М. Рузе - Роберт Оппенгеймер и атомная бомба

Роберт Оппенгеймер был принят в Кембриджский университет. Там он начал работать в лаборатории Кавендиша под руководством великого английского ученого Резерфорда, которого ученики между собой в шутку называли «Крокодил». Резерфорд носил в жилетном кармане огромные часы, тиканье которых уже издали предупреждало о его приближении. Все это напоминало известную сказку о крокодиле, проглотившем часы. После смерти лорда Резерфорда в 1937 году в британских лабораториях стали употреблять новую единицу измерения разности потенциалов (не включенную пока в Международные таблицы единиц измерений) – «крокодил», равный одному миллиону вольт.

Прозвище Резерфорда оправдывалось еще и тем, что оно превосходно выражало крайнюю неуравновешенность характера ученого, разражавшегося иногда страшными вспышками гнева. Однако это не мешало ему проявлять нежную заботу о своих «мальчиках». Один из них, русский ученый Петр Капица, в 1933 году украсил фасад построенной для него в Кембридже лаборатории фигурой крокодила, вырезанной из камня английским скульптуром Эриком Гиллом. В день торжественного открытия, когда Капицу спросили, что должно означать это животное, столь редко встречающееся в британских озерах, он дал следующий остроумный ответ: «Крокодил подобен научному прогрессу: он также перемалывает своими стальными челюстями все встречающееся ему на пути и никогда не оборачивается назад».

Роберт Оппенгеймер быстро выделился среди «мальчиков» своей способностью проводить экспериментальные и теоретические исследования.

Лаборатория Резерфорда занимала тогда одну из командных высот в молодой атомной науке. Это там в 1903 году английский физик разработал теорию последовательного распада радиоактивных веществ, свойства которых были открыты Беккерелем и супругами Кюри. Резерфорд построил полную генеалогическую ветвь урана-238, последовательное расщепление которого дает (кроме прочих продуктов распада) торий, радий, радон (или эманацию радия) и завершается устойчивым свинцом, не обладающим радиоактивностью. В процессе этих самопроизвольных превращений вещество испускает три совершенно различных вида излучения, которые были обозначены α, β и γ. Резерфорд и его сотрудники открыли истинную природу альфа-лучей, состоящих из ядер с двумя положительными зарядами, иными словами, из ядер гелия, выбрасываемых с энергией порядка нескольких миллионов электрон-вольт.

Именно у Резерфорда возникла идея использовать эти положительно заряженные снаряды, которыми являются альфа-частицы, испускаемые радиоактивными веществами, для исследований электрических свойств атома. Таким образом, предмет открытия – альфа-частица стала сама ценнейшим средством для новых научных открытий. Наблюдая отклонения альфа-лучей мишенями из различных веществ, Резерфорд пришел к выводу, что атом содержит очень плотное ядро, которое отталкивает излучение, и что ядро представляет собой носитель положительных зарядов, число которых является характеристическим для каждого элемента: единица – для водорода, два – для гелия, восемь – для кислорода, девяносто два – для урана. В электрически нейтральном атоме число положительных зарядов, содержащихся в ядре равно числу отрицательных зарядов, носителями которых являются электроны. Такое представление об атоме, дополненное несколько позднее Бором, было значительно усложнено в результате последующих исследований, однако оно остается классической моделью атома и всегда может служить для объяснения многих свойств вещества. Это представление дало естественное освещение периодической системе элементов, эмпирически открытой в 1869 году русским ученым Менделеевым по их физико-химическим свойствам. Номер, соответствующий каждому элементу в таблице Менделеева, обозначает не что иное, как число положительных зарядов в его ядре, а стало быть, и число электронов, определяющих химические свойства элементов.

Резерфорд пошел еще дальше. В 1919 году он впервые осуществил мечту алхимиков об искусственном превращении элементов. В азоте, подвергнутом бомбардировке альфа-частицами, были обнаружены следы водорода и кислорода. Что же произошло? Некоторые альфа-частицы (два положительных заряда) проникли в ядра азота (семь положительных зарядов), выбили из них один заряд (ядро водорода), после чего в ядре осталось восемь зарядов (ядро кислорода). Человек оказался у источника неизвестной ранее громадной энергии, которую заключают в себе силы сцепления атомного ядра. При этом остается историческим курьезом то, что алхимик нашего времени – Резерфорд – до конца своих дней относился скептически к возможности использовать в широких масштабах ядерную энергию, пионером которой он являлся. А через восемь лет после того, как «Крокодила» не стало, его ученик Оппенгеймер должен был взорвать первую атомную бомбу…

В лаборатории Кавендиша молодой американский физик оказался очевидцем той ожесточенной борьбы, которую вели британские ученые, как и большинство их коллег в других странах, для того чтобы добиться от правительства или меценатов все более дорогих и более сложных приборов, необходимых для дальнейших исследований.

Журналист Роберт Юнг в своей книге «Ярче тысячи солнц» пишет, что приборы, которыми пользовались ученые-атомники Кембриджа, были очень примитивными, что большинство исследователей мастерило их своими руками, пользуясь воском, проволокой и самодельными колбами. Когда английский физик Г.Д. Эллис в 1919 году увидел установку, с помощью которой Резерфорд осуществил первые превращения атомов, то он был даже «шокирован тем, что аппаратура не производила более внушительного впечатления». Весь комплект измерительной аппаратуры помещался в небольшой картонной коробке.

В 1932 году Кокрофт и Уолтон в той же лаборатории, правда несколько переоборудованной, осуществили первые превращения элементов с помощью бомбардировки искусственно ускоренными протонами (ядрами водорода). Вот как описал их аппаратуру Жак Бержье: «Современный физик при виде машины, с которой работали Кокрофт и Уолтон, мог бы предположить, что она куплена на барахолке. Большую часть установки они сделали своими руками. Лаборатория небогата, и основная аппаратура была позаимствована у частной фирмы «Метрополитен Виккерс Электрикл». Уолтон является стипендиатом английского учреждения, соответствующего французскому Национальному центру научных изысканий. Кокрофт получает содержание, из Кембриджского университета. В их установках использованы трансформаторы, которые позволяют ускорять ионы водорода до энергий, достигающих 700 000 электронвольт (напомним, что в современных ускорителях счет ведется на миллиарды электронвольт). Оба экспериментатора не располагают ни одним современным измерительным прибором. Напряжения они определяют с помощью искры, проскакивающей между двумя алюминиевыми шарами диаметром 75 сантиметров, один из которых заземлен, а другой подключен к установке. Регулируют напряжение путем изменения рабочего режима генератора переменного тока, питающего повышающий трансформатор. Искусственные превращения элементов, полученные таким образом, наблюдаются невооруженным глазом по сцинтилляциям на экране…»