Лаура Ферми - Атомы у нас дома

• Название: Атомы у нас дома
• Автор: Лаура Ферми
• Издательство: Издательство иностранной литературы
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1959

Подробности богатой событиями и свершениями судьбы Энрико Ферми, великого итальянского физика, которые мы находим в мемуарах его жены и друга, помогают воссоздать живой облик одного из крупнейших естествоиспытателей современности. Это образ пламенного жизнелюбца, неистового искателя, великого удачника и самозабвенного труженика. Однако этим сказано далеко не все, что можно сказать о Ферми. Но портрет, который набросан в книге, заведомо однотонен. Лаура Ферми пристрастна и не собирается этого скрывать. Главное чувство, которое доминирует в ее отношении к близкому ей человеку, предопределяя и самый стиль описаний и отбор изобразительных средств, — это чувство безграничного преклонении перед кумиром. Книга Лауры Ферми являет собой пример беззаветной преданности и безграничной дружбы.

---

Опыты в Колумбийском университете, о которых я уже рассказывала, как и опыты других американских университетов, подтвердили гипотезу Энрико, что при делении ядер урана испускаются нейтроны. Из этого следовало, что теоретически цепная реакция возможна, но осуществление ее на практике казалось весьма проблематичным. Так много всяких обстоятельств было против этого, что только одна небольшая группа упрямых физиков в Колумбийском университете продолжала вести изыскания в этой области. И ей пришлось столкнуться с двумя затруднениями, которые с первых же шагов затормозили ее работу. Первое заключалось в том, что нейтроны, испускающиеся при делении ядер урана, обладали такой скоростью, что не могли вызывать деление при бомбардировке. Вторая трудность возникала в связи с потерей нейтронов: в нормальных условиях большинство нейтронов, образующихся при делении, разлеталось в воздухе или поглощалось веществом, прежде чем успевало попасть в ядро урана и вызвать деление. Нейтронов, которые успевали вызвать деление, было слишком мало для поддержания цепной реакции.

Чтобы осуществить непрерывную цепную реакцию, надо было замедлить нейтроны и тем самым значительно уменьшить их потери. Но можно ли было этого добиться?

Замедлять движение нейтронов — этот старый трюк Энрико постиг еще в Риме, когда он и его друзья обнаружили необычайное действие парафина и воды на нейтроны. Поэтому группа, работавшая в Колумбийском университете — Сцилард, Цинн, Андерсон и Энрико, — приступила к опытам по делению ядер урана под водой. Вода, как они говорили, действовала у них в качестве замедлителя.

После нескольких месяцев исследований они пришли к заключению, что ни вода, ни какое-либо иное водородсодержащее вещество не пригодны в качестве замедлителя. Водород поглощает слишком много нейтронов, и в силу этого цепная реакция становится невозможной.

Лео Сцилард и Ферми решили использовать в качестве замедлителя углерод. Они полагали, что углерод будет в достаточной мере замедлять нейтроны, а поглощать их будет меньше, чем вода. Но для этого углерод должен обладать очень высокой степенью химической чистоты. Всякие примеси отличаются необыкновенной способностью поглощать нейтроны.

Сцилард и Ферми задумали соорудить нечто такое, что, по их рассуждению, должно было обеспечить цепную реакцию. Это сооружение должно было представлять собой кладку из слоев урана и очень чистого графита; пласты чистого графита должны были чередоваться с пластами графита с вставленными в него стержнями урана, иначе говоря, они решили построить pile, или котел[24].

Атомный котел неизбежно должен быть весьма громоздким сооружением. Если он будет недостаточно велик, нейтроны будут ускользать в воздух прежде, чем успеют столкнуться с атомом урана, и, следовательно, будут пропадать для расщепления и для атомной реакции. Но какой величины должен быть атомный котел, этого еще пока никто себе не мог представить.

Но разве так уж было важно, знают ученые или нет, какой величины должен быть атомный котел? Казалось бы, все, что им надо было делать, это просто класть один на другой пласты графита, перемежая их стержнями урана, до тех пор, пока не будет достигнута критическая величина котла, при которой начнется цепная реакция. Они могли также строить котел любой формы — кубической, пирамидальной, овальной, сферической — и в процессе работы выяснить, какая форма окажется наилучшей.

Но все это оказалось не так просто. В Соединенных Штатах можно было раздобыть всего-навсего лишь несколько граммов металлического урана, а графит, имевшийся в продаже, отнюдь не отвечал требованиям необходимой химической чистоты.

В новом университетском словаре Уэбстера издания 1951 года говорится, что графит представляет собой «мягкий черный природный углерод с металлическим блеском, часто именуемый плюмбаго, или черный свинец; применяется для карандашей, тиглей, смазочных веществ и прочее…» На атомный котел, построенный в 1942 году, — а он, разумеется, входил в это «и прочее», — пошло бы столько графита, сколько потребовалось бы на то, чтобы сделать карандаши для всех живущих на нашей планете мужчин, женщин и детей. Сверх того, графит для котла должен отличаться неслыханной доселе химической чистотой. Итак, ученым пришлось запастись терпением.

Очень важной и сложной задачей было доставать материалы, к чему Ферми вовсе не был способен и охотно предоставлял это другим. К счастью, Лео Сцилард не разделял его отвращения к этому занятию и время от времени прерывал свои исследования и отправлялся на добычу.

Сцилард был человек с непостижимым запасом всякого рода идей, и многие из них оказались весьма полезными. Знакомых у Сциларда было, пожалуй, не меньше, чем идей, и среди них немало лиц, занимавших видное положение. Эти два обстоятельства делали Сциларда очень влиятельным и полезным представителем маленькой группы ученых, ходатаем, который не боялся идти напролом и умел преодолевать всякие политические барьеры. Со свойственной ему решительностью Сцилард добровольно взял на себя нелегкую задачу — превратить в тонны имеющиеся в наличии граммы металлического урана и графита высокой химической чистоты.

Когда человек берется за такого рода дело, он прежде всего задает себе вопрос: «Кто будет финансировать мое предприятие? Кто даст мне необходимые для этого средства?» Сцилард полагал, что он может ответить на этот вопрос. Летом 1939 года он вместе с Вигнером и Теллером с помощью Сакса и Эйнштейна сумел заинтересовать президента Рузвельта исследовательской работой с ураном. В самом начале 1940 года он одержал вторую победу и получил первое, хоть и небольшое, но вполне ощутимое доказательство того, что этот интерес существует, — армия и флот субсидировали Колумбийский университет шестью тысячами долларов для покупки материалов.

Весной 1940 года в физические лаборатории Колумбийского университета начали поступать первые тонны чистого графита. Ферми и Андерсон превратились в каменщиков и начали складывать в одной из своих лабораторий штабеля графитовых кирпичей.

Они прекрасно понимали, что пройдет еще немало месяцев, а может быть, и несколько лет, прежде чем они наберут достаточное количество графита и урана нужного им качества, чтобы приступить к сооружению атомного котла. Но пока это еще не имело значения; они так мало знали о свойствах тех веществ, с которыми собирались работать (не определена была даже точка плавления металлического урана!), что им необходимо было сперва основательно изучить эти свойства; без этого они не могли со спокойной совестью рекомендовать Урановому комитету решиться на те огромные усилия и издержки, которых потребует строительство настоящего атомного котла.

Итак, они сложили из графитовых кирпичей невысокий штабель, поместили внизу под ним источник нейтронов и стали наблюдать, что происходит с нейтронами в графите, и накапливать нужные им данные.

Эта, казалось бы, скучная работа считалась исключительно важной. На заседании Консультативного комитета по урану 28 апреля 1940 года было принято решение воздержаться от официального ходатайства о строительстве атомного котла, пока в Колумбийском университете не будут получены новые данные. Комитет принял это решение, несмотря на имеющиеся у него сведения о том, что нацисты отвели большую часть здания Берлинского института кайзера Вильгельма для исследований по урану.

После изучения графита перешли к урану. Как именно он поглощает и снова испускает нейтроны? В каких условиях происходит деление? Какое количество нейтронов испускается при делении?

Опыты подвигались очень медленно из-за недостатка материалов, а Ферми очень хотелось ускорить работу. Кроме того, он был уверен, что наблюдения над пробным котлом позволят ему собрать немалое количество данных, полезных для строительства большого котла. Весной 1941 года Ферми со своей группой приступил к сооружению «малого котла». Они разобрали свой штабель из графитовых кирпичей и стали укладывать его заново, перемежая пласты графита блоками урана. Медленно, по мере того как в лабораторию подвозили графит, поднималась черная стена. Она поднялась до потолка, но это все еще был далеко не тот штабель или котел, в котором могла бы происходить цепная реакция, — слишком много нейтронов ускользало в воздух или поглощалось внутри; так или иначе, чтобы вызвать деление, их оставалось слишком мало.

Было ясно, что в лаборатории университета эти опыты не удастся довести до конца. Для них требовалось более обширное, а главное, более высокое помещение. В университете такого помещения не было, значит, кому-то приходилось взять на себя поиски. Ферми был поглощен своими исследованиями, и, конечно, его нельзя было отрывать от такой важной работы. И вот Герберт Андерсон скинул свой рабочий халат, надел пиджак, шляпу и отправился на обследование Нью-Йорка и его окраин в поисках какого-нибудь помещения, которое подходило бы для будущего котла. Вскоре он кое-что присмотрел и вступил в переговоры, рассчитывая получить то, что ему нужно.