана первая британская атомная бомба;

1 ноября 1952 г. — на атолле Эниветок взорвано термоядерное устройство (США);

12 августа 1953 г. — в СССР взорвана первая термоядерная бомба из дейтерида лития;

13 февраля 1960 г. — на юго-западе Сахары испытана первая атомная бомба Франции;

16 октября 1964 г. — испытана атомная бомба в Китае;

май 1974 г. — взорвано атомное устройство в Индии.

Всего в мире за прошедшие 40 лет взорвано около 2000 атомных бомб и накоплено сотни тонн плутония.

Содди об атомной энергии

Фредерик Содди был не только выдающимся ученым, но также человеком разносторонней культуры, глубоким и оригинальным мыслителем. Эти грани его личности отчетливо проявились на страницах написанных им научно-популярных книг, которые в начале нашего века пользовались заслуженным успехом и широкой известностью. (Фредерик Жолио-Кюри, по его собственному признанию, выбрал жизненный путь под влиянием книги Содди «Радий и его разгадка».) В этих книгах он настойчиво внушал, какие необратимые изменения в жизнь людей принесла с собой новая наука о радиоактивности. Мало кто в его время с такой определенностью и беспокойством говорил о будущем атомной энергии, об экологии и энергетическом кризисе — обо всем том, что лишь сейчас, три четверти века спустя, стало очевидным для многих. Уже в своей лекции 23 февраля 1904 г. Содди объяснял собравшимся, что «искусственная трансмутация элементов навсегда освободит человечество от проблемы энергии».

Представленные здесь отрывки из многочисленных книг Содди интересны во многих отношениях: и как документы эпохи, и как отпечаток его личности, и как редкая возможность взглянуть глазами современника на первые шаги атомной эры, зная уже, к чему они впоследствии привели.

В 1907 г. в своей знаменитой книге «Радий и его разгадка» Содди писал: «Через несколько лет основы радиоактивности будут преподаваться во всех школах, ибо они принадлежат к основным принципам физики».

«В последнее столетие культурное человечество стало, так сказать, совершеннолетним и вступило в обладание наследством, которое солнце в течение долгих времен запасло в каменном угле. Человечество стремится как можно скорее растратить это наследство. С юношеской беззаботностью оно не думает о будущем и живет надеждою, что неисчерпаемы те запасы энергии, от которых наша культура зависит во всех отношениях...»

«Мы действительно переживаем замечательный момент. Первым шагом на длинном пути от варварства к цивилизации, пройденным человеком, было, по-видимому, искусство добывать огонь... Нетрудно себе представить, как он впервые, благодаря естественным пожарам, познал огонь и его свойства. Открытый нами недавно внутренний запас энергии в атомах ставит нас в то же положение, в котором первобытный человек находился по отношению к стихийной силе огня: мы знаем о существовании этого внутреннего запаса только благодаря естественным проявлениям радиоактивности».

«Не надо особого полета фантазии, чтобы в энергии видеть источник физической жизни вселенной, а ключ к первоисточникам энергии, как мы в настоящее время знаем, дает превращение элементов».

«Жизнь зависит, конечно, столько же от постоянного притока вещества, как и от постоянного притока энергии... Одно и то же вещество, одни и те же химические элементы служат неизменно для бесчисленных циклов жизни, но для них необходим непрерывный приток свежего запаса энергии... Одно и то же количество энергии в одних и тех же условиях работает только один раз. Борьба за существование в основе своей и есть непрерывная борьба за свежий запас физической энергии».

«Дикий человек, который не знал земледелия и не умел добывать огня, погибал от голода и холода, если он не уподоблялся хищному зверю и не пожирал других зверей. Хотя запасы тепла и пищи существовали везде вокруг него и в силу естественных процессов должны были быть ему известны, тем не менее он не умел воспользоваться ими для своих целей. Теперь — нечто подобное. Вся наша цивилизованная раса и теперь еще живет в борьбе за ограниченный запас энергии, тогда как кругом находятся неистощимые запасы, способные поддержать нашу жизнь...»

«Благодаря завоеваниям экспериментальной науки в области радиоактивности, наследство человека увеличилось, его стремления возвысились, и судьба его в некоторых отношениях настолько облагородилась, что мы в настоящее время не можем даже этого вполне оценить. Истинное благополучие мира лежит в его энергии, и, благодаря открытию радиоактивности, в первый раз стало ясно, что тяжелая борьба за существование и за остатки энергии, за счет которой развился род человеческий, не есть уже больше единственно возможный и неизбежный его удел.

Законно стало стремление человека верить в то, что настанет некогда день, когда он получит возможность овладеть для своих целей первоисточниками энергии, которые природа так ревниво охраняет для будущего. До осуществления этой надежды, без сомнения, очень далеко, но самая возможность ее изменяет отношение человека к окружающему и придает высший смысл существованию».

Четыре года спустя в своей книге «Материя и энергия» он продолжал:

«Страх израсходовать запас пищи врожден нам; страх израсходовать запас топлива человек еще должен развить в себе... Прежние эпохи получили название от некоего материала: был век каменный, бронзовый, железный. Но ни один из них не состоялся бы, если бы человек не знал огня. Истинное богатство мира — его энергия. Именно признание энергии особой сущностью отличает нынешний век от веков минувших...»

«Век, в который мы живем, век каменного угля, черпает свою жизненную влагу из мелеющей лужи, оставшейся между приливом и отливом великой космической волны... Шумный прогресс последнего полустолетия, открывающего повсюду девственные территории и совершенно не думающего о сохранении естественных источников, сменяется периодом раздумья; цивилизации приходится подумать о грядущем расчете со своим кредитором.

Цивилизация, как она сейчас существует, даже с физической точки зрения не представляет собой непрерывного самоподдерживающегося движения... Она становится возможной лишь после многовекового накопления энергии. Аппетит ее увеличивается тем, чем она питается. Она пожинает то, чего не сеяла, и до сих пор тратит, не возобновляя. Ее сырой материал — энергия, а ее продукт — знание...»

«Пока все победы науки над природой смахивают на успехи школьника. Но этот период уже проходит... Экономия и бережливость неизбежно сменят идею развития и прогресса... Покуда же наука для нас — попутный ветер. Существует ошибочное представление, будто наука создает богатство, рост которого сопутствует применению знаний. Современная наука и ее синоним, современная цивилизация, не создает ничего, кроме знания... Мы склонны думать, таким образом, что потомки наши будут свидетелями интересного состязания между прогрессом науки, с одной стороны, и истощением естественных ресурсов — с другой...»

«Рано или поздно — но, разумеется, не в бесконечно отдаленном будущем — на Земле для пополнения естественного расходования энергии не останется ничего, кроме первоначальных запасов атомной энергии...»

В 1920 г., пережив смерть Мозли и варварство первой мировой войны, он добавлял: «Будем надеяться, что достижение в области источников физических сил, подвластных человечеству, не разделит судьбу тех, которые в прошлом превращали заслуженное наукой благословение в проклятие. Как неожиданно и внезапно было сделано само открытие радиоактивности, так в любой момент какой-нибудь счастливец из небольшой группы исследователей, погруженных в эту область науки, может найти ключ и использовать его. Таким образом, первоисточник природной энергии был бы открыт для человеческого знания и был бы использован у самого истока,— на благо или во вред человеку, смотря по тому, правильно ли усвоены длинные и горькие уроки тяжелого прошлого и настоящего».

Среди открывателей и первых исследователей радиоактивности Содди — почти единственный, кто дожил до кошмара Хиросимы и дождался пуска первой атомной электростанции. На склоне лет он написал еще одну книгу — «История атомной энергии», в которой подвел итоги полувековой и поистине фантастической истории приручения человеком атомного огня.