Оппенгеймер. История создателя ядерной бомбы - Леон Эйдельштейн
Для сведения: критическая масса (минимальная масса делящегося вещества, необходимая для начала самоподдерживающейся цепной реакции деления) для урана составляет 50 кг, а для плутония, который получают из природного изотопа урана с атомным номером девяносто два и массовым числом двести тридцать восемь – 10 кг. Урановой была только бомба «Малыш», сброшенная 6 августа 1945 года на Хиросиму. «Толстяк», упавший 9 августа того же года на Нагасаки, представлял собой плутониевую бомбу, работавшую на основе распада плутония с атомным номером девяносто четыре и массовым числом двести тридцать девять. Собственно, для деморализации японцев и склонения их к капитуляции хватило бы и «Малыша». Но правительству Соединенных Штатов было важно испытать «в полевых условиях» оба варианта, а заодно продемонстрировать свою силу Советскому Союзу, который в августе 1945 года рассматривался уже не в качестве союзника, а в качестве потенциального противника. Кстати говоря, плутоний был открыт группой сотрудников Калифорнийского университета под руководством Гленна Теодора Сиборга в феврале 1941 года. Открытие было совершено с помощью усовершенствованного циклотрона Эрнеста Лоуренса. Если Роберта Оппенгеймера называют «отцом атомной бомбы», то Гленн Сиборг носит неофициальный титул «отца ядерной химии».
Во время совместной работы с Робертом Оппенгеймером Сиборга поражала его способность предугадывать. Оппенгеймер отвечал на вопрос до того, как тот был задан. Ответы были пространными, и нередко не содержали того практического зерна, которое было нужно Сиборгу. Гленну пришлось подстраиваться под старшего товарища и формулировать свои вопросы предельно конкретно для того, чтобы получить нужный ответ. «Поражали не только его знания и острота ума, но и полет его мысли, – вспоминал Сиборг об Оппенгеймере. – Мысль могла воспарить так высоко, что он сразу видел всю проблему целиком, в то время как нам приходилось складывать целое из кусочков». Тем не менее, в периодической таблице Менделеева есть сиборгий – сто шестой элемент, открытый в 1997 году. А вот оппенгеймерий там вряд ли появится…
Но ничего страшного, история все равно будет помнить Роберта Оппенгеймера, человека, которому удалось изменить мир. Это не красивые слова, а чистая правда, поскольку ядерное оружие действительно его изменило.
Если критическая масса для урана составляет 50 кг, а для плутония – 10, то почему Эйнштейн писал Рузвельту, что «такие бомбы могут оказаться слишком тяжелыми для воздушной транспортировки»? На дворе был не 1900 год, когда братья Райт[67] подняли в воздух свой первый планер, а 1939-й.
Просто в октябре 1939 года профессор физики Бирмингемского университета Рудольф Пайерлс (еще один бежавший от нацистов еврей) рассчитал, что критическая масса урана должна составлять несколько тонн. Пайерлс был уважаемым ученым, его расчеты казались верными, так что научный мир принял их без оспоривания и успокоился. Вряд ли при таких раскладах получится создать атомную бомбу. Но Пайерлс рассчитывал критическую массу для «обычного» природного урана, а его коллега Отто Фриш задумал сделать то же самое для чистого изотопа урана-235. Что нужно для запуска разветвленной (то есть нарастающей в геометрической прогрессии) цепной реакции, при которой выделяется колоссальное количество энергии? Нужно, чтобы при распаде одного ядра испускалось не менее двух свободных нейтронов. Ядро урана-235 при распаде «выстреливает» до восьми нейтронов, в среднем – 2,4. Фриш и Пайерлс высчитали, что для разветвленной цепной реакции будет достаточно около килограмма урана-235. Расчеты получились чересчур оптимистичными, поскольку на деле требовалось не менее 15 кг, но главным было то, что счет шел не на тонны, а на килограммы.
Фриш и Пайерлс подготовили меморандум о свойствах радиоактивной «супербомбы» и ее конструкции, который был передан декану физического факультета Бирмингемского университета Марку Олифанту. Олифант отнесся к меморандуму с максимальной серьезностью, и в результате 10 апреля 1940 года состоялось первое заседание комитета M.A.U.D. (Military Application of Uranium Detonation[68]) под председательством ведущего британского ядерного физика Джорджа Паджета Томсона.
Возвращаясь к шагам, приведшим к получению цепной реакции, я хотел бы отметить, что в конце 1939 года, согласно имевшимся на тот момент знаниям, заслуживали внимания два подхода к решению этой задачи, – писал Энрико Ферми в статье «Создание первого ядерного котла», опубликованной в 1947 году. – Первым шагом в одном из них должно было стать выделение из обычного урана редкого изотопа 235, ответственного за деление урана медленными нейтронами. При таком выделении исключается паразитное поглощение нейтронов в распространенном изотопе 238, поэтому считалось, что, как только будет получен уран-235, станет возможным без помех осуществить и цепную реакцию. Реальная сложность состояла, разумеется, в том, чтобы осуществить разделение изотопов в промышленных масштабах. Другое направление опиралось на использование естественного урана. Размещение этого вещества таким образом, чтобы смогла запуститься цепная реакция, представляло, конечно же, гораздо более трудную задачу, чем аналогичная проблема для урана-235. Следовало крайне бережно использовать нейтроны, образовавшиеся в результате первичного деления, чтобы на фоне большого паразитного поглощения их ураном-238, добиться положительного баланса. Требовалось приложить все силы для того, чтобы изменить соотношение между полезным и паразитным поглощениями нейтронов в благоприятную сторону. Соотношение между этими поглощениями зависит от энергии нейтронов. Не вдаваясь в детали, можно сказать, что оно наиболее благоприятно для нейтронов, обладающих малой энергией. Поэтому один из шагов заключается в замедлении нейтронов… Уже был известен простой процесс, помогающий этого достичь. Этот процесс основан на очевидном факте, когда быстрый нейтрон сталкивается с атомом и отскакивает от него, то некоторая часть энергии нейтрона теряется, передается атому. В случае с легкими атомами, которым легче испытывать отдачу, этот эффект возрастает и достигает максимума для водорода.
На этом наше научное отступление можно считать завершенным. Теперь мы знаем достаточно для того, чтобы с пониманием следить за дальнейшей судьбой Роберта Оппенгеймера, для которого самым важным событием 1939 года стала публикация статьи «О продолжающемся гравитационном сжатии», в которой он и его ученик, Хартленд Снайдер, предсказали существование явления, известного в наше время под названием «черная дыра». Когда иссякнут все термоядерные источники энергии, звезда начинает сжиматься, и если ее масса не уменьшится за счет излучения или иных потерь до определенных значений, сравнимых с массой Солнца, то это сжатие будет длиться бесконечно. Гравитационное притяжение «черной дыры» настолько велико, что покинуть ее не способны даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе и световые волны, поэтому
