А-бомба

Об этом мы сейчас и расскажем…

В 1938 г. в Риме, на конгрессе Национального химического объединения Ф. Жолио-Кюри познакомился с О. Ганом, авторитетным химиком, работавшим в Химическом институте Общества кайзера Вильгельма, и обсуждал с ним работу И. Кюри и П. Савича. Ган сомневался в правильности вывода, сделанного И. Кюри.

— Я восхищаюсь вашей женой, — говорил О. Ган, — я весьма дружелюбно отношусь к ней. Но на этот раз она ошиблась. Посоветуйте мадам Жолио проверить. Впрочем, я повторю ее опыты и надеюсь в скором времени доказать ей, что она неправа.

Вернувшись в Берлин, Ган проделал те же опыты.

Немало великих открытий в истории науки кажутся случайными, и, действительно, они нередко были следствием счастливого стечения обстоятельств, хотя в науке, по словам Планка, никогда не существовало «счастья без заслуг».

Ган и Штрассман облучили уран нейтронами и тщательно проверили результаты И. Кюри. И, несмотря на то что Ган долго не соглашался с этими результатами, ему в конце концов пришлось признать: И. Кюри права. Да, там был лантан, а в числе продуктов распада урана оказался еще и сосед лантана барий. В книге «Искусственные элементы», вышедшей в 1948 г., О. Ган писал: «Осенью 1938 г. мы — Штрассман и я, — основываясь на опытах Кюри и Савича, пришли к удивительным результатам. Мы выделили три щелочных металла, которые вначале приняли за искусственные изотопы радия. Уже одно это было бы достойно удивления, потому что радий с зарядом ядра 88 вовсе не является близким соседом урана. Но результаты оказались еще непонятнее. Ни одним из известных методов разделения радия и бария, нам не удалось отделить наши «изотопы радия»… Контрольные опыты, в которых мы смешивали свои искусственные «изотопы радия» с его природными изотопами, а потом их разделяли, наконец разрешили проблему. Природный радий удалось отделить от бария, а искусственные «изотопы радия» — нет. Таким образом мы пришли к выводу, что щелочноземельный элемент, образующийся при воздействии нейтронов на уран, — не радий, а барий. Это был совершенно неожиданный результат…».

Результат для химиков был бесспорным, а для физиков необъяснимым. Снова загадка, и снова пришлось признать, что И. Кюри права. Ган и Штрассман отправили в научный журнал заметку, в которой писали: «Как химики, мы принуждены определенно заявить, что новые вещества (подразумеваются продукты деления урана. — Авт.) ведут себя не как радий, а как барий». Это сообщение, опубликованное 6 января 1939 г., заинтересовало ученых.

Ган и Штрассман недоумевали, обнаружив странный, но бесспорный факт, и не отважились допустить мысль, что открыли новый физический процесс, связанный с освобождением громадной энергии. Результаты этих опытов были объяснены другими учеными.

У Гана более 30 лет в качестве ассистентки работала австрийка Л. Мейтнер, которую Эйнштейн называл «наша мадам Кюри». Будучи «неарийского» происхождения, она в конце 30-х годов вынуждена была эмигрировать из Германии в Голландию, а оттуда переехала в Стокгольм. В то время она уже была известным ученым. С ее мнением считались многие. Совершенно растерянный Ган написал ей о своей и Штрассмана, как, ему казалось, неудаче.

Письмо Гана очень заинтересовало Мейтнер. Она знала своего профессора как великого мастера в области химии, поэтому нисколько не сомневалась в точности его экспериментов. Мейтнер все время думала о письме. Действительно, в чем загадка? Уран находится в конце таблицы Менделеева, барий и лантан — в середине. Заряд и масса ядра бария или лантана в сумме составляют примерно половину заряда и массы ядра урана. В облученном нейтронами уране получаются элементы, имеющие примерно вдвое меньший атомный вес, чем уран.

И у Мейтнер мелькает смутная догадка: а что если ядро урана, захватив нейтрон, стало неустойчивым и развалилось, разделилось почти пополам? Продукты этого деления — ядра новых элементов. Вместе со своим племянником физиком О. Фришем, работающим у Н. Бора, она обсуждает эту проблему.

Аналогия с делением клеток в биологии позволила им ввести термин «деление ядер» и помогла представить картину деления ядра урана: заряд урана достаточно велик, чтобы нейтрализовать поверхностное натяжение. Становилось все яснее, что ядро урана представляет собой нестабильное образование, готовое разделиться при малейшем возбуждении.

Возникла новая идея: если возможен процесс распада, при котором появляются новые элементы, стоящие в таблице Менделеева далеко от распавшегося, то можно предположить, что при этом должна выделиться огромная энергия. Откуда же появится такая энергия?

При делении ядра урана, рассуждала Мейтнер, его части оказываются в сумме легче исходного ядра на одну пятую массы протона. Расчет по формуле Эйнштейна дал ответ. Умножив потерянную одну пятую массы протона на скорость света в квадрате, они получили примерно 200 млн. эдектроновольт. Электроновольт — единица энергии, соответствующая энергии одного электрона, ускоренного электрическим напряжением в один вольт.

— В этом заложен источник энергии, — сказал Фриш. — Все сошлось.

Фриш проверил свою догадку экспериментальным путем в Копенгагене. Мейтнер продолжала расчеты. Оба они, понимая, что стоят на пороге грандиозного открытия, даже не тратили времени на поездки, а получаемые результаты обсуждали в письмах, телеграммах и по телефону.

Когда Фриш рассказал своему учителю Н. Бору о работе Гана и о выводах, к которым пришли он и Мейтнер, Бор ударил себя по лбу и воскликнул:

— Какими мы все были слепцами. Но ведь это замечательно! Именно так и должно быть!

Бор сразу понял, что Мейтнер и Фриш дали опытам Гана смелое истолкование. Он очень интересовался их работой и следил за ней.

В январе 1939 г. Бор ненадолго отправился в США, уже понимая, какое огромное событие произошло в мире. Весть, привезенная в Америку Бором, взволновала физиков.

Отто Роберт Фриш так описал в 1955 г. события конца 1938 г.:

Через несколько дней Э. Ферми повторил опыты немецких ученых и подтвердил догадку о многообещающем делении ядер урана. А тем временем во Франции, в Париже, бомбардируя нейтронами уран, совершенно независимо то же сделал Ф. Жолио-Кюри.

Согласовав текст по телефону, Фриш и Мейтнер отправили письмо в редакцию английского научного журнала «Нейчур». Их заметка «Распад урана под воздействием нейтронов: новый вид ядерной реакции» поступила в журнал 16 января и была опубликована 18 февраля 1939 г. 30 января того же года в «Труды Парижской академии наук» была представлена статья Ф. Жолио-Кюри «Экспериментальное доказательство взрывного распада ядер урана и тория под воздействием нейтронов».

Отослав заметку в журнал «Нейчур», Фриш в тот же день написал матери, с которой привык делиться всеми важными событиями в жизни:

«Ощущение у меня такое, будто я, пробираясь сквозь джунгли, поймал за хвост слона и теперь не знаю, что с ним делать».

В этот же период два советских ученых — Г. Н. Флёров и К. А. Петржак открыли явление самопроизвольного (спонтанного) распада урана. Интересно, что Флёров и Петржак в первом же сообщении о сделанном ими открытии отметили: «Мы приносим искреннюю благодарность за руководство работой профессору И. В. Курчатову, наметившему все основные контрольные эксперименты и принимавшему самоё непосредственное участие в обсуждении результатов исследований».