Атомный проект. История сверхоружия - Антон Первушин

Тем временем к Фришу обратилось Британское химическое общество с просьбой написать для них обзорный материал по достижениям в области изучения атомов. Рассказывая в своей статье о расщеплении ядра, Отто Фриш повторял общепринятое на тот момент мнение: если однажды и удастся осуществить самоподдерживающуюся цепную реакцию, то с учетом того, что в ней должны использоваться медленные нейтроны, взорвать атомную бомбу будет практически невозможно. Но, закончив статью, он задумался. Основная проблема на данный момент заключается в медленных нейтронах. Ядро урана-238 всегда захватывает быстрые нейтроны, имеющие определенную «резонансную» скорость; для реакции же с природным ураном необходимы исключительно медленные нейтроны. Если построить цепную реакцию на медленных нейтронах, то высвобождаемая энергия нагреет уран и, возможно, расплавит его еще до того, как он сможет взорваться. По мере нагревания урана в реакцию будет вступать всё меньше нейтронов, и в итоге она попросту затухнет.

Все ведущие физики пришли к такому же мнению. Однако Фриша очень интересовал ответ на вопрос: что все-таки произойдет, если использовать быстрые нейтроны? Вдруг для цепной реакции на быстрых нейтронах окажется достаточно меньшего количества урана-235, чем считалось прежде?

Отто Фриш поделился своими мыслями с Рудольфом Пайерлсом, который, как мы помним, в июне 1939 года вывел формулу расчета критической массы материала, необходимой для поддержания цепной ядерной реакции. Пайерлс использовал свою формулу для расчета смеси изотопов с большим содержанием урана-238. Фришу необходимо было проводить вычисления другого порядка – с участием чистого урана-235 в присутствии не медленных, а быстрых нейтронов. Проблема заключалась в том, что никто пока не знал, какой должна быть доля урана-235, чтобы обеспечить успешное участие в реакции быстрых нейронов. А не знали этого ученые потому, что пока еще никому не удалось получить достаточное количество урана-235 в чистом виде.

В такой ситуации оставалось только выдвигать предположения. Например, можно было допустить, что каждый нейтрон, попадающий в ядро урана-235, вызывает его немедленный распад. Подобное допущение заметно упростило расчеты. Теперь оставалось только вычислить, какое количество урана-235 необходимо для того, чтобы он легко расщеплялся быстрыми нейтронами.

Отто Фриш и Рудольф Пайерлс подставили в формулу новые числа и были сражены полученным результатом. О десятках тонн урана теперь и речи не шло. Критическая масса, согласно расчетам, составляла всего несколько килограммов. Для вещества с плотностью урана объем такого количества не превышал бы величины мячика для гольфа. По оценкам Фриша, столько урана-235 можно получить за несколько недель, использовав сто тысяч обогатительных аппаратов, подобных тому, который он собрал в бирмингемской лаборатории. В тот момент физики осознали, что создать атомную бомбу все-таки возможно.

Интересно, что поляк Джозеф Ротблат, живший в Ливерпуле, пришел примерно к такому же выводу, что и его коллеги. Зверства, которые творили гитлеровцы у него на родине, подтолкнули Ротблата в конце ноября 1939 года сделать Джеймсу Чедвику предложение обдумать проблему создания атомной бомбы. О своих чувствах поляк писал впоследствии так: «В то время я просто места себе не находил, пытаясь решить, возможно, самую ужасную дилемму из тех, что могут встать перед ученым. Работа над оружием массового поражения ломала все мои убеждения – убеждения о том, каким целям должна служить наука, – но любым идеалам все равно пришел бы конец, если бы в руках у Гитлера всё-таки оказалась бомба».

Ротблат самостоятельно пришел к выводу о том, что расщепление урана-235 медленными нейтронами не породит взрывное выделение ядерной энергии – это возможно только при использовании быстрых нейтронов. Чедвик, выслушав его, лишь хмыкнул в ответ. Однако первоначальный скептицизм англичанина вскоре уступил место нарастающему интересу, а приведенные Ротблатом аргументы подтверждали некоторые догадки Чедвика по данному вопросу. В итоге они вместе сели обсуждать эксперименты, необходимые для достижения поставленной цели.

В это время Отто Фриш и Рудольф Пайерлс обсудили новейшие полученные результаты с австралийцем Марком Олифантом. Тот сразу согласился с приведенными аргументами и рекомендовал изложить их в коротком меморандуме. Ученые составили меморандум в двух частях, обе датированы мартом 1940 года. В первой части рассказывалось главным образом о реальной возможности создать «супербомбу» с использованием урана-235 и о физических принципах, на которых основывалось ее действие. Вторая часть, озаглавленная «Краткое сообщение о свойствах радиоактивной супербомбы», содержала в себе множество удивительно точных предсказаний самого разного толка. Авторы утверждали, что создание атомного оружия – «дело ближайшего времени»; что применение атомной бомбы невозможно без «гибели большого количества мирного населения»; что, «по всей вероятности, Германия действительно занимается разработкой этого оружия».

Энергия, выделяющаяся при взрыве такой супербомбы, примерно такая же, какая выделяется при взрыве 1000 тонн динамита. Энергия выделяется в небольшом объеме, в одно мгновение, при этом возникает температура, сравнимая с солнечной. Ударная волна от такого взрыва уничтожит жизнь в обширной области. Размер этой области трудно оценить, но, вероятно, она покроет центр большого города.

Кроме того, некоторая часть энергии, освобожденной при взрыве бомбы, произведет радиоактивные вещества, которые будут генерировать очень мощные и опасные излучения. Влияние этих излучений будет наибольшим сразу после взрыва, но вещества распадаются лишь постепенно, и даже в течение нескольких дней после взрыва любой человек, оказавшийся в зоне поражения, погибнет.

Некоторые из этих радиоактивных веществ будут распространяться вместе с ветром, загрязняя территорию в несколько миль и продолжая убивать людей.

Удивительно точное для того времени описание последствий атомного взрыва. В записке косвенно говорилось и о «политике сдерживания», которая войдет в практику с появлением атомного оружия:

Если детально проработать предположение о том, что Германия располагает или будет располагать таким оружием, становится совершенно очевидно: найти надежное укрытие от него попросту невозможно, тем более укрытие для большого количества людей. Наиболее эффективной мерой противодействия такому оружию будет только встречная угроза применения аналогичной бомбы.

Марк Олифант отправил подготовленный учеными материал Генри Тизарду – химику из Оксфорда, который занимал должность председателя Комитета по исследованиям в области авиации. Хотя практически все внимание Комитета было отдано разработкам радаров, он всё же считался одной из ведущих организаций, заинтересованных в использовании науки в военное время. Тизард порекомендовал создать небольшую консультативную группу. В итоге в нее вошли сам Олифант, Джордж Томсон, Патрик Блэкетт и Джон Кокрофт. Во главе группы поставили Джорджа Томсона. И опять сложилась парадоксальная ситуация: Отто Фриша и Рудольфа Пайерлса, которые сделали ключевое открытие, прямиком ведущее к созданию атомной бомбы, в состав консультативной группы не включили, поскольку они формально числились гражданами враждебного государства.

Первое заседание группы состоялось 10 апреля в Лондоне, в здании Королевского научного общества. За день до этого германские войска вошли в Данию и Норвегию. Участники группы изучили материалы, подготовленные Фришем и Пайерлсом, но отнеслись к ним скептически. Они признали, что серия небольших экспериментов по обогащению урана-235 имеет смысл, но в то же время нет никаких причин переводить эти исследования в ранг имеющих стратегическое военное значение. Как видите, на этом этапе проекта заседание группы, возглавляемой Джорджем Томсоном, ничем не отличалось от аналогичного заседания комитета, возглавляемого Лайманом Бриггсом в США.

Впрочем, на этом сходство и заканчивалось. 16 апреля Томсон написал Джеймсу Чедвику письмо с приглашением присоединиться к группе. Узнав подробнее о планах Фриша и Пайерлса, Чедвик оказался сбит с толку. В целом его мысли совпадали с тем, что предлагали коллеги, однако Чедвик, не имея на тот момент экспериментальных доказательств, не был уверен, что создание атомной бомбы с использованием урана-235 реально. Британский ученый согласился только с технической частью меморандума, и это резко повысило убедительность изложенного материала для других членов консультативной группы.

Отто Фриш ждал реакции на меморандум, все больше беспокоясь о своей дальнейшей судьбе. Он получил вызов из полиции и выдержал целый допрос. Над ним нависла угроза высылки на остров Мэн, куда отправляли всех нежелательных или подозрительных иностранцев. В это беспокойное время Фриш придумал альтернативный способ выявления механизма цепной реакции. Он решил бомбардировать природный уран медленными нейтронами, которые выбивал гамма-излучением радия из бериллиевой мишени (в то время этот способ считался устаревшим и уступил место более совершенным – с использованием циклотрона Лоуренса). Фриш обработал примерно грамм урана, помещенного в камеру ионизации. И ему удалось сделать целых два важных открытия.