Не сразу признали русскую находку. «Трудно поверить в существование изомерных атомных ядер, то есть таких, которые при равном атомном весе и равном атомном номере обладают различными радиоактивными свойствами… Мы надеемся после проведения экспериментов узнать, стоит ли заниматься вопросом об изомерных ядрах». Так на физическом съезде в Цюрихе в 1936 году говорила та самая Лиза Мейтнер, которой суждено было вскоре узреть то, чего не видел или не хотел видеть Отто Ган, — деление урановых ядер. Правда, оценивая значение «невероятного» открытия, Лиза Мейтнер добавила, не могла не добавить: «Предположение о существовании изомерных ядер дало бы возможность объяснить искусственные превращения урана».
Искусственные превращения урана! Так ведь это та самая проблема, решение которой преобразило мир и над которой с 1934 года бились лучшие умы: сначала Ферми, а впоследствии Ноддак, Савич, Жолио-Кюри, Ган и Штрассман, наконец, Мейтнер вместе с Фришем. Интересно: в 1939 году именно Лиза Мейтнер сделала последний шаг, завершивший одно из крупнейших открытий века, рассеявший последние сомнения в способности уранового ядра разваливаться на крупные осколки. Она сделала этот шаг вопреки необоримому скепсису Гана. А тогда, в Цюрихе, Мейтнер сама выступала в роли скептика, вливая яд сомнения в души физиков…
В качестве постскриптума остается добавить следующее. В 1938 году, на три года позже наших соотечественников, ядерную изомерию обнаружили Н. Фезер и Э. Бретчер (Англия) — вторично. И все же в 1963 году один канадский научный журнал, посвященный проблемам ядерной энергии, поместил таблицу видов радиоактивности, где в качестве первооткрывателей фигурировали именно британские ученые. Неосведомленность? Интересно, как отнесся бы к этому сюрпризу соотечественник Фезера и Бретчера Рональд Кларк, благородно ратующий, если помните, за честность записей в свитках истории.
С именем И. В. Курчатова связан еще один эпизод в истории радиоактивности.
— Это произошло за год до начала Великой Отечественной войны, — вспоминает член-корреспондент АН СССР Г. Н. Флеров. — Отгромыхав по рельсам, нырнул в тоннель последний голубой экспресс московской подземки. Столица затихла. А на станции метро «Динамо» тем временем появилась группа довольно странных полуночников. На них не было метростроевских комбинезонов… Они были одеты в лабораторные халаты, а в руках держали хрупкие приборы… Описанный эпизод, — продолжает Георгий Николаевич, — мне запомнился вовсе не потому, что он произошел в столь необычной обстановке. Дело в другом: подземный эксперимент, проведенный Константином Антоновичем Петржаком и мною, завершал длительную серию исследований. Выйдя после ночного бдения из метро, мы тут же дали телеграмму в Ленинград нашему руководителю профессору Игорю Васильевичу Курчатову: «Есть спонтанное деление!»
К тому времени уже было открыто деление урана, но вынужденное — под действием нейтронов. Как продемонстрировали Ган и Штрассман, а затем обосновали Мейтнер и Фриш, ядро урана-235, впустив нейтрон, разваливается на два крупных куска.
Флеров и Петржак доказали: чтобы пала ядерная крепость, вовсе не обязателен троянский конь, намеренно забрасываемый в нее физиками. Такие катастрофы случаются сами собой — спонтанно. Чем же интересна эта находка?
Счетчик Флерова и Петржака отмечал на круг шесть таких «самоубийств» в час, хотя вес препарата (природная смесь урановых изотопов) измерялся граммами. В атомный же котел загружаются тонны урана. Так что самопроизвольных вспышек там больше чем достаточно. Сама природа сняла с человека заботу о первотолчке, порождающем цепную лавину в реакторе. Открытие Флерова и Петржака показало, что «запальные» устройства уже есть в самом ядерном топливе и делать их специально не имеет смысла.
Деление, правда, могут вызвать также случайные микроскопические гости, жалующие к нам из глубин вселенной и прошибающие даже толстые крыши, — космические лучи. Потому-то ученые и отгораживались от неба земляным сводом метро.
Сейчас спонтанное деление замечено прочти у трех десятков изотопов. И чем крупнее ядро, тем ярче выражена склонность к такому самоуничтожению.
К примеру, у урана спонтанное деление наблюдается в миллионы раз реже, чем альфа-распад. Зато у рукотворного элемента № 104 (для него предложено название «курчатовий» — он синтезирован недавно группой Г. Н. Флерова) самопроизвольное деление преобладает. Именно оно обусловливает очень короткий период полураспада у курчатовия — треть секунды.
Совсем недавно в Дубне одна из флеровских групп, руководимая С. М. Поликановым, впервые обнаружила самопроизвольное деление ядер из возбужденного изомерного состояния. Так в работах молодых советских физиков сошлись, словно на перекрестке, два больших открытия, сделанных ученым старшего поколения — Курчатовым и его учениками.
Грозный фейерверк микромира
В 1936 году начался новый этап в «беге на стартовой дорожке», как назвал Резерфорд лихорадочную исследовательскую гонку после открытия нейтрона.
Прицельную пальбу нейтронной картечью по ядерной Бастилии ведут взапуски канониры всех известных атомных лабораторий. Они жадно всматриваются в результаты экспериментов. Что получится, если нейтронная дробинка, таранив ядро, застрянет в нем?
«Это может привести к взрыву ядра», — говорит Нильс Бор.
В 1936 году член-корреспондент АН СССР Я. И. Френкель одновременно с Н. Бором теоретически анализирует явления, протекающие в атомной сердцевине, когда она ранена пулей, посланной человеком. Он уподобляет нуклонный сгусток капле сверхплотной жидкости, которая, захватив нейтрон, начинает «кипеть», разбрызгивая ядерные частицы.
Френкель впервые вводит условное представление о температуре ядра. Он публикует цикл работ, где облекает свои соображения в математически строгую форму, уточняет первоначальную модель.
Мысли Френкеля получают признание и развитие в трудах самого Бора (1938 год).
В кульминационный момент ядерной эпопеи, когда мир узнает об опытах Гана, Френкель тотчас печатает классическую работу по делению тяжелых ядер медленными нейтронами (1939 год). Лишь несколькими месяцами позднее появится аналогичная и, понятно, более детализированная с количественной стороны публикация Бора и Уилера.
В 1939 году, по горячим следам открытий Гана и Штрассмана, Мейтнер и Фриша, выходит статья «К вопросу о цепном распаде основного изотопа урана». Ее авторы — Я. Б. Зельдович и Ю. Б. Харитон.
В 1940 году они продолжают свои исследования: «Деление и цепной распад урана», «О цепном распаде урана под действием медленных нейтронов», «Кинетика цепного распада урана», «К теории развала ядер» (совместно с Ю. А. Зысиным). И в 1941 году — «Механизм деления ядра».
В первых же работах советские ученые наметили конкретные пути, как технически реализовать идею, которая так долго считалась неосуществимой.
В начале 1939 года «великий старец» Нильс Бор в беседе с Юджином Вигнером перечислил 15 веских доводов, из-за которых, по его мнению, практическое использование ядерного деления абсолютно исключено. Альберт Эйнштейн уверял одного американского репортера в том, что все эти перспективы не более как химера.
Кто осмелится укорять ученых в наивности или пессимизме? Буквально до 1940 года уровень знаний о тонкостях ядерного деления не давал оснований для смелых прогнозов. Либо, наоборот, вдохновлял на беспочвенные прожекты. До позднего лета 1939 года специалисты сомневались в справедливости воровского предположения, высказанного еще в феврале: делению подвержен не уран-238, а уран-235 (сам этот изотоп был открыт совсем недавно — в 1935 году).
Лишь весной 1939 года выяснилась необходимость замедлять нейтроны.
О том, насколько скудными и противоречивыми сведениями располагали ученые, говорят первые оценки критической массы. Они колебались в широком диапазоне — от фунта до многих тонн. Франсис Перрэн, например, подсчитал: достаточно получить 40 тонн урана, чтобы произошел взрыв.
«Деление урана, казалось, можно было легко осуществить, — вспоминает о некоторых заблуждениях того времени академик Я. Б. Зельдович. — Перрэн предполагал, что извержение вулканов — это и есть результат цепной реакции деления урана, случайно скопившегося в недрах Земли. На самом деле все оказалось гораздо сложнее. В 1939 году в Институте химической физики АН СССР вместе с Харитоном мы анализировали условия, которые действительно нужны, чтобы могла осуществиться цепная реакция деления. Было показано, что уран-238, а также и природная смесь изотопов урана не пригодны для осуществления деления (впоследствии И. В. Курчатов, проделав титаническую работу по измерению ядерных констант, которые в довоенное время были определены неточно, установил, что природную урановую смесь тоже можно использовать в качестве топлива для реактора. — Л. Б.)… С другой стороны, сама организация ядерной реакции оказалась проще, чем представлял себе Перрэн. Не зная в подробностях цепной теории, он предполагал, что стоит создать критическую массу, как произойдет взрыв.
