Чтение онлайн

Неслучайно даже между молодыми физиками, сторонниками квантовой механики, было долгое время много споров, которые продолжались не одно десятилетие, и они не могли прийти к единому мнению. Впечатление было таковым, будто умнейшие физики бились головой о стену, не получая результатов. Нужны были новые сумасшедшие идеи, новые экспериментальные данные, способные вывести квантовую теорию из тупика.

В 30-е годы большая часть физиков обратило внимание на явление радиоактивности, случайно открытое еще в 1896 году французским физиком А. Баккрелем (1852–1908). Было замечено самопроизвольное испускание сильно действующих лучей самыми тяжелыми элементами или неустойчивыми изотопами. В 1898 этой проблемой вплотную занялись другие французские ученые Мария Склодовская-Кюри (1867–1934) и Пьер Кюри (1859–1906). Молодые физики пытались объяснить радиоактивность с позиций новых достижений квантовой физики, и стали проводиться целенаправленные опыты на ускорителях. В это же время усилилась напряженность в Европе, ученые, преимущественно евреи, перебираются сначала из нацистской Германии, наиболее развитой в научном смысле страны, а затем из других стран, в США, хотя это было сделать не просто. Так, например, самый молодой академик Энрико Ферми, олицетворявший надежду и успехи фашистской науки, узнав о присвоении ему нобелевской премии в ноябре 1938 года, обрадовался не столько премии, сколько возможности покинуть Италию вместе с семьей. В мире чувствовалась напряженность: Германия готовится к войне с прямой помощью и подстрекательством США, Англии и других западных деятелей.

В Советском Союзе проблемами атомной физикой интенсивно занимались в Радиевом институте и в первом Физтехе (оба в Ленинграде), а также в Харьковском физико-техническом институте и Институте химической физики в Москве. АН СССР проводила конференции по ядерной физике, в которых принимали участие отечественные и иностранные исследователи, работавшие в этой области, а также в других смежных дисциплинах. Авторитетом в этой области считался академик В. Г. Хлопин. Серьёзный вклад внесли также Г. А. Гамов, И. В. Курчатов и Л. В. Мысовский, создатели первого в Европе циклотрона, а также основатель Института химической физики Н. Н. Семенов. Ф. Ф. Лаеге создал первый советский проект атомной бомбы в 1940 году. Данные проекты курировал Председатель СНК В. М. Молотов. С начала войны внимание и финансирования на эти проблемы уменьшилось.

Широкий интерес физиков к явлению радиоактивности оказался кстати. Учитывая, что процесс радиоактивности сопровождается выделением большего количества энергии, родилась идея создания ядерного оружия. Анализируя процессы, происходящие при распаде ядра, замечено три типа радиоактивности: альфа, бета и гамма. При бомбардировке тяжелого атома нейтронами происходит расщепление его на два или более мелких ядер и других частиц (нейтронов и фотонов), далее может возникнуть цепная реакция. Атом урана 235 наиболее вероятно может быть разделен на ксенон и стронций с двумя нейтронами и высвобождением энергии, или криптон и барий и тремя нейтронами, также с высвобождением энергии. Нейтроны, возникшие в результате расщепления, могут провоцировать цепную реакцию.

Главным объектом исследования физиков и химиков стало расщепления ядер тяжелых элементов, в первую очередь урана, с помощью нейтронов, безо всякой квантовой физики, методом проб и ошибок, как можно быстрее добиться результата. Первыми за это взялись немецкие химики Отто Ган и Фриц Штрассман, которые в декабре 1938 года впервые в мире осуществили искусственное расщепление ядра атома урана. В след за ними от ученых Гамбургского университета поступило письмо в высшее военное руководство Германии, за подписью профессора Пауля Хартека и доктора В. Грота. В письме указывалось на принципиальную возможность создания нового вида высокоэффективного взрывчатого вещества, а также отмечалось: «Та страна, которая первой сумеет практически овладеть достижениями ядерной физики, приобретет абсолютное превосходство над другими». Сразу же имперское министерство науки и образования проводит совещание на тему «О самостоятельно распространяющейся (то есть цепной) ядерной реакции». Среди участников профессор Винфрид Отто Шуман, руководитель исследовательского отдела Управления вооружений Третьего рейха. Уже в июне 1939 года началось сооружение первой в Германии реакторной установки, а также принят закон о запрете вывоза урана за пределы Германии, и в Бельгийском Конго срочно закупили большое количество урановой руды. В 1939 году французский физик Фредерик Жолио-Кюри запатентовал первую в мире ядерную бомбу, которую он разработал вместе со своей супругой, исповедуя сугубо научный интерес.

С 1 сентября 1939 года началась Вторая мировая война, в которой приняли участие 62 государства из 73 существовавших на тот момент (80% населения Земного шара). Она продлилась до 2 сентября 1945 года.

26 сентября 1939 года принято решение засекретить все работы, имеющие отношение к урановой проблеме. К участию в проекте были привлечены 22 организации, в том числе такие известные научные центры, как Физический институт Общества Кайзера Вильгельма, Институт физической химии Гамбургского университета, Физический институт Высшей технической школы в Берлине, Физико-химический институт Лейпцигского университета и многие другие. В работах непосредственно участвовали такие маститые ученые, как Вернер Гейзенберг, Карл Фридрих фон Вайцзеккер, Манфред фон Арденне, Николас Риль, Рудольф Хайнц Позе, нобелевский лауреат Густав Герц и другие. Проект курировал лично имперский министр вооружений Альберт Шпеер. Ученые, задействованные в нацистской программе «Урановый проект», считали возможным создание ядерного оружия в течение года, но они ошиблись.

В течение двух лет группа Гейзенберга провела исследования, необходимые для создания атомного реактора с использованием урана и тяжелой воды. Было подтверждено, что взрывчатым веществом может служить лишь один из изотопов, а именно – уран-235, содержащийся всего 1% от всего природного урана. Одной из проблем было обогащение урана. Другой проблемой программы создания бомбы был атомный реактор, для которого – в качестве замедлителя реакции – требовался графит либо тяжелая вода. Немецкие физики выбрали воду, создав себе тем самым серьезную проблему. Оккупировав Норвегию, у которой был единственный в мире завод по производству тяжелой воды, но французы тут же вывезли всю продукцию, а англичане вывели завод из строя. В Лейпциге взорвался опытный ядерный реактор.

Однако в начале 1945 года Гейзенберг имел все необходимое для монтажа новой большой реакторной установки, которая была развернута в конце февраля. Реактор содержал 664 кубика урана общим весом 1525 кг, окруженных графитовым замедлителем-отражателем нейтронов весом 10 т, кроме того в активную зону дополнительно влили 1,5 т тяжелой воды. 23 марта в Берлин доложили, что реактор заработал, но реактор не достиг критической точки, цепная реакция не пошла. Было недостаточно урана и тяжелой воды. 23 апреля в Хайгерлох вошли американские войска. Реактор был демонтирован и вывезен в США.

С небольшим отставанием шла разработка ядерного оружия в США и Англии. 16 марта 1939 года организовали встречу Джорджа Пеграм, Лео Силард, Энрико Ферми и Юджин Вигнер. Ученые договорились держать свои исследования в секрете, а также о необходимости связаться с правительством США и военным командованием, чтобы получить финансирование. 18 марта Ферми проинформировал власть о возможности применения атомной энергии в военных целях. Однако власти не проявили заинтересованности возможно из-за того, что Ферми довольно осторожно описал возможности, а также потому, что на беседе не присутствовало высокое командование.

Поговорив с приятелем Вигнеров, а также с Силордом 2 августа 1939 года, Эйнштейн подписал письмо президенту США Рузвельту, в котором рассказывалось о прогрессе физической науки в исследованиях цепных ядерных реакций, на ее основе возможности создания мощной бомбы нового типа, и просил сформировать комиссию из физиков, работающих в этой области и представителей правительства, т. к. Германия также ведет работы в этом направлении. В октябре Рузвельт создал комиссию. Сразу же от вооруженных сил США были выделены необходимые средства на секретные исследования цепных реакций. Кроме того Рузвельт создал «Национальный совет по оборонным исследованиям (NDRC)» и в его составе – «Урановый комитет» (UC), в который вначале вошли только ученые, имеющие гражданство США. Главой Уранового комитета Рузвельт назначил Лаймана Бриггса из Национального бюро стандартов. Позднее привлекались известные ученые прибывшие из других стран, но к иностранным ученым относились с большим подозрением: среди них могли оказаться шпионы. Руководителями групп по исследованию урана назначались только граждане США. Несмотря на итальянское происхождение Ферми, заслужив доверие методолога и организатора научных исследований и научного сообщества Вэнивера Буша, назначен руководителем ядерного реактора в Чикаго.

Ключевой проблемой создания реактора была урановая руда. Расщепляемым был уран-235, составляющий 07%, природный уран-238 составляет 99,03%, естественной оказалась проблема обогащения урана. Получением необходимого количества материалов занимался Силард, а Ферми проектировал ураново-графитовый ядерный реактор, пытаясь найти наилучший вариант их размещения и соотношения, чтобы получить самоподдерживающую цепную реакцию. К этому времени было известно, что чем больше размеры реактора, тем лучше протекает диффузия нейтронов. В 1941 году с трудом получено большое количество минералов урана и чистого графита. В июне 1942 года Рузвельт совместно с армейскими руководителями и управлением научных исследований начал непосредственную работу по созданию атомной бомбы. В августе эта программа была названа «Манхеттен проект», а Ферми получил пост руководителя теоретического отдела проекта. Общее руководство проектом осуществлял Джулиус Роберт Оппенгеймер.

В проекте было задействовано около 129 000 служащих, среди них специалисты строительных работах, операторы, военные специалисты. В проекте участвовали физики и другие учёные с мировым именем: Рудольф Пайерлс, Отто Фриш, Эдвард Теллер, Энрико Ферми, Нильс Бор, Клаус Фукс, Лео Силард, Джон фон Нейман, Ричард Фейнман, Джозеф Ротблат, Исидор Раби, Станислав Улам, Роберт Уилсон, Виктор Вайскопф, Герберт Йорк, Кеннет Бэйнбридж, Сэмюэл Аллисон, Эдвин Макмиллан, Роберт Оппенгеймер, Джон Лоуренс, Георгий Кистяковский, Ганс Бизе, Эрнест Лоуренс, Р. Робертс, Ф. Молер, Александр Сакс, Ханс Бете, Швебер, Буш, Эккерс, Халбан[en], Симон, Э. Вагнер, Филипп Хауге Абельсон, Джон Кокрофт, Эрнест Уолтон, Роберт Сербер, Джон Кемени, Альберт Бартлетт, Ник Метрополис, Джеймс Франк, Миртл Бачелдер.