Курс истории физики

Однако ни Бор, ни Френкель не стали развивать идею о ядре как жидкой капле, они остановились на «твердой» модели. Как экспериментаторы, так и теоретики очень близко подходили к явлению деления, но, загипнотизированные всей совокупностью представлений о ядерных реакциях, не могли увидеть сути дела.

Упомянем еще об одном теоретическом результате 1938 г. Ганс Боте предложил теорию, объясняющую энергию звезд. Согласно этой теории энергия выделяется в результате синтеза ядер водорода в ядра гелия. Боте предложил углеродно-азотный цикл, приводящий в конечном счете к превращению водорода в гелий, сопровождающийся выделением значительной энергии.

В 1938 г. наступила развязка сложной ситуации, вызванной результатами, полученными ферми. Сложность ситуации объяснялась обилием радиоактивных изотопов, к тому же открытие изомерии Курчатовым еще более осложнило обстановку. Распутать цепочку продуктов, получающихся в результате бомбардировки урана нейтронами, было непросто. Ирен Кюри, работая сначала с Хальбаном, а потом с югославом Павлом Савичем, получила радиоактивное вещество с периодом полураспада 3,5 ч, напоминающее торий. Ган, проверяя этот результат, показал, что продукт, который Кюри и Савич потом стали называть R (3,5 ч), не может быть торием. Ирен Кюри и Савич согласились с выводом Гана и, продолжая исследования, показали, что R (3,5 ч) по свойствам напоминает актиний и еще больше лантан. Они констатировали, что продукт R (3,5 ч) выделяется вместе с лантаном: «В целом свойства R (3,5 ч) такие же, как свойства лантана». Но лантан не радиоактивен, и они полагали, что активный продукт можно отделить от лантана. Заметка об опытах И. Кюри и П. Савича была опубликована летом 1938 г.

Ган в то время работал вместе со Штрассманом, так как Л. Мейтнер эмигрировала после захвата Австрии Гитлером в Стокгольм. Прочитав статьи Кюри и Савич, Ган был поражен, он подумал, что Кюри и Савич совершенно запутались, и решил тщательно проверить их опыты. Ган рассуждал так: если R (3,5 ч) — аналог лантана, то его материнский продукт должен походить на радий, аналогичный барию. Наблюдаемый Ганом и Штрассманом мнимый радий, действительно, обладал всеми свойствами радия. 20 декабря 1938 г. в результате многих опытов по идентификации нового элемента они установили окончательно, что в числе продуктов бомбардировки, несомненно, имеется барий. «Как химики, — писали они в своем сообщении, — мы должны из этих кратко описанных опытов существенно изменить приведенную выше схему и вместо символов Ra, Ac, Th вставить символы Ва, La, Се. Как «ядерные химики», тесно связанные с физикой, мы не можем решиться на этот шаг, противоречащий всем предыдущим экспериментам».

Статья Гана и Штрассмана была опубликована в январе 1939 г. под заглавием «О доказательстве возникновения щелочноземельных металлов при облучении урана нейтронами и их свойствах». Но еще до публикации статьи Ган прислал Мейтнер письмо с изложением своих результатов. К Мейтнер в это время на рождественские каникулы приехал ее племянник Отто Фриш, работавший у Бора. Мейтнер показала ему письмо Гана и на скептическое отношение фриша к содержанию письма сказала, что дело очень важное и необходимо объяснить получение бария из урана. Во время лыжной прогулки они решили задачу: ядро делится на осколки, приобретающие под действием электростатического отталкивания энергию около 200 МэВ, что как раз составляло энергию, связанную с дефектом массы.

Вернувшись в Копенгаген, фриш сообщил об этой интерпретации открытия Гана и Штрассмана Бору, уезжавшему в Америку. «Я помню, как он хлопнул себя по лбу, едва я начал говорить, и воскликнул: «О какие мы были дураки! Мы должны были заметить это раньше».

Фриш провел соответствующий эксперимент с ионизационной камерой, «с помощью которой можно было без труда наблюдать большие импульсы, возникающие от ионизации, производимой осколками деления».

16 января фриш и Мейтнер опубликовали статью, в которой, в частности, был впервые употреблен термин «деление», подсказанный Фришу американским биологом Арнольдом.

26 января 1939 г. в Вашингтоне на конференции по теоретической физике Бор сообщил об открытии деления урана. Не дожидаясь конца доклада, физики один за другим стали покидать заседание, чтобы проверить сообщение в своих лабораториях. Изучение деления проводил ф. Жолио. 30 января 1939 г. он сообщил Парижской Академии наук об экспериментальном доказательстве расщепления ядер урана и тория под действием нейтронов. 20 февраля 1939 г. он продемонстрировал деление ядер урана (Жолио говорил о «взрыве») методом камеры Вильсона, получив фотографию деления. 8 марта того же года Жолио совместно с Хальбоном и Коварским опубликовал в «Nature» заметку, в которой сообщал об испускании нейтронов при ядерном взрыве урана. «Несомненно, — писали они, — что наблюдаемое явление представляет интерес с точки зрения осуществления экзоэнергетических цепных реакций». В напечатанной 7 февраля статье «Резонансные явления в расщеплении урана и тория» Бор указал, что эффект деления связан с захватом нейтрона ядром «редкого изотопа урана-235».

В апреле 1939 г. Я. И. Френкель выступил со статьей, в которой деление тяжелых ядер U, Th при захвате нейтрона объяснил как «следствие капиллярной неустойчивости жидкой капли, обладающей большим электрическим зарядом».

28 июля 1940 г. Н. Бор и Дж. Уиллер представили статью «Механизм деления ядер», в которой было дано «объяснение механизма деления ядра на основе модели ядра как жидкой капли». Модель жидкой капли, которая могла бы предсказать деление ядер, начала активно «работать» при объяснении механизма деления. Бор и Уиллер показали, что под действием медленных нейтронов делятся изотопы урана-235 и что нейтроны, наблюдаемые при делении, «не могут возникать в самом процессе деления». «Запаздывающее излучение нейтронов действительно является результатом ядерного возбуждения, которое сопровождает бета-распад нейтронов».

Осуществление цепной реакции деления ядер

Теперь встал со всей силой вопрос о цепной реакции деления и о возможности получения разрушительной взрывной энергии деления. Этот вопрос роковым образом переплелся с мировой войной, развязанной фашистской Германией 1 сентября 1939 г. Напуганный возможностью получения гитлеровцами в свое распоряжение оружия огромной разрушительной силы, Эйнштейн подписал письмо президенту США Рузвельту, в котором предупреждал его об этой опасности и рекомендовал начать работу по атомной энергии.

История создания атомной бомбы в США неоднократно описывалась. Мы уже писали, что первый ядерный реактор был запущен 2 декабря 1942 г. в Чикаго под руководством Энрико Ферми. Атомная бомба была создана группой ученых из всех стран мира, работавших в Лос-Анджелесе под руководством Роберта Оппенгеймера. Испытание было проведено 16 июля 1945 г. в пустынной местности в Нью-Мексико.

В Советском Союзе работы над получением атомной энергии начались в разгар Великой Отечественной войны, «когда, — как писал И. В. Курчатов, — родная земля была залита кровью, когда разрушались и горели наши города и села, когда не было никого, кто не испытывал бы чувства глубочайшей скорби из-за гибели близких и родных людей».

В этой тяжелой обстановке советские ученые совершили подвиг и «добились выдающихся успехов в деле создания атомного и водородного оружия». Руководителем и главным в этом подвиге был трижды Герой Социалистического Труда академик Игорь Васильевич Курчатов.

И. В. Курчатов. Курчатов родился 12 января 1903 г. в поселке Сим, на Южном Урале (Симский завод), в семье помощника лесничего В. А. Курчатова. К моменту поступления Игоря в гимназию семья переехала в Симбирск, где Игорь и начал гимназическую учебу. Однако вскоре из-за болезни старшей дочери Курчатовы переехали в Симферополь. В трудные годы империалистической и гражданской войн пришлось учиться Игорю. Крым захватывали немецкие оккупанты, войска Антанты, белогвардейцы всех мастей. Игорь Курчатов окончил гимназию весной 1920 г. и поступил в Таврический университет. В ноябре 1920 г. в Крыму установилась Советская власть.