Цепная реакция. Неизвестная история создания атомной бомбы - Олег Фейгин

Самым значимым для предвоенной науки стал VII Сольвеевский конгресс «Структура и свойства атомного ядра», состоявшийся в октябре 1933 года под председательством Поля Ланжевена. Наверное, это была одна из последних встреч ведущих представителей научного сообщества, еще не разделенных на враждующие политические лагеря. Давайте и мы, читатель, заглянем на этот авторитетнейший научный форум, участники которого незримыми нитями связаны со многими тайнами атомного века.

…соединения тория кроме обычных радиоактивных лучей непрерывно испускают какие-то радиоактивные частицы, сохраняющие радиоактивные свойства в течение нескольких минут… я называю эти частицы «эманацией». По своим фотографическим и электрическим действиям эманация похожа на уран. Она способна ионизировать окружающий газ и действует в темноте на фотопластинку при экспозиции в несколько дней…

…на опытах с соединениями тория подтвердилось их свойство возбуждать в любом твердом веществе, расположенном рядом с ним, радиоактивность, которая со временем исчезает, причем между эманацией тория и возбужденной радиоактивностью существует тесная связь… Эманация в некотором смысле есть непосредственная причина возбуждения радиоактивности, в то же время не обнаружено испускания эманации имевшимся в нашем распоряжении образцом не совсем чистого радия. Однако Дорн позднее использовал более чистый образец радия и показал, что радий обладает такой же способностью испускать эманацию, как и торий.

Э. Резерфорд. Строение атома и искусственное превращение элементов

Несомненно, что одной из самых колоритных фигур на конгрессе был сэр Эрнест Резерфорд. Всегда в окружении своих учеников, коллег и друзей, он никогда не упускал момента, чтобы, энергично жестикулируя, громогласно не поделиться своими воспоминаниями о «яростном периоде становления новой науки»:

– Вернемся к радиоактивности, когда Беккерель продолжал исследование открытого им явления и считал его свойством урана, аналогичным фосфоресценции. Уран, по мнению Беккереля, представлял собой первый пример металла, обнаруживающего свойство, подобное невидимой фосфоресценции. Именно поэтому он считал свойства излучения урана подобными свойствам световых волн. Природа нового явления, таким образом, была еще совершенно непонятна, даже не существовало и самого слова «радиоактивность».

23 ноября 1896 года Беккерель доложил о результатах своих исследований Французской академии наук. Из них следовало, что уран испускает неизвестные ранее лучи (их быстро окрестили «урановыми» или «беккерелевыми»), которые аналогично Х-лучам Рентгена действуют на фотопластинку и ионизируют воздух. Так было открыто замечательное явление природы, которое Мария Склодовская-Кюри в 1898 году назовет радиоактивностью.

Л.И. Пономарев. Под знаком кванта

Между тем Беккерель обнаружил и тщательно исследовал свойство урановых лучей делать электропроводящим воздух, и его заметка появилась почти одновременно с нашей совместной с Джи-Джи публикацией, показывавшей, что рентгеновские лучи делают воздух электропроводящим благодаря их ионизирующему действию. Так был открыт важнейший метод исследования радиоактивности…

– А между тем еще Пьер Кюри допускал возможность наличия и иных механизмов выделения радиационной энергии, – все повернулись на негромкий, но четкий женский голос с немного грассирующим произношением. В группе французов стояла болезненно-бледная – сказывалась длительная работа с радиоактивными препаратами, миниатюрно-хрупкая Мария Склодовская-Кюри, самая знаменитая женщина в науке, дважды лауреат Нобелевской премии. Рядом с ней постоянно находилась старшая дочь Ирен и зять Фредерик Жолио, молодые исследователи, уже зарекомендовавшие себя в науке десятком экспериментальных работ по физике ядерных процессов. Немного смущаясь, Фредерик задал давно интересовавший его вопрос, обращаясь к своей сиятельной теще:

– А правда, что вы вначале считали, что радиоактивные элементы берут энергию из внешнего пространства и оно постоянно пронизывается некоторыми неизвестными еще радиациями, которые при встрече с радиоактивными телами задерживаются и преобразуются в радиоактивную энергию?

На бледном лице Склодовской-Кюри мелькнула болезненная улыбка:

– Все правильно, Фредерик, эта ошибочная гипотеза была высказана в самый последний год прошлого века, однако сегодня можно признать, что в ней было зерно замечательной идеи космических излучений, которые сегодня разными способами изучаются в высокогорных лабораториях. К тому же уже через несколько лет я публично признала, что новейшие исследования благоприятствуют именно гипотезе атомных превращений радия.

Находясь в тесной связи с физикой и химией, заимствуя рабочие методы от этих двух наук, радиоактивность приносит им в обмен элементы обновления. Химии она приносит новый метод для открытия, отделения и изучения химических элементов, познание некоторого числа новых элементов с очень любопытными свойствами (прежде всего радия); наконец, капитальное понятие о возможности атомических преобразований в условиях, доступных контролю опыта. Физике, и в особенности новейшим корпускулярным теориям, она приносит мир новых явлений, изучение которых есть источник прогресса для этих теорий; можно указать, например, на выбрасывание частиц, несущих электрические заряды и наделенных значительною скоростью, движение которых уже не повинуется законам обычной механики и к которым можно приложить, с целью их оправдать и раскрыть в подробностях, новейшие теории, касающиеся электричества и материи.

М. Склодовская-Кюри. Радиоактивность

Резерфорд, который все еще находился под впечатлением от только что прослушанного доклада Вернера Гейзенберга об использовании недавно обнаруженных нейтронов для объяснения некоторых интригующих особенностей структуры атомного ядра, только хмыкал, энергично жестикулируя давно уже погасшей трубкой:

– Что бы тут ни говорила несравненная мадам Кюри, но главное в исследованиях радиоактивного излучения – это то, что, используя теорию квантов Планка, мы получили квантовую модель атома. Вспомните, как созданию нашей модели предшествовали бесплодные попытки построить структуру атома на основе представлений классической электродинамики и механики.

– Вы, наверное, имеете в виду атомную модель Хантаро Нагаоки? – рискнул вставить вопрос в громогласные рассуждения мэтра Жолио.

– Именно так, мой юный друг, именно так, – забывшись, Резерфорд извлек свистящий звук из своей погасшей трубки, вызвав улыбки у окружающих. С досадой переложив трубку в другую руку, он продолжил: Нагаока исходил из исследований Максвелла об устойчивости колец Сатурна и представлял себе строение атомарных структур аналогичным схеме Солнечной системы. Поэтому его модель включала положительно заряженную центральную область – Солнце, вокруг которого по выделенным кольцеобразным орбитам вращались электроны-планеты. Причем при орбитальных возмущениях тут же возбуждались электромагнитные волны, периоды которых, по расчетам Нагаоки, были того же порядка, что и спектральные частоты некоторых элементов.

Из окружения Резерфорда выдвинулся его ученик Джеймс Чедвик, автор недавнего открытия нейтронов:

– Любопытно, почему же при всех своих достоинствах планетарная модель атома довольно долго безуспешно конкурировала с томсоновской схемой? Крокодил (так за глаза все называли Резерфорда с легкой руки его любимого ученика П. Л. Капицы) удовлетворенно взмахнул трубкой:

– Атом Томсона на самом деле представлял собой хорошо структурированную модель, в которой положительное электричество было как бы «размазано» по сфере, с вкраплениями отрицательных зарядов. В этом томсоновском «атомном пудинге» с изюмом электронов было, конечно, много необычного. Так, в простейшем атоме водорода электрон находился точно в центре «пудинга», и при всяком смещении на него должна была бы действовать квазиупругая сила электростатического притяжения, под действием которой он бы и совершал колебания. Теоретически частота подобных колебаний электрона должна была бы определяться радиусом сферы, зарядом и массой электрона, и если радиус сферы совпадает с атомным радиусом, то и частота этих колебаний будет совпадать с частотой излучаемой спектральной линии. Для многоэлектронных атомов Джи-Джи рассчитал вполне устойчивые конфигурации, считая, что каждая из них определяет химические свойства атомов. На основании своих построений он даже предпринял попытку теоретически построить периодическую систему элементов. Еще один ученик Резерфорда – Патрик Блэккет, недавно прославившийся тем, что одновременно с американцем Карлом Андерсеном открыл в составе космических лучей удивительные положительные электроны – позитроны, улыбаясь, слушал громогласные восклицания своего шефа, который, казалось, признавал одни резкие суждения, меняющиеся в зависимости от его настроения от восторженных и восхваляющих до негодующих и осуждающих, попытался тоже подать реплику: