Создание атомной бомбы - Ричард Роудс

Д-р Л. Онзагер из Йельского университета рассказал, однако, о новом приборе, в котором, по его расчетам, изотопы элементов могут быть разделены в газообразной форме в трубках, охлажденных с одного конца и нагретых до высоких температур с другого.

Другие физики утверждали, что такой процесс должен быть дорогостоящим почти до нецелесообразности, а выход изотопа 235 должен оказаться бесконечно малым. Тем не менее, указали они, если процесс разделения д-ра Онзагера окажется работоспособным, то осуществление ядерного взрыва, способного уничтожить область размером с весь Нью-Йорк, будет делом сравнительно легким. Одной нейтронной частицы, попавшей в ядро атома урана, заявили они, будет достаточно для запуска цепной реакции в миллионах других атомов[1312].

Статья в Times подразумевает справедливость доводов Бора в пользу 235U, хотя даже сам Бор, по-видимому, все еще говорил только о реакции на медленных нейтронах. Ферми и другие по-прежнему не были убеждены в том, какую роль играет 235U. Хотя крупномасштабное разделение двух изотопов урана оставалось делом трудным, несколько раньше в том же месяце Джону Даннингу пришла в голову идея о возможности их разделения в микроскопических количествах на масс-спектрографе Альфреда Нира. Даннинг немедленно написал Ниру длинное, воодушевленное письмо, в котором просил его, по сути дела, разрешить спор между Ферми и Бором и дать огромный толчок развитию исследований цепной реакции. И Нир, и Даннинг, и Ферми были на заседании Американского физического общества. При личной встрече Даннинг снова убеждал Нира попытаться произвести разделение приблизительно так же, как он просил его об этом в ключевом абзаце своего письма:

Есть одно из направлений работы, заслуживающее особенно энергичных усилий, и именно в этом направлении нам требуется Ваша помощь… Жизненно важно получить некоторые изотопы урана в чистом виде в количестве, достаточном для настоящего испытания. Если бы вы смогли добиться эффективного разделения даже малых количеств двух основных изотопов [третий изотоп, 234U, присутствует в природном уране в ничтожно малом количестве; его содержание составляет 1:17 000], существует большая вероятность того, что мы с [Юджином Т.] Бутом сможем продемонстрировать, бомбардируя при помощи циклотрона, в каком из них происходит деление. Другого способа разрешения этого вопроса не существует. Если бы могли организовать сотрудничество, и Вы помогли бы нам, выделив несколько образцов, мы смогли бы объединенными усилиями разрешить весь этот спор[1313].

Самым важным для Даннинга, причиной его воодушевления, было то обстоятельство, что если за деление медленными нейтронами отвечает 235U, то сечение его деления должно быть в 139 раз больше, чем сечение деления медленными нейтронами природного урана, так как в природном веществе этот изотоп присутствует с содержанием всего лишь 1:140. «Выделение изотопа 235, – подчеркивает в своих мемуарах Герберт Андерсон, – значительно облегчило бы получение цепной реакции. Более того, при наличии чистого изотопа перспективы создания бомбы беспрецедентной взрывчатой силы стали бы весьма реальными»[1314].

Ферми обратился к Ниру с аналогичной просьбой; как вспоминает Нир, он «вернулся к себе и придумал, как можно несколько усовершенствовать наш прибор, чтобы повысить его производительность… Я работал над этой задачей, но в первое время она казалась настолько отвлеченной, что я занимался ею не так интенсивно, как мог бы. Она была лишь одним из нескольких дел, которые я пытался сделать»[1315].

В любом случае Ферми больше интересовало получение цепной реакции в природном уране, а не разделение изотопов. «Маленькое сечение деления в природном [элементе] его не смущало, – отмечает Андерсон. – “Оставайтесь со мной, – советовал он, – мы будем работать с природным ураном. Вот увидите. Мы получим цепную реакцию первыми”. Я остался с Ферми»[1316].

К середине апреля Сциларду удалось бесплатно одолжить около 250 кг черного, закопченного оксида урана у компании Eldorado Radium Corporation[1317], принадлежавшей братьям Борису и Александру Прегелям, родом из России. Борис учился в Радиевом институте в Париже; компания Eldorado занималась торговлей редкими минералами и владела крупным месторождением урана на Большом Медвежьем озере на Северо-Западных территориях Канады.

Как и в предыдущем эксперименте Ферми и Андерсона, новый проект предполагал оценку производства нейтронов в резервуаре с жидкостью. Для получения более точных данных экспериментаторам требовалась выдержка более длительная, чем позволяла получить родиевая фольга с 44-секундной радиоактивностью, которую они использовали обычно. Вместо этого они планировали наполнить резервуар 10-процентным раствором сульфата марганца, похожего на железо металла, который придает аметисту фиолетовый цвет и дает при бомбардировке нейтронами радиоактивный изотоп с периодом полураспада около 3 часов. «Уровень [радио]активности, наведенной в марганце, – объясняли они впоследствии в своем отчете, – пропорционален числу присутствующих [медленных] нейтронов»[1318]. Таким образом, водород, содержащийся в воде, должен был обеспечивать замедление как первичных нейтронов из центрального нейтронного источника, так и всех вторичных нейтронов, возникающих в распаде, а марганец, растворенный в воде, позволял измерить их количество – схема эксперимента отличалась элегантной экономичностью.

Атомы, расположенные на поверхности массы урана, более подвержены воздействию нейтронов[1319], чем атомы, находящиеся в ее глубине. Поэтому Ферми и Сцилард решили не складывать весь свой оксид урана в один большой контейнер, а распределить его по всему резервуару, упаковав его в пятьдесят две банки размерами приблизительно с обрезки водопроводной трубы – около пяти сантиметров диаметром и чуть больше полуметра длиной.

Упаковка банок и смешивание марганцевого раствора, который приходилось менять, выделяя из него марганец, после каждого эксперимента, требовали большого труда. Нелегким делом было и измерение радиоактивности марганца, занимавшее каждый раз по полночи. Ферми взялся за работу с энтузиазмом. «Он любил работать усерднее, чем все остальные, – отмечает Андерсон, – но и все остальные работали очень усердно». Кроме Сциларда. «Сцилард считал, что его время должно быть посвящено размышлениям»[1320]. Ферми негодовал. «Сцилард совершил смертный грех, – вспоминает Сегре, присоединяясь к мнению Ферми. – Он сказал: “Я не хочу работать, пачкая руки, будто какой-нибудь подручный маляра”»[1321]. Когда Сцилард сказал, что нанял себе заместителя, молодого человека, оказавшегося, как вспоминает Андерсон, «весьма компетентным»[1322], Ферми согласился на это без каких-либо комментариев. Однако он никогда больше не участвовал в совместных экспериментальных работах со Сцилардом.

В окончательном варианте схема установки выглядела так:

Источник Сциларда, Ra + Be, находится в центре резервуара, содержащего 540 литров раствора марганца; 52 банки UO 2 расположены вокруг него

Эксперимент удался. Три физика обнаружили, что нейтронная активность «в присутствии оксида урана приблизительно на 10 % выше, чем без него. Этот результат показывает, что число нейтронов, испускаемых ураном в нашей