Уильям Лоуренс - Люди и атомы

• Название: Люди и атомы
• Автор: Уильям Лоуренс
• Жанр: Прочая научная литература

Автор —физик, журналист и редактор по вопросам науки газеты «Нью-Йорк тайме» — Уильям Лоуренс рассказывает об открытии расщепления ядер урана, повествует о начале атомного века, описывает историю создания атомного оружия в США. Он останавливается и на перспективах мирного использования ядерной энергии.

Живо и интересно рассказывает Лоуренс о ядерно-физических исследованиях крупнейших ученых мира: итальянца Э. Ферми, датчанина Н. Бора, француженки И. Жолио-Кюри и других физиков, внесших значительный вклад в использование атомной энергии. Параллельно автор популярно излагает основные принципы экспериментальных физических исследований.

Книга интересна и полезна самому широкому кругу читателей.

---

В ту ночь у меня почти не оставалось сомнений, что мир ждет беда».

Вспышки света, которые в тот вечер наблюдали Сциллард и Зинн, ясно показали возможность цепной реакции. Они дали первое экспериментальное доказательство того, что огромная энергия, освобождаемая при делении урана, может быть использована или в атомном реакторе, или в атомной бомбе, равной по разрушительной силе тысячам обычных бомб той же величины.

Открытие самопроизвольного процесса деления атомов урана было самостоятельно сделано почти в одно и то же время, но с применением различных методов двумя другими группами ученых: группой X. фон Хальбана младшего, Фредерика Жолио-Кюри и Льва Коварски в Париже и группой Ферми и Герберта Л. Андерсона в Колумбийском университете. Эти исторические открытия явились серьезным обоснованием предположений Ферми и Бора о возможности цепной реакции. Однако некоторые серьезные препятствия все еще не позволяли перейти от небольших лабораторных опытов к атомным реакторам или к атомным бомбам.

Бор пришел к выводу, что одна из основных трудностей состоит в том, что лишь легкий уран-235 является расщепляющимся элементом, в то время как тяжелый уран-238 поглощает значительное число нейтронов, необходимых для цепной реакции. Так как в природе эти две разновидности урана находятся в смеси, где соотношение между тяжелым и легким ураном равняется 140 : 1, очевидно, что 140 атомов не расщепляющегося тяжелого урана будут соперничать с одним атомом легкого урана за каждый нейтрон.

С самого начала стало ясно, что для создания атомной бомбы необходимо отделить 0,7% урана-235 от 99,3% урана-238. Но сделать это практически пока было невозможно.

Не надо быть специалистом, чтобы понять, почему химическим путем нельзя отделить легкий уран от гораздо более доступного тяжелого. Отделение одного элемента, например серебра, от другого, например меди, основано на использовании различия в их химических свойствах и реакциях. Можно подобрать условия, при которых в осадок выпадает серебро, а не медь, в результате чего одно отделится от другого.

Но такие методы совершенно неприменимы в отношении двух изотопов урана. Хотя один из них легче другого на три атомные единицы, тем не менее они являются одним и тем же элементом и обладают одинаковыми химическими свойствами. Поэтому до сих пор не были разработаны химические методы их разделения.

Существует прибор, масс-спектрометр, который может разделять разновидности одного и того же элемента, включая легкий и тяжелый уран, электромагнитным способом. Но скорость разделения при помощи масс-спектрометра настолько невелика, что потребовалось бы 27 тысяч лет, чтобы получить один грамм, и 27 миллионов лет, чтобы получить один килограмм легкого урана. Или, если хотите, вам потребовалось бы 27 миллионов спектрометров, чтобы получить один килограмм урана за год. Очевидно, что при помощи масс-спектрометра дело получения урана-235 — ключевого элемента для атомной энергии и атомной бомбы — недалеко бы ушло.

Однако никто, ни Ферми, ни Эйнштейн, не могли гарантировать, что нельзя сделать открытие, которое бы позволило просто и быстро отделять уран-235 в количествах, достаточных для производства атомных бомб. А так как бомба в руках Гитлера дала бы ему возможность покорить весь мир с помощью силы, ученым свободного мира надо было отдать всю свою энергию делу создания ядерного оружия. Если такие попытки оказались бы бесплодными, у нас, во всяком случае, была бы некоторая доля уверенности, что немецкие ученые также потерпели неудачу.

Одновременно английские ученые, которые отнеслись к делу гораздо серьезнее, чем наши, уже обдумывали такую попытку. Они надеялись применить газодиффузионный метод, основанный на принципе, известном под названием закона Грэхэма.

В соответствии с этим законом, если два газа, один из которых легче другого, пропустить через фильтр с ничтожно малыми отверстиями, то через него пройдет несколько больше легкого газа, чем тяжелого. Когда разница в молекулярных весах газов очень мала, как в случае урана-235 и 238, взятых в газообразной форме, их надо тысячи раз пропустить через фильтр; при этом на каждой стадии содержание легкого газа увеличивается до тех пор, пока на последней стадии не достигнет 100%. Так как уран — твердое вещество, его надо сначала превратить в газообразный фтористый уран — соединение урана и фтора.

Это тот самый метод, который впоследствии применили в Ок-Ридже (штат Теннесси), где в 1944 г. был сооружен гигантский газодиффузионный завод (стоимостью 500 миллионов долларов); на нем была произведена значительная часть урана-235 для бомбы, сброшенной на Хиросиму. После окончания войны мы построили еще много газодиффузионных заводов для отделения урана- 235: в Ок-Ридже, в Падьюке (штат Кентукки) и в Портсмуте (штат Огайо), стоимость которых составляет много миллионов долларов. Газодиффузионные заводы производят уран-235 также в Англии и Советском Союзе.

Но в 1939 г. никто не поддержал английских ученых, считавших газодиффузионный метод самым многообещающим и фактически единственно возможным методом получения урана=235 в больших количествах. Лишь в конце 1942 г. над этим стали задумываться ученые Соединенных Штатов. Один только ученый из Колумбийского университета, инженер и физик Даннинг, ясно представлял себе огромные возможности этого метода, но долгое время его мнение игнорировали.

Закон газовой диффузии был впервые сформулирован великим шотландским химиком Томасом Грэхэмом в 1829 г. и разработан в 1896 г. английским физиком лордом Рейли, лауреатом Нобелевской премии. Почему для всех наших ученых, за исключением Даннинга, потребовалось так много времени, чтобы понять значение закона Грэхэма для будущего,— остается непостижимой тайной человеческого мозга.

К счастью, немецкие ученые оказались в равной степени близоруки и не заметили великой «добычи», которая была так близка. Нельзя не задуматься над тем, каким был бы современный мир, если бы решение о строительстве газодиффузионного завода было принято не в 1942 г., а в 1939 или в 1940 г.

Насколько я знаю, ни Ферми, ни Бор, ни кто-либо другой среди первооткрывателей деления урана даже не подозревали о возможности применения закона Грэхэма для отделения урана-235. Газодиффузионный завод был громадным химико-технологическим сооружением, а химия — предмет, совершенно чуждый ядерным физикам. Именно это деление науки на части, каждая из которых совершенно изолирована от другой, в значительной степени привело к тому, что ядерщики не смогли применить принципы химической науки к решению своих проблем. Даннинг являлся исключением: он был как инженером-химиком, так и ядерным физиком-эксперимента- тором.

Я так же, как и ядерные физики, не знал о законе Грэхэма, а Даннинг, если он и думал об этом в то время, не поделился со мной своими мыслями.

Так как никто из ученых не разделял моих опасений в отношении возможности создания атомной бомбы, я считал, что еще не настало время для обсуждения этого вопроса на страницах газеты, и решил подождать, пока не появятся основания для такого сообщения, чтобы оно могло повлиять на общественное мнение и предупредило бы наших военных и гражданских руководителей о громадной опасности, с которой может столкнуться свободный мир в недалеком будущем. Я прочитал все последние сообщения о делении урана в научных журналах, как американских, так и зарубежных, и решил во что бы то ни стало получить интервью у какого-нибудь иностранного ученого, особенно из Германии, приехавшего сюда с визитом или эмигрировавшего.

Один из вопросов, который я обычно задавал иностранным ученым, касался местопребывания известных немецких ученых и их работы. «А что сейчас делает Гейзенберг? — спрашивал я между прочим.— Где Ган? Продолжает ли он работать над делением?»

Постепенно мне стало ясно, что ведущие немецкие ученые, физики и химики, оставляли свои лаборатории и переходили работать в одно место — Институт кайзера Вильгельма в Берлине.

Картина стала особенно наглядной, когда 28 апреля 1940 г. из Германии прибыл химик, лауреат Нобелевской премии, доктор Петер И. У. Дебай, голландец по происхождению. Вскоре после его приезда я побеседовал с ним на заседании Американского химического общества. Разговор подтвердил то, о чем до сих пор я лишь догадывался.

Профессор Дебай работал в Институте кайзера Вильгельма в Берлине. Неожиданно начальство объявило ему, что его лаборатория нужна «для других целей». Он стал осторожно выяснять причину этого, и оказалось, что большая часть института предоставлена для исследований урана.

Это было особенно неприятно услышать, если учесть, что оккупация демократической Чехословакии дала немцам богатейшие в Европе урановые шахты, а вторжение в Норвегию в апреле 1940 г.— единственный завод по производству тяжелой воды, вещества, которое может служить эффективным замедлителем нейтронов в атомном реакторе.