Практически все именитые физики, жившие в середине ХХ века, так или иначе поучаствовали в изобретении атомного оружия.
В очередном материале рубрики «Физика XX века»
мы рассказываем, как люди, которые до войны
были частью единого научного сообщества, коллегами, друзьями, стали наперегонки создавать атомную бомбу
— и почему первопроходцы-немцы в этих гонках проиграли
Диалог о бомбе
В сентябре 1941 года Вернер Гейзенберг, ведущий немецкий физик
и глава Уранового проекта,
отправился в Копенгаген,
уже оккупированный немцами.
Официальной целью визита было
укрепление авторитета немецкой науки и культуры, Гейзенберг должен
был прочитать несколько лекций по астрофизике.
Кроме этого, он хотел встретиться с Нильсом Бором,
учителем, старшим другом и великим ученым,
вместе с которым они создавали квантовую механику
(мы рассказывали об этом в материалах «Германия, конечно, юбер аллес»
Вернер Гейзенберг и Нильс Бор в начале 1930-х годов.
Фото из архива Вольфганга Паули
Мы так и не знаем точно, что именно Бор и Гейзенберг сказали тогда друг другу,
их послевоенные воспоминания об этом разнятся.
В какой-то момент разговор зашел о делении урана (мы писали об этом открытии в материале
«Но к нам идет жестокая пора»),
и Гейзенберг сообщил, что, как и многие другие физики, понимает, что этот процесс может быть использован для создания бомбы невероятной мощности.
По воспоминаниям Гейзенберга, он особенно подчеркнул, что преодоление технических сложностей потребует невероятных усилий, и
он не верит в то, что бомба может быть создана в течение войны
(в сентябре 1941 года Гитлер завоевал всю Европу, кроме Великобритании
и нескольких нейтральных стран,
на восточном фронте немецкая армия заняла Белоруссию и Украину и вышла к Ленинграду,
казалось, что война закончится скорой победой Германии).
Гейзенберг даже предложил Бору договориться со всеми специалистами по ядерной физике о том, чтобы они убедили правительства своих стран,
что работа над атомной бомбой будет пустой тратой ресурсов.
Бор, однако, запомнил это разговор совершенно иначе.
«Я помню достаточно точно <...>, что вы ясно дали мне понять, что под вашим руководством в Германии
делается все возможное для разработки атомного оружия <...>
и что последние два года вы практически полностью посвятили себя этой работе»,
— написал он после войны в черновике так и не отправленного письма Гейзенбергу.
В любом случае, замечание Гейзенберга об огромных технических сложностях,
которые возникнут при попытке создать атомную бомбу, было совершенно справедливым.
Во-первых, у урана существует два изотопа — 92 235U и 92 238U,
у первого в ядре 92 протона и 143 нейтрона, то есть масса ядра 235.
А у второго — 92 протона и 146 нейтронов, масса 238.
В 1939 году Бор выдвинул гипотезу, позже подтвержденную экспериментом,
что в цепной реакции может участвовать только уран-235, а его в природном уране содержится всего 0,7 процента!
Таким образом создание бомбы потребует переработки урановой руды с отделением 0,7 процента урана-235 от 99,3 процента урана-238.
А это невероятно трудно, потому что их химические свойства идентичны,
а масса отличается всего на 1 процент.
Вторая трудность состоит в том, что атомная бомба не может быть слишком маленькой.
При цепной реакции ядро атома после попадания в него нейтрона распадается с выделением энергии на несколько осколков, среди которых должно быть больше одного нейтрона.
Эти нейтроны попадают в соседние атомы, которые также распадаются и так далее.
В результате с каждым шагом в реакции участвует все больше атомов и выделяется все больше энергии.
Однако часть нейтронов теряется — они могут поглощаться примесями других атомов или просто вылетать за границу бомбы, если распавшийся атом находился достаточно близко к поверхности.
Если потери нейтронов слишком большие, то цепная реакция быстро затухает.
Таким образом, масса бомбы должна быть больше некоторого предела (он называется критической массой),
который определяется тем, что
на каждом шаге количество нейтронов, появившихся в результате распадов, превышает число нейтронов, покинувших бомбу, не столкнувшись с ядрами.
Если масса бомбы меньше критической (слева), то цепная реакция быстро затухает,
и взрыва не происходит.
В противоположном случае самоподдерживающаяся цепная реакция будет продолжаться, пока бомба не разлетится из-за огромного количества выделившийся энергииЕсли
масса бомбы меньше критической (слева),
то цепная реакция быстро затухает, и взрыва не происходит.
В противоположном случае самоподдерживающаяся цепная реакция будет продолжаться, пока бомба не разлетится из-за огромного количества выделившийся энергии
Первые оценки, сделанные в 1939-40 годах,
давали критическую массу урана-235 порядка нескольких тонн.
С учетом чрезвычайной сложности разделения изотопов 235 и 238, это фактически обессмысливало
практическую работу по созданию атомной бомбы.
Не фантазия
После того, как на Вашингтонской конференции по теоретической физике в 1939 году Бор сообщил американским физикам об открытии распада урана,
Силард стал убеждать его, что все дальнейшие работы по ядерной физике должны держаться в секрете от немцев,
чтобы нацисты не смогли использовать их для создания бомбы.
Бор очень ценил научное сотрудничество (его институт в Копенгагене постоянно принимал ученых со всего мира)
и был чрезвычайно против секретности в физике.
Он ответил Силарду: «Это [извлечение ядерной энергии в результате цепной реакции]
в любом случае невозможно, если только вы не превратите Соединенные Штаты в одну огромную фабрику».
В 1941 году он уже не был так в этом уверен.
Отто Фриш, племянник Лизы Мейтнер,
вместе с которой они впервые теоретически объяснили распад урана (мы рассказывали об этом в материале
«Но к нам идет жестокая пора»), перед началом войны переехал из Копенгагена в Англию,
где получил позицию в университете Бирмингема у своего знакомого Марка Олифанта.
Там он подружился с Рудольфом Пайерлсом,
еще одним немецким физиком-теоретиком, который был вынужден эмигрировать в Англию
из-за еврейского происхождения.
Олифант вместе с большинством сотрудников кафедры физики Бирмингемского университета занимался работой над радаром.
Она была чрезвычайно важна, поскольку летом 1940 началась битва за Британию
— попытка немецких ВВС установить господство в воздухе и путем массированных бомбардировок городов подорвать моральный дух англичан.
Важнее бомбы
Еще в 1935 году физик Роберт Уотсон-Уотт продемонстрировал британским военным устройство,
которое могло обнаружить самолет на расстоянии 64 километров.
Позже подобные устройства стали называться радарами (RADAR от RAdio Detection And Ranging
— радиообнаружение и измерение дальности).
Принцип действия радара следующий
– антенна излучает радиоволны, которые отражаются от объекта,
который требуется обнаружить.
Сравнивая характеристики излученных и отраженных волн, можно определить положение объекта относительно антенны.
Уотсон-Уотт возглавил специальное ведомство министерства авиации, которое занялось строительством радиолокационных станций
«Чейн Хоум» вдоль побережья Британских островов.
В Битве за Британию сеть радиолокационных станций засекала немецкие бомб
что позволяло британской авиации эффективно распределять истребители на их пути.
В Бирмингемском университете, где занимались «апгрейдом» радара, был изобретен полостной магнетрон,
который генерировал волны большей мощности и с более короткой длиной волны.
Благодаря этому увеличилась точность и дистанция детектирования радаров.
Кроме того, устройство с магнетроном стало намного компактнее — это позволило установить радиолокационную систему на самолеты.
Когда британцы поделились своими военными разработками с США, Рузвельт
якобы назвал магнетрон «самым ценным товаром из всех, что когда-либо прибывал к берегам Америки».
Радары на базе магнетрона появились не только на истребителях — с ними бомбардировщики союзников могли эффективно наводиться на цель по ночам и в любую облачность.
Фотография дисплея радиолокационной системы H2S, которая использовала полостной магнетрон, сделанная во время ночной бомбежки Кёльна.
Pilot Officer Bartleman
Фриш и Пайерлс, эмигранты, не имеющие британского подданства, не могли быть допущены к работе над радаром по соображениям секретности,
и в занятиях наукой были предоставлены сами себе.
Отто Фриш (в центре, слева) и Рудольф Пайерлс (в центре, справа),
награжденные Медалями Свободы за участие в Манхэттенском проекте /Los Alamos National LaboratoryМеморандум о свойствах радиоактивной «супер-бомбы»
/ Источник: The National Atomic Testing Museum
Отто Фриш (в центре, слева) и Рудольф Пайерлс (в центре, справа), награжденные Медалями Свободы за участие в Манхэттенском проекте /Los Alamos National Laboratory
Они решили уточнить оценку для критической массы урана-235, и получили результат около одного килограмма.
Они сообщили об этом Олифанту, и тот попросил их написать короткий отчет об открытии.
Оно имело принципиальное значение не только потому, что выделить килограмм урана-235 проще, чем тонну,
но и потому, что многотонную бомбу (считая оболочку, взрыватель и так далее)
невозможно доставить на территорию противника — ни один самолет не смог бы ее поднять.
В марте 1940 года Олифант представил Меморандум о свойствах радиоактивной «супер-бомбы»
на заседании комиссии, которая координировала научные разработки для военных применений. В нем сообщалось:
Супер-бомба является неотразимым оружием.
Не существует материалов и конструкций, которые могли бы выдержать такую силу взрыва.
Поскольку радиоактивные вещества будут разнесены ветром, применение бомбы, вероятно, приведет к убийству большого количества гражданского населения,
что может сделать ее неподходящей для использования нашей страной.
Очень вероятно, что Германия разрабатывает подобное оружие
Если считать, что Германия обладает, или будет обладать этим оружием <...>, то наиболее эффективной мерой было бы противостоять ей таким же оружием.
В технической части меморандума был приведен расчет критической массы.
Так стало ясно, что атомная бомба — это не фантазия,
а смертоносное оружие, которое может быть создано за обозримое время и решить исход войны.
После доклада Олифанта был создан комитет под руководством Джорджа Патжета Томсона,
нобелевского лауреата, подтвердившего волновые свойства электронов,
в который вошли ведущие английские специалисты по ядерной физике, включая самого Олифанта,
первооткрывателя нейтрона Джеймса Чедвика и «автора»
первой рукотворной ядерной реакции Джона Кокрофта
(мы рассказывали об этих открытиях в материале «
Не жизни разве ради»).
Комитет Томсона получил название MAUD Committee, что выглядит как аббревиатура,
но на самом деле ей не является.
Через несколько месяцев после захвата Дании нацистами, Лиза Мейтнер
отправила телеграмму английскому приятелю:
«ВСТРЕТИЛА НИЛЬСА И МАРГАРЕТ [Бор].
ОНИ В ПОРЯДКЕ, НО ОЧЕНЬ ОГОРЧЕНЫ ПРОИСХОДЯЩИМ.
ПОЖАЛУЙСТА, ПЕРЕДАЙ КОКРОФТУ И МОД РЕЙ КЕНТ»
INFORM COCROFT AND MAUD REY KENT).
Кокрофт решил, что загадочное окончание телеграммы
«MAUD REY KENT» является анаграммой к RADIUM TAKEN, и
Мейтнер таким образом передает откуда-то полученную информацию о том, что в Германии полным ходом идут работы над атомной бомбой.
Томсон же в целях конспирации взял MAUD в качестве названия своего комитета.
Кстати, иностранцы Пайерлс и Фриш,
конечно, не получили приглашения стать полноправными членами MAUD Committee,
но работали в его техническом подкомитете.
Изначально нацистский оккупационный режим в Дании был довольно мягким,
Гитлер хотел продемонстрировать, что добровольно сдавшиеся и «достаточно арийские» страны
могут вполне неплохо существовать под покровительством Третьего Рейха.
В частности, датские евреи были практически никак не ограничены в правах и, в частности,
не были обязаны носить на одежде желтую звезду Давида.
В августе 1943 года Гитлер ужесточил политику в отношении Дании и наметил «окончательное решение еврейского вопроса» на начало октября.
Нильс Бор был евреем по матери,
и Датское Сопротивление 29 сентября переправило его вместе с семьей в Швецию.
Однако в Дании оставалось еще 7800 евреев, которым грозила депортация в лагеря смерти.
Бор добился аудиенции у шведского короля и убедил его публично объявить о том, что
все датские евреи могут получить убежище на территории Швеции.
2 октября шведское радио распространило это заявление,
и 7220 евреев и 686 их нееврейских супругов
были переправлены из Дании на рыбацких лодках.
После этого Нильс Бор улетел в Великобританию и, наконец, разрешил загадку MAUD REY KENT.
Оказалось, что незадолго до войны гувернантка Мод Рей, которая учила сына Нильса и Маргарет Бор английскому языку,
вернулась домой в Кент, и они просили передать ей привет.
Gerda III — одна из лодок, на которых датских евреев перевозили в Швецию в октябре 1943 года
/ Ad Meskens / wikimedia commons / CC BY-SA 3.0 Нильс Бор и Джон
Итак, для создания атомной бомбы требовалось всего несколько килограммов чистого урана-235,
однако было неизвестно, как в промышленных масштабах выделить его из сотен килограмм урановой руды.
Пайерлс предложил MAUD Committee поручить Францу Саймону, еще одному еврейскому беженцу из Германии,
не занятому работой над радаром,
исследовать метод газовой диффузии. Идея метода состоит в том, что при пропускании под давлением смеси газов через пористый материал, более легкие атомы легче проникают сквозь преграду.
Несмотря на то, что Саймон уже успел получить британское подданство, комитет сначала решил, что не может доверить работу,
которая потенциально может решить исход войны, бывшему гражданину Германии.
Однако Пайерлс с разрешения Олифанта попросил Саймона начать эксперименты неофициально.
По этой причине Саймон в начале работы был сильно ограничен в средствах и, по рассказам, использовал
чуть ли не кухонное ситечко и газировку (правда,
ассистент Саймона,
непосредственно участвовавший в разработке метода газовой диффузии утверждал, что это все-таки некоторое преувеличение).
Тем не менее, ему удалось показать, что метод работает.
В итоге MAUD Committee согласился с тем, что Саймон необходим для успеха британской атомной программы.
]В декабре 1940 года Саймон представил отчет о том, как должен быть устроен завод по обогащению,
который производит по килограмму урана-235 в день.
Стоимость строительства он оценил в 5 миллионов фунтов стерлингов (около 280 миллионов в ценах 2020 года).
Такая большая сумма связана с тем, что за один цикл обогащения концентрация урана-235 возрастает всего (максимум)
в 1,0045 раза,
поэтому необходим целый каскад обогащающих устройств.
Газовая диффузия.
Смесь газов под давлением пропускается через пористый материал.
При этом более легкие атомы (U-235) несколько лучше проникают сквозь барьер,
и их концентрация за ним оказывается выше, чем в исходной смеси.
Этот эффект называется обогащением урана.
Произведя обогащение много раз, можно добиться высокой концентрации урана-235 (как на рисунке справа)
и получить материал, пригодный для изготовления бомбы
Газовая диффузия.
Смесь газов под давлением пропускается через пористый материал. При этом более легкие атомы (U-235) несколько лучше проникают сквозь барьер,
и их концентрация за ним оказывается выше, чем в исходной смеси.
Этот эффект называется обогащением урана.
Произведя обогащение много раз, можно добиться высокой концентрации урана-235 (как на рисунке справа)
и получить материал, пригодный для изготовления бомбы
Один из первых заводов по обогащению урана, К-25
в городе Окридж, США, построенный в 1944 году, был на тот момент самым большим зданием в мире
СС0
Тем временем в США Энрико Ферми и Лео Силард,
не знакомые с британскими разработками по разделению изотопов, планировали запустить
цепную реакцию в натуральном уране.
У них было несколько проблем.
Во-первых, в цепной реакции деления участвует только уран-235, который, как уже было сказано, составляет всего 0,7 процента в природном уране,
и это увеличивает критическую массу устройства больше, чем в 100 раз.
Во-вторых, уран-238 может поглощать нейтроны, если они достаточно быстрые.
Чтобы нейтроны не терялись, и реакция не затухала,
нужно добавить вещество, которое бы замедляло нейтроны — подобно деревянному столу в Римском университете
(о котором мы рассказывали в материале
«Но к нам идет жестокая пора»).
И его тоже должно быть много.
Кстати, дерево (и вообще вещества, содержащие водород)
является плохим кандидатом в замедлители нейтронов
— кроме, собственно, замедления нейтрона, ядро атома водорода может его поглотить,
образовав дейтерий.
Образование дейтерия
Силард и Ферми довольно быстро поняли, что хорошим замедлителем мог бы быть графит
(желательно, с минимальным количеством примесей,
которые также могут поглощать нейтроны).
Десятки тонн урана и сотни тонн чистого графита стоили дорого, а армия, которой президент Рузвельт
после письма Эйнштейна и Силарда (о нем мы также рассказывали в материале «
Но к нам идет жестокая пора»)
поручил поддержку ядерных исследований, не горела желанием вкладываться в фантазии физиков,
очевидно, чрезвычайно далекие от непосредственного военного применения.
6 сентября 1940 года Адольф Гитлер и командующий Люфтваффе Герман Геринг
приняли решение усилить бомбардировки Великобритании, чтобы вывести ее из войны до начала вторжения в СССР.
В течение следующих двух месяцев в результате почти ежедневных налетов на Лондон было сброшено 12 000 тонн бомб,
убивших 13 000 мирных жителей
и серьезно осложнивших работу военной промышленности и транспорта.
Англичане были вынуждены сосредоточить все силы на непосредственном отпоре врагу — в частности,
на производстве самолетов, что сильно ограничивало ресурсы на научные разработки.
В этой ситуации премьер-министр Великобритании Уинстон Черчилль
решил объединить усилия в области военных исследований с США и поделиться с американцами военными секретами.
Элемент 94
Тем не менее прошел еще целый год, пока в августе 1941 Марк Олифант,
продемонстрировав результаты Фриша, Пайерлса и Саймона,
не убедил ведущих американских физиков и политиков в том, что атомный проект заслуживает приоритета.
Ферми получил чистый графит для экспериментов по достижению само-поддерживающейся цепной реакции в природном уране.
Эти эксперименты, кроме научного, имели и военный смысл.
В 1940 году кембриджские физики Эгон Бретшер и Норман Физер предположили,
что уран-238, взаимодействуя с нейтроном, может перейти в следующий элемент таблицы Менделеева (№ 93).
Элемент 93 сам по себе военного применения не имеет,
но в результате бета-распада превращается в элемент № 94,
который, как и уран-235,
может вступать в цепную реакцию.
При этом его, в отличие от разделения урана-235 и 238, можно отделять химическими методами,
что очень упрощает накопление критической массы.
История об атомной бомбе. Часть первая: создание
Элемент 93 был впервые получен в 1939 году на циклотроне в Калифорнийском университете в Беркли группой
под руководством Эдвина Макмиллана.
Ученые сначала неверно представляли себе его химические свойства и чуть было не пропустили открытие.
Эмилио Сегре,
один из парней с Виа Панисперна
(мы писали о них в материале «Но к нам идет жестокая пора»),
эмигрировавший в США из-за еврейского происхождения,
даже опубликовал в ведущем американском журнале
Physical Review статью «Неудавшийся поиск трансурановых элементов».
Тем не менее, проанализировав результаты эксперимента еще раз, Макмиллан убедился, что элемент 93 все-таки был получен, и опубликовал статью об этом в том же Physical Review в мае 1940 года.
Франко Разетти, Энрико Ферми и Эмилио Сегре.
Сегре был известен как человек, заполнивший первую дырку в таблице Менделеева: среди продуктов,
полученных Берклиевским циклотроном,
он смог идентифицировать элемент 43,
который практически не встречается в природе (поскольку не имеет стабильных изотопов), но может быть синтезирован в лаборатории.
Сегре назвал его «технеций», от древне-греческого ?
искусственный.
В 1938 году Эрнест Лоуренс, создатель циклотрона и директор Радиационной лаборатории в Беркли,
предложил Сегре 6-месячную стажировку с зарплатой 300 долларов в месяц
(около 5500 долларов в современных ценах), вполне достойной, но невысокой с учетом известности и опыта ученого, имевшего постоянную профессорскую позицию в университете Палермо.
Когда через 6 месяцев стало понятно, что из-за расовых законов, принятых Муссолини, Сегре вернуться в Италию не сможет, Лоуренс снизил зарплату до 116 долларов (около 2150 долларов сейчас), недостаточные для семьи с двумя детьми.
Личные накопления позволили продержаться до лета 1940 года, когда Сегре предложили перейти на физический факультет университета и снова получать 300 долларов в месяцФранко
Разетти,
Энрико Ферми и Эмилио Сегре.
Сегре был известен как человек, заполнивший первую дырку в таблице Менделеева:
среди продуктов, полученных Берклиевским циклотроном, он смог идентифицировать элемент 43,
который практически не встречается в природе
(поскольку не имеет стабильных изотопов), но может быть синтезирован в лаборатории.
Сегре назвал его «технеций», от древне-греческого ?
искусственный.
В 1938 году Эрнест Лоуренс,
создатель циклотрона и директор Радиационной лаборатории в Беркли, предложил Сегре
6-месячную стажировку с зарплатой 300 долларов в месяц
(около 5500 долларов в современных ценах), вполне достойной, но невысокой с учетом известности и опыта ученого,
имевшего постоянную профессорскую позицию в университете Палермо.
Когда через 6 месяцев стало понятно, что из-за расовых законов, принятых Муссолини,
Сегре вернуться в Италию не сможет,
Лоуренс снизил зарплату до 116 долларов (около 2150 долларов сейчас),
недостаточные для семьи с двумя детьми.
Личные накопления позволили продержаться до лета 1940 года, когда Сегре
предложили перейти на физический факультет университета и снова получать 300 долларов в месяц
Продолжить поиск трансурановых элементов Макмиллану не удалось.
После того, как британцы решили поделиться с американцами своими военными наработками,
было решено срочно организовать лабораторию в Массачусетском технологическом институте,
где в ноябре 1940 года Макмиллан возглавил проект по разработке бортового микроволнового радара.
Ядерные эксперименты в Беркли возглавил коллега Макмиллана Гленн Сиборг,
который и открыл элемент 94.
По аналогии с ураном, элементы 93 и 94 назвали нептунием и плутонием
— в честь следующих за Ураном планет Солнечной системы.
Для краткого обозначения плутония в таблице Менделеева Сиборг в шутку предложил использовать Pu
(американские дети обозначают таким звуком что-то сильно и неприятно пахнущее),
и был очень удивлен, когда комиссия по наименованию химических элементов согласилась с Pu
(вместо более логичного Pl) без возражений.
В 1951 году он и Макмиллан получили Нобелевскую премию по химии — за открытие трансурановых элементов.
Чикагская поленница
Для строительства ядерного реактора было выбрано неиспользуемое подтрибунное помещение
на футбольном стадионе Stagg Field в Чикагском университете.
Экспериментальный реактор в центре одного из крупнейших городов сейчас кажется крайне неоднозначной идеей,
но руководитель проекта, Артур Комптон, один из первых американских нобелевских лауреатов по физике,
верил в Ферми и, кроме того, хотел сэкономить время, организовав все в родном Чикагском университете,
где был профессором физики.
Чикагская поленница-1.
Первый в мире ядерный реактор состоял из плотно уложенных графитовых блоков.
В некоторых были сделаны полости, в которые помещался уран.
Вся конструкция напоминала огромную поленницу, откуда и получила свое название
Melvin A. Miller of the Argonne National Laboratory
Чикагская поленница-1. Первый в мире ядерный реактор состоял из плотно уложенных графитовых блоков. В некоторых были сделаны полости, в которые помещался уран.
Вся конструкция напоминала огромную поленницу, откуда и получила свое название
Melvin A. Miller of the Argonne National Laboratory
Энрико Ферми и, особенно, его жена Лаура, не хотели уезжать из Нью-Йорка,
где они обосновались после переезда в Америку.
Однако военное время не располагало к спорам и, выкопав денежную часть Нобелевской премии из тайника в подвале нью-йоркского дома, семья Ферми переехала в Чикаго.
Нападение на Перл-Харбор
Во время Первой мировой войны США и Япония были союзниками.
Однако в 30-е годы Япония вторглась в Китай и начала военную экспансию в Юго-Восточной Азии,
и отношения между странами начали портиться.
В 1940 году Япония заключила Тройственный пакт с Германией и Италией
и начала захват Французского Индокитая.
В 1941 году США наложили эмбарго на поставки нефти в Японию, потребовав от той вывести войска из Китая и Индокитая.
У Японии собственных месторождений нефти не было,
а запасов топлива для Императорского флота хватило бы меньше, чем на два года.
Выходом из положения мог бы стать захват богатой нефтью Голландской Ост-Индии (Индонезии)
и других европейских колоний в Азии, но это, скорее всего, привело бы к войне с США.
Ранним воскресным утром 7 декабря 1941 года японский флот скрытно подошел к американской военно-морской базе Перл-Харбор
на Гавайях и атаковал находившийся там Тихоокеанский флот США.
В результате внезапного нападения японцы вывели из строя значительную часть боевых кораблей и самолетов.
2335 американских солдат было убито, и еще 1143 ранено.
Японское командование рассчитывало, что эта операция надолго выведет американский Тихоокеанский флот из строя и
позволит без помех захватить богатые ресурсами голландские, британские и французские колонии в Азии,
чтобы подготовиться к войне с США.
Более того, японцы надеялись, что тяжелое поражение подтолкнет Америку к компромиссу,
и большой войны удастся избежать.
Перл-Харбор был первым с Англо-Американской войны 1812 года нападением иностранной державы на территорию США.
Выступая перед обеими палатами Конгресса, президент Рузвельт назвал 7 декабря 1941 года днем позора
и потребовал объявления войны, которая должна идти до полной победы.
Конгресс почти единогласно поддержал это треб
Помни 7 декабря!
2 декабря 1942 года поленница выросла до необходимого по расчетам количества слоев.
49 ученых, собравшись на балконе напротив реактора, готовились стать первыми свидетелями самоподдерживающейся цепной ядерной реакции.
Внутрь реактора были помещены специальные стержни, покрытые кадмием, который поглощает нейтроны.
Эти стержни позволяли контролировать реакцию — пока они были внутри, нейтронов для цепной реакции
было недостаточно, и она затухала.
В 9:54 утра эксперимент начался.
К 10:37 были вынуты все управляющие стержни, кроме одного, и Ферми приказал начать очень медленно вынимать последний.
А в 11:25 приказал вставить все стержни обратно и объявил обеденный перерыв.
После обеда самоподдерживающаяся цепная реакция была, наконец, зафиксирована,
и все распили из бумажных стаканчиков бутылку
итальянского кьянти, припасенную венгерским теоретиком
Юджином Вигнером.
Ученые, участвовавшие в создании первого в мире ядерного реактора. Среди 49 участников запуска реактора была всего одна женщина, Леона Вудс,
которая разрабатывала детекторы излучения (четвертая слева во втором ряду).
Она присоединилась к команде Энрико Ферми в 1942 году, а в июле 1943 года вышла замуж за коллегу
и довольно быстро забеременела.
Посоветовавшись с Ферми (первый слева в первом ряду), она решила скрыть беременность от руководителя строительства реактора
Уолтера Зинна (второй слева в первом ряду), чтобы тот не запретил ей приближаться к поленнице.
Пока это было возможно, она прятала растущий живот под мешковатой одеждой, а спустя пару дней после рождения сына снова вышла на работу.
Справа от Леоны Вудс — Лео Силард.
Los Alamos National Laboratory
Ученые, участвовавшие в создании первого в мире ядерного реактора. Среди 49 участников запуска реактора была всего одна женщина, Леона Вудс,
которая разрабатывала детекторы излучения (четвертая слева во втором ряду).
Она присоединилась к команде Энрико Ферми в 1942 году, а в июле 1943 года вышла замуж за коллегу
и довольно быстро забеременела.
Посоветовавшись с Ферми (первый слева в первом ряду), она решила скрыть беременность от руководителя строительства реактора
Уолтера Зинна
(второй слева в первом ряду), чтобы тот не запретил ей приближаться к поленнице.
Пока это было возможно, она прятала растущий живот под мешковатой одеждой,
а спустя пару дней после рождения сына снова вышла на работу.
Справа от Леоны Вудс — Лео Силард.
Los Alamos National Laboratory
В тот же день Комптон (соблюдая секретность) отчитался об успехе перед председателем Национального исследовательского комитета по вопросам обороны
Джеймсом Конантом:
А. Комптон: «Итальянский мореплаватель прибыл в Новый свет»
Дж. Конант: «Как его встретили туземцы?»
А. Комптон: «Очень дружелюбно»
В феврале 1943 года поленница в целях безопасности была перенесена в новую лабораторию в Аргоннском лесу
в 30 километрах от Чикаго,
а в малонаселенной местности в штате Орегон началось строительство реактора
для промышленного производства оружейного плутония.
Реактор Гейзенберга
Оставшиеся в Германии специалисты по ядерной физике начали задумываться о военном применении деления ядер урана в 1939 году.
При поддержке Управления вооружений сухопутных сил они создали Урановый клуб,
в его рамках начались исследования, которые должны были в перспективе привести к созданию атомного оружия.
Вернер Гейзенберг занялся постройкой ядерного реактора.
В целях конспирации лаборатория находилась не в Институте физики, а в расположенном неподалеку Институте биологии
Считалось, что страх заразиться заставит любопытствующих обходить ее стороной
и предотвратит утечки информации.
Как мы рассказывали выше, кроме урана, в реакторе необходим замедлитель,
вещество, которое будет тормозить нейтроны, не поглощая их.
Как и американцы, немецкие ученые понимали, что замедлителем могли бы быть графит
или тяжелая вода
[/color]
— вода, в которой атомы водорода заменены на атомы изотопа водорода дейтерия,
ядра которого состоят из протона и нейтрона. Поскольку дейтерий уже содержит нейтрон, его способность поглощать нейтроны гораздо ниже, чем у водорода.
Поглощение нейтронов графитом взялся измерять Вальтер Боте, один из ведущих физиков-экспериментаторов в области ядерной физики
и физики элементарных частиц
И его эксперименты показали, что графит не может служить замедлителем в реакторе.
Причина этой ошибки до сих пор точно неизвестна.
Возможно, графит, поставленный концерном Siemens, был недостаточно чистым
и содержал примеси, поглощавшие нейтроны.
Возможно, дело было в том, что в 1934 году во время наступления «немецкой физики»
(мы рассказывали о ней в материале «Германия, конечно, юбер аллес») Боте уволили из Гейдельбергского университета — он не эмигрировал
из Германии только потому, что Макс Планк смог устроить его в Институт медицинских исследований,
— и ученый был не очень сильно заинтересован в успехе немецкого атомного проекта.
Интересно, что Ферми измерил поглощение нейтронов графитом незадолго до Боте
и собирался опубликовать свои результаты,
но Силард убедил его не делать этого.
Ошибку Боте немцы не заметили, и Гейзенбергу пришлось использовать вместо графита гораздо более дорогую и сложную в производстве тяжелую воду.
Единственная в мире фабрика по производству тяжелой воды находилась в Норвегии,
которую немцы оккупировали в 1940 году.
Незадолго перед немецким вторжением французская военная разведка провела операцию
по вывозу запаса тяжелой воды в Париж,
где она попала в распоряжение группы Фредерика Жолио-Кюри.
Через два с половиной месяца после этой операции немецкие войска взяли и Париж, но тяжелую воду
вместе с частью сотрудников Жолио-Кюри
и результатами исследований удалось эвакуировать в Англию.
Сам Жолио-Кюри остался и присоединился к французскому Сопротивлению.
Норвежская фабрика, тем временем, продолжала производство тяжелой воды.
После того, как комитет MAUD продемонстрировал возможность создания ядерной бомбы,
это чрезвычайно нервировало британское правительство.
Англичане организовали несколько диверсий (это было очень непросто, поскольку фабрика находилась в труднодоступном горном районе и хорошо охранялась)
и провели массированные авианалеты.
Работа фабрики была парализована.
В 1944 году немцы решили вывезти остатки запаса тяжелой воды и оборудования в Германию
— и паром с тяжелой водой был потоплен норвежскими диверсантами.
Фотография норвежской фабрики по производству тяжелой воды, сделанная в 1935 году.
/Galleri Nor / CC0Продукция норвежской фабрики по производству тяжелой воды / Alchemist-hp / wikimedia commons / CC BY-SA 3.0
В 1942 году после поражения в битве под Москвой в руководстве Третьего Рейха начали задумываться о том,
что Германия может потерпеть поражение в войне.
Фриц Тодт, министр вооружений и военного производства, пытался убедить Гитлера в том, что Германии не хватит ресурсов для победы, и
поэтому нужно начать переговоры о мире, пока война еще не проиграна.
Гитлер уволил Тодта (причем, на следующий день после увольнения, возвращаясь из ставки Гитлера,
Тодт разбился в авиакатастрофе) и
назначил на его место Альберта Шпеера.
Шпеер был довольно неожиданной кандидатурой на пост министра военного производства.
Любимый архитектор Гитлера, он был далек и от промышленности, и от армии.
Ему удалось увеличить производство военной продукции во многом за счет использования принудительного труда заключенных концентрационных лагерей и насильно вывезенных в Германию работников
с оккупированных территорий.
Тем не менее, становилось все очевиднее, что спасти Германию от поражения может только чудо
— например, какое-нибудь супероружие, которое нивелирует преимущество союзников в ресурсах.
В поисках чуда Шпеер обратился к ученым.
Он слышал, что физики под руководством Гейзенберга работают над созданием бомбы,
способной уничтожать огромные города.
Шпеер встретился с Гейзенбергом и спросил, что ему необходимо для скорейшей разработки бомбы. Гейзенберг
попросил несколько сотен тысяч марок, немного стали, никеля и некоторых других дефицитных материалов.
Шпеер был шокирован тем, как мало просят физики для проекта, который может переломить ход мировой войны,
и предложил выделить 1-2 миллиона марок и кратно больше необходимых материалов.
Гейзенберг отказался, мотивировав это тем, что в данный момент не сможет все это использовать.
Это дало Шпееру повод усомниться в том, что сами физики верят в то, что бомба может быть готова до окончания войны.
Кроме того, Гитлер опасался, что цепная реакция не остановится, и взрыв атомной бомбы уничтожит всю Землю.
Поэтому Гейзенберг ограничился работой над атомным реактором, который мог бы служить двигателем для подводных лодок.
А на роль чудо-оружия были выбраны ракеты «Фау-2» (V2, от Vergeltungswaffe — «оружие возмездия»).
Гитлер надеялся, что бомбардировки Англии самоуправляемыми ракетами позволят отомстить
за массированные бомбардировки Союзниками немецких городов,
деморализуют население и, возможно, даже выведут Англию из войны.
]Ракеты не оправдали надежд, несмотря на огромное количество
Они привели к гибели примерно 9 000 мирных жителей
(и еще около 12 000 смертей заключенных концлагерей,
занятых в производстве)
и не оказали значительного влияния на ход войны.
В 1943 году из-за усиливающихся бомбардировок немецких городов экспериментальный реактор Гейзенберга был эвакуирован
в маленькую деревню Хайгерлох в Швабских Альпах.
Там он был обнаружен американцами 23 апреля 1945 года, за две недели до капитуляции Германии.
Американские и британские инженеры разбирают экспериментальный реактор в Хайгерлохе
Sergeant Malcolm (Mickey) Thurgood, U. S. Army photographer assigned to Alsos Mission
Американские и британские инженеры
разбирают экспериментальный реактор в Хайгерлохе Sergeant Malcolm (Mickey) Thurgood,
U. S. Army photographer assigned to Alsos Mission
Евгений Гельфер
Последний раз редактировалось: Jarra (Сб Мар 18, 2023 9:46 pm), всего редактировалось 4 раз(а)
История об атомной бомбе. Часть вторая: борьба за запрет
11 января 2022
Наша серия о физике ХХ века дошла до Манхэттенского проекта и того, как создав, наконец, атомную бомбу,
ученые пытались предотвратить ее применение.
О людях в Лос Аламосе и том, почему им не удалось договориться с людьми из Вашингтона
под конец Второй мировой — в нашем большом материале.
Первую часть — о создании атомной бомбы — можно прочесть здесь.
тОсенью 1942 года для ускорения работы над разработкой атомной бомбы руководителем проекта со стороны армии был назначен полковник инженерных войск Лесли Гровс.
Одновременно с назначением он был повышен до генерала — звание должно было производить должное впечатление на ученых.
Гровс, только что закончивший строить Пентагон, ждал назначения в действующую армию,
и был страшно раздосадован тем, что оно сорвалось.
Один из подчиненных Гровса вспоминал о нем как о «величайшем сукином сыне»,
но также и как о чрезвычайно требовательном и эффективном руководителе.
В системе военных приоритетов проекту атомной бомбы был присвоен рейтинг АА-3,
то есть дефицитные материалы направлялись в первую очередь на производство необходимого вооружения и оборудования
с рейтингами АА-1 или АА-2.
Первым делом после своего назначения Гровс пригрозил главе Управления военного производства,
что будет рекомендовать президенту Рузвельту отказаться от атомной бомбы,
поскольку Управление не считает ее достаточно приоритетной задачей.
Манхэттенскому проекту был присвоен наивысший приоритет ААА, зарезервированный для чрезвычайных ситуаций.
Серебро и разделение изотопов
Первым методом разделения изотопов урана 235 и 238, необходимого для создания урановой бомбы,
был открытый англичанами метод газовой диффузии
(мы рассказывали о нем в прошлой части).
Изобретатель циклотрона американец Эрнест Лоуренс
предложил альтернативу: электромагнитное разделение.
Какой способ разделения изотопов будет более эффективен в промышленном масштабе, заранее было неизвестно,
поэтому Гровс решил поставить на все методы сразу.
Для метода Лоуренса необходимы мощные электромагниты, производство которых требует большого количества меди.
В условиях войны меди отчаянно не хватало,
но было найдено элегантное решение:
заменить медь на серебро из хранилищ Федерального казначейства.
На переговоры с заместителем секретаря Казначейства Дэниэлом Беллом
Гровс отправил своего заместителя полковника Николса.
Когда Белл услышал, что Манхеттенскому проекту требуется от 5 до 10 тысяч тонн серебра,
он в ошеломлении воскликнул:
«Но полковник, в Казначействе мы не говорим о тоннах серебра, мы говорим о тройских унциях!»
В итоге Манхэттенский проект получил
395 миллионов тройских унций (12 500 тонн) серебра
для производства электромагнитов.
Уран ионизируется,
ионы разгоняются электрическим полем
и попадают в магнитное поле.
Магнитное поле искривляет их траектории,
причем траектория U-235 искривляется несколько сильнее,
т.к. он легче.
Это позволяет разделить изотопы
«Он гений. Настоящий гений»
Следующей задачей, поставленной Гровсом, была организация отдельной лаборатории,
в которой можно было бы собрать всех ученых и инженеров, работающих над бомбой.
До сих пор они были рассредоточены в университетских лабораториях по всей стране,
от Нью-Йорка до Калифорнии,
и армейское командование страшно беспокоилось о том, что это чрезвычайно усложняет контроль над утечками секретной информации.
Директором новой сверхсекретной лаборатории генерал Гровс решил назначить
Роберта Оппенгеймера.
Роберт Оппенгеймер родился 22 апреля 1904 года в семье нерелигиозных евреев.
В школе он увлекался множеством вещей
— от литературы и греческого языка до химии и минералогии.
В Гарварде его основной специализацией была химия, однако круг интересов был гораздо шире. В письме другу, несколько рисуясь, он рассказывал о своих занятиях в университете:
Я пишу бесчисленное множество эссе, заметок, стихов, рассказов и всякого мусора;
я хожу в математическую библиотеку,
а также в философскую библиотеку, где провожу время,
читая Meinherr Бертрана Рассела
и созерцая прекраснейшую девушку, которая пишет диссертацию о Спинозе
— очаровательно иронично, не правда ли?
Я развожу вонь в трех разных лабораториях,
слушаю сплетни о Расине,
угощаю чаем и болтаю (со знанием дела) с несколькими потерянными душами,
уезжаю на выходные, чтобы перегнать энергию в смех и изнеможение,
читаю по-гречески, допускаю бестактности,
ищу письма на столе и хочу умереть.
Вуаля.
atomshantaz_2_t5.jpg (916×1200)
Лесли Гровс и Роберт Оппенгеймер United States Army
В какой-то момент Оппенгеймер понял, что самые интересные для него области химии находятся на стыке с физикой,
и после окончания университета в 1924 году решил отправиться в самое сердце современной экспериментальной физики — Кавендишскую лабораторию в Кембриджском университете
(об открытиях, сделанных в Кавендише, мы рассказывали в материале «Квантовая революция и горчичный газ»).
Способности Оппенгеймера как экспериментатора не впечатлили Эрнеста Резерфорда,
который был директором лаборатории в тот момент.
Первооткрыватель электрона Дж. Дж. Томсон
согласился взять Оппенгеймера под свое крыло,
однако порученная им работа шла у Оппенгеймера плохо,
и это вгоняло американца в тяжелую депрессию — ему даже пришлось обратиться за помощью к психиатру.
Спасение, однако, пришло в лице Нильса Бора,
который посетил Кембридж в том же году
— Оппенгеймер решил стать физиком-теоретиком.
Интересно, что чуть больше 10 лет назад сам Бор, страдая от непродуктивной работы с Томсоном,
обрел «второе дыхание» после встречи с Резерфордом.
Для освоения профессии теоретика немецкий Геттинген,
где Макс Борн и Вернер Гейзенберг работали над основами квантовой механики
(об этом подробнее в материале
«Германия, конечно, юбер аллес»),
подходил лучше Кембриджа.
Оппенгеймер переехал туда осенью 1926 года и уже в следующем году с отличием защитил кандидатскую диссертацию.
Работа в Геттингене действительно внесла значительный вклад в квантовую механику:
в частности, Оппенгеймеру вместе с Борном удалось построить квантовомеханическое описание молекул.
Успех придал 23-летнему Оппенгеймеру уверенности в себе.
Джеймс Франк, нобелевский лауреат, принимавший кандидатский экзамен у 23-летнего американца,
после окончания, по слухам, воскликнул:
«Какое облегчение!
Еще немного, и он принялся бы экзаменовать меня».
После возвращения в США 25-летний Роберт Оппенгеймер получил позиции сразу в двух калифорнийских университетах,
Беркли и Калтехе.
Там вокруг него быстро образовался кружок студентов, который в итоге, по словам самого Оппенгеймера,
стал «крупнейшей в стране школой теоретической физики».
Молодой преподаватель привлекал к себе готовностью глубоко погрузиться в совместную работу,
вкусом к современной физике
— то есть пониманием того, какие задачи самые интересные и актуальные,
— и не в последнюю очередь незаурядностью личности.
На кампусе все обсуждали то, как он выучил санскрит, чтобы читать Бхагавадгиту в оригинале,
его страсть к обжигающе острой еде и обожали легкость, с которой он заставлял коллег почувствовать себя идиотами.
Студенты перенимали его заносчивый стиль.
Ферми в письме Сегре шутливо описал один из семинаров:
«Эмилио, я становлюсь старым и ржавым.
Не могу разобраться в высоколобых теориях,
которые разрабатывают ученики Оппенгеймера.
Я сходил на семинар и впал в депрессию от того, что ничего не понял
. К счастью, последняя фраза докладчика меня немного приободрила:
«И это теория бета-распада Ферми»
(об открытиях Ферми мы рассказывали в материале
«Но к нам идет жестокая пора»).
Оппенгеймер был не самым очевидным кандидатом на пост директора сверхсекретной лаборатории для создания супероружия.
Он был теоретиком,
у него не было Нобелевской премии.
А главное, у генерала Гровса были все основания для того, чтобы сомневаться в его политической благонадежности.
Как и многие интеллектуалы, Оппенгеймер сочувствовал левым идеям.
В 1936 году в Испании началась гражданская война, в которой правые повстанцы
под руководством генерала Франсиско Франко
и при поддержке Гитлера и Муссолини
воевали против левого республиканского правительства, которому помогал СССР.
На вечере, посвященном сбору средств в пользу испанских республиканцев,
Оппенгеймер познакомился с Джин Татлок,
активисткой Коммунистической партии США.
Они стали встречаться, и Джин ввела его в круг левых активистов.
Отношения с Татлок были бурными, пара несколько раз сходилась и расходилась,
и в 1940 году Оппенгеймер женился на другой коммунистке — Кэтрин Пьюнинг.
Кроме того, коммунистом был и младший брат Роберта Фрэнк.
Кэтрин Пьюнинг (слева) и Джин Татлок (справа)Кэтрин Пьюнинг (слева) и Джин Татлок (справа)
И тем не менее, Гровс все равно считал, что
Оппенгеймер должен руководить атомным проектом.
«Он гений. Настоящий гений. <...>
Он знает все обо всем,
может вникнуть в любое предложение.
Не совсем, конечно.
Есть кое-что, о чем он не имеет представления.
Он ничего не знает о спорте», — сообщил Гровс в одном из послевоенных интервью.
Super и термоядерный синтез
Летом 1942 года, еще до официального старта Манхэттенского проекта, Оппенгеймер собрал в Беркли
небольшую группу теоретиков, состоящую из собственных учеников и нескольких крупных специалистов по ядерной физике
(без ложной скромности он назвал ее «Корифеи»),
чтобы обсудить конструкцию атомной бомбы.
Одним из них был Эдвард Теллер,
блестящий физик, родившийся в Венгрии и эмигрировавший из Германии в 1933 году.
(Руководитель проекта водородной бомбы)
Он предложил «корифеям» заняться чем-то поинтереснее атомной бомбы,
теория которой была в общих чертах уже понятна.
В 1941 году Ферми предложил идею бомбы,
которая была бы в сотни раз мощнее атомной.
Дело в том, что кроме ядерной реакции распада, как у урана или плутония,
возможна ядерная реакция синтеза, то есть объединения двух легких ядер в одно более тяжелое.
Причем, если в результате получается элемент легче железа,
то синтез энергетически выгоден,
то есть масса исходных легких ядер немного больше массы тяжелого ядра,
и разница по формуле Эйнштейна E=mc2 выделяется в виде энергии.
Эдвард Теллер и реакция синтеза.
Дейтерий (изотоп водорода с одним дополнительным нейтроном) и тритий (изотоп водорода с двумя нейтронами)
объединяются в гелий с выделением энергии
Эдвард Теллер и реакция синтеза.
Дейтерий (изотоп водорода с одним дополнительным нейтроном) и тритий
(изотоп водорода с двумя нейтронами) объединяются в гелий с выделением энергии
Проблема, однако, в том, что ядерные силы короткодействующие — то есть ядрам надо очень сильно сблизиться,
чтобы вступить в реакцию синтеза.
Поскольку они заряжены положительно, этому противодействует электрическое отталкивание.
Преодолеть отталкивание можно, если путем нагрева заставить ядра очень быстро двигаться.
Но отталкивание столь сильно, что нужны температуры в сотни миллионов градусов,
сравнимой с температурой внутри звезд.
По этой причине ядерные реакции синтеза называют также термоядерными реакциями.
В земных условиях необходимой температуры добиться можно разве что внутри атомного взрыва.
Поручив ученикам Оппенгеймера разбираться со скучными вопросами о конструкции атомной бомбы,
«корифеи» занялись действительно интересной теоретической задачей: можно ли инициировать термоядерную реакцию,
устроив атомный взрыв вокруг термоядерного топлива?
Возник и еще один вопрос,
имеющий более непосредственное отношение к использованию атомной бомбы.
Не может ли атомный взрыв запустить термоядерную реакцию с участием азота в атмосфере
или водорода в океане?
«Это стало бы полной катастрофой.
Лучше уж отдаться в рабство нацистам,
чем забить последний гвоздь в крышку гроба человечества!» —
вспоминал Ханс Бете сомнения, охватившие «корифеев».
Их расчеты показали, что атомный взрыв в воздухе или воде
не должен привести к термоядерному апокалипсису,
а «супер-бомба», если и возможна, то потребует так много работы, что точно не сможет быть создана до конца войны.
Теллер остался очень недоволен этим выводом.
Еще сильнее он был обижен, когда Оппенгеймер назначил руководителем теоретического отделения лаборатории не его,
а Ханса Бете. Бете, в свою очередь,
испытывал сложности с тем, чтобы заставить Теллера подчиняться его указаниям.
В итоге Оппенгеймер поручил Теллеру заниматься термоядерной бомбой,
однако эта тема имела низкий приоритет, и
в группе Теллера было всего 6 сотрудников.
Одной из этих сотрудниц была Мария Гепперт-Майер.
Она родилась и закончила университет в Германии.
В 1930 году она защитила диссертацию по теоретической физике под руководством Макса Борна
и встретила американского физика Джозефа Майера, который приехал на стажировку
в Геттингенский университет.
Они поженились и переехали в США, где Майер получил позицию в университете.
В то время в американских университетах были строгие правила против непотизма,
которые должны были предотвращать несправедливый найм сотрудников по семейной протекции,
но в реальности приводили к тому, что жены ученых не имели возможности строить научную карьеру.
Единственное, на что могла рассчитывать Гепперт-Майер — это неоплачиваемые должности,
которые давали доступ к рабочему месту и общению с коллегами,
но не приносили денег.
После войны она, наконец, получила позицию в Чикагском университете
и начала работу над оболочечной моделью ядра,
которая, в частности, позволила объяснить загадку магических ядерных чисел
- почему ядра с определенным количеством протонов и нейтронов являются особенно стабильными.
За эту работу Гепперт-Майер получила Нобелевскую премию по физике в 1963 году
и стала второй (после Марии Кюри) женщиной, получившей эту награду.
Местная газета (в 1960 году Гепперт-Майер стала профессором физики в Калифорнийском университете в Сан Диего)
сообщила об этом так:
«Мать из Сан Диего получила Нобелевскую премию по физике».
Мария Гепперт-Майер и вырезка из The San Diego Tribune с новостью о присуждении ей Нобелевской премииМария Гепперт-Майер
и вырезка из The San Diego Tribune с новостью о присуждении ей Нобелевской премии
Лос Аламос
В юности Оппенгеймер провел лето на ранчо в горах в штате Нью-Мексико
и влюбился в эти места.
Однажды в письме другу он заметил:
«Две моих больших любви — это физика и пустынная местность.
Жаль, что их нельзя совместить».
Однако именно это и нужно было Гровсу — лаборатория с самыми талантливыми физиками в США,
расположенная так далеко, чтобы можно было не беспокоиться об утечках информации или саботаже вражеских шпионов.
По предложению Оппенгеймера в ноябре 1942 года правительство США выкупило территорию частной школы
Лос Аламос, расположенной в горах в 56 км от столицы Нью-Мексико, Санта-Фе.
Горы в окрестностях Лос Аламоса
Ученые, которых Оппенгеймер уговорил присоединиться к Манхэттенскому проекту,
начали переезжать в Лос Аламос в начале 1943 года.
Изначально Оппенгеймер рассчитывал, что ему потребуется около 50 научных сотрудников
и еще 50 лаборантов.
В реальности население Лос Аламоса
(включая членов семей сотрудников лаборатории) составляло 3500 человек уже в 1943 году
и почти 10 000 к концу 1945.
Условия жизни в Лос Аламосе были далеки от идеальных,
в особенности для тех, кто привык жить в удобных европейских городах
(Лео Силард боялся, что сойдет там с ума).
Кроме того, при такой скорости роста населения, несмотря на непрекращающуюся стройку,
постоянно не хватало жилья.
Ведущие ученые, такие как Оппенгеймер, Ферми или Теллер поселились в домах,
в которых раньше жили учителя школы "Лос Аламос".
Поскольку это были единственные дома с ванными,
улица, на которой они стоят до сих пор называется Bathtub row,
или
Ванный ряд
Менее известные ученые и технический персонал жили в общежитиях и трейлерах
Еще одним источником постоянного раздражения ученых были
меры секретности и безопасности,
установленные генералом Гровсом.
Лос Аламос был окружен забором,
еще один забор с колючей проволокой был построен вокруг технической зоны,
в которой находились лаборатории.
Это нервировало некоторых эмигрантов из Европы, поскольку напоминало о концлагерях.
Все жители, кроме маленьких детей, были обязаны
носить бейджи с именем и фотографией,
цвет которых определял, куда обладатель бейджа имеет доступ.
В Лос Аламосе было всего 3 телефона,
а почта перлюстрировалась.
Жителям запрещалось рассказывать, где они живут, с кем и над чем работают.
Забор вокруг технической зоны в Лос АламосеПлакат из Лос Аламоса: «Твои ручка и язык могут быть оружием врага»
Забор вокруг технической зоны в Лос Аламосе
Военные считали, что одним из самых эффективных способов борьбы с утечками является ограничение распространения информации внутри самого Манхэттенского проекта.
Оппенгеймеру удалось отстоять право научных сотрудников получать информацию о ходе всего проекта,
а не только ту, что касалась узкой задачи, которой они непосредственно занимались,
но ученым строго запрещалось рассказывать хоть что-то даже супругам (что делало жизнь супругов в Лос Аламосе еще безрадостнее).
Более того, инженерам и лаборантам выдавался самый минимум информации,
необходимый им для работы.
Так, одна из сотрудниц завода по обогащению урана узнала, что участвовала в работе над атомной бомбой,
только увидев себя на фотографии в музее,
куда пришла на экскурсию.
Та самая фотография.
Завод по электромагнитному разделению изотопов урана.
Они верили в то, что это шанс внести вклад в борьбу с Гитлером и освобождение Европы,
причем нерешительность и промедление подобны смерти
— у немцев, открывших первыми распад урана еще в 1938 году,
есть очевидная фора во времени.
После успешной эвакуации Нильса Бора из Дании в Великобританию в конце 1943 года
английское правительство решило переправить его в Лос Аламос, где он под псевдонимом
Николас Бейкер (по настоянию Гровса)
в качестве консультанта присоединился к британской миссии ученых под руководством первооткрывателя нейтрона
Джеймса Чедвика.
Появление Бора в Лос Аламосе воодушевило многих сотрудников.
Оппенгеймер вспоминал после войны:
«Бор в Лос Аламосе был великолепен.
Он очень живо интересовался техническими деталями, но по-настоящему он был важен почти для всех из нас не этим.
Он убедил нас в том, что мы делаем важное дело, в то время как многих мучили сомнения».
Вечеринка в доме Роберта Оппенгеймера (сам он на фотографии справа).
Жителям Лос Аламоса было необходимо иногда отрываться от напряженной работы,
и они устраивали бурные вечеринки с танцами и выпивкой.
Джин Бэчер, жена руководителя отдела экспериментальной физики Роберта Бэчера вспоминала:
«Обычно вечера с учеными проходят так:
мужчины собираются в углу и говорят о том, что их занимает.
Но в Лос Аламосе были потрясающие беседы, мы, наконец, имели возможность говорить о чем-то,
кроме науки
– мужчины не могли обсуждать при нас то, над чем работают!
»Вечеринка в доме Роберта Оппенгеймера (сам он на фотографии справа).
Физики в Лос Аламосе работали над бомбой беспрецедентной мощности,
которая в будущем могла унести множество жизней. Рассказы Бора о встрече с Гейзенбергом,
убедившей его в серьезности немецкого атомного проекта
Ударная волна от взрыва сжимала плутоний,
доводя до критического состояния
(то есть делая его настолько плотным, что нейтроны, получившиеся в результате деления,
попадали в другие ядра,
не успевая вылететь за границу вещества)
и ядерного взрыва.
Размеры атомных бомб были очень велики,
и поэтому американцам пришлось модифицировать свой самый большой бомбардировщик Боинг B-29 «Superfortress»,
чтобы они влезали в бомбовый отсек.
В 1945 году американские летчики начали тренировать сброс муляжей атомных бомб с модифицированных B-29.
В целях конспирации в переговорах тонкую и длинную «пушечную» бомбу
называли «thin man»
(на русском закрепился перевод «Малыш»),
а более толстую и округлую импозивную
«fat man» («Толстяк»).
Летчики делали вид, что готовятся перевозить худого президента США Франклина Рузвельта
и толстого премьера Великобритании Уинстона Черчилля.
Франклин Рузвельт и Уинстон Черчилль на Тегеранской конференции в 1943 годуФранклин Рузвельт и Уинстон Черчилль на Тегеранской конференции в 1943 году
Как изменить мир
Манхэттенский проект был начат правительством США под давлением ученых,
обеспокоенных успехами Германии в мировой войне, и опасений, что немцы,
вероятно, сами активно разрабатывают ядерное оружие.
Весной 1945 года Германия была побеждена, немецкий Урановый проект продемонстрировал
чрезвычайно скромные результаты:
Гейзенберг не смог добиться самоподдерживающейся цепной реакции в своем реакторе
— результат, которого Ферми в Америке достиг еще в 1942 году
в который было вложено огромное количество сил множества ученых, рабочих и инженеров
и 2 миллиарда долларов американских налогоплательщиков, уже не мог быть просто так остановлен.
Нильс Бор задумался о том, как атомная бомба изменит мир
и международные отношения, сразу,
как только присоединился к Манхэттенскому проекту.
Эти размышления заставили его весной 1944 года вернуться в Англию, чтобы встретиться с Черчиллем
и попробовать убедить его сообщить СССР о том, что Англия и США разрабатывают новое оружие,
и предложить трем странам совместно разработать схему международного контроля над этим оружием.
Бор не сомневался в том, что, узнав об успехе англо-американского атомного проекта после первого применения бомбы,
советские ученые достаточно быстро смогут реализовать подобный проект в СССР,
что выльется в гонку вооружений:
каждая сторона будет строить все больше все более смертоносных бомб,
и любой конфликт будет чреват полным уничтожением человечества.
В каком-то смысле, создание атомной бомбы должно было прекратить войны в привычном понимании
— если раньше противоречия между государствами приводили к войне, то война рано или поздно заканчивалась
победой одной из сторон и миром.
В пост-атомных конфликтах, разрушающих планету, победителей быть не могло.
С другой стороны, если бы Англия и США заранее сообщили СССР о разработке бомбы,
это могло бы привести к договоренности о контроле над атомным оружием после войны.
Обязательным условием такого контроля стала бы открытость:
государства должны были свободно обмениваться научной информацией,
а также инспектировать военные и промышленные объекты друг друга, чтобы быть уверенными в том, что никто не накапливает смертоносное оружие для внезапной атаки.
Более того, следствием этой открытости стало бы то, что население разных стран узнало о том,
как живут соседи, что привело бы к сглаживанию международных противоречий и, возможно,
постепенной демократизации СССР.
Конечно, Советский Союз не был бы заинтересован в таком развитии событий,
но атомные бомбы в англо-американском арсенале
и добрая воля поставить их под международный контроль
стали бы сильными аргументами.
Черчилль был совершенно не настроен воспринимать аргументы Бора и отказываться
от монополии на атомное оружие.
Их встреча продлилась всего полчаса.
Говорил, в основном, Черчилль.
Прощаясь, Бор спросил, может ли он более подробно изложить свои соображения письменно,
на что Черчилль ответил:
«Для меня было бы честью получить письмо от вас.
Но не о политике!»
К весне 1945 года теоретическая работа в Лос Аламосе была более или менее завершена,
и все ждали, когда будет получено достаточное количество урана-235 и плутония для производства бомб.
Первое испытание атомной бомбы состоялось 16 июля 1945 года.
Около 6 килограмм плутония взорвались с мощностью, эквивалентной взрыву 18 000 тонн тротила.
Перед испытанием физики устроили тотализатор,
пытаясь угадать мощность взрыва,
Оппенгеймер, видимо, сомневался в успехе, поставил на 300 тонн и проиграл.
Роберт Оппенгеймер и Лесли Гровс на месте первого испытания
Настало время принять решение, как оружие невиданной прежде силы должно быть использовано.
В мае президент США Гарри Трумэн назначил секретный Переходный комитет
под председательством Военного министра Генри Стимсона.
Комитет должен был координировать политику США в связи с атомным оружием до окончания Мировой войны.
В частности, нужно было рекомендовать президенту, следует ли применить атомную бомбу
против единственного оставшегося противника, Японии,
и, если да, то как именно.
Физики, создатели бомбы, считали,
что они также должны иметь право голоса в этом обсуждении.
Лео Силард распространил среди ученых Манхэттенского проекта петицию президенту США,
в которой просил воздержаться от атомной бомбардировки Японии,
или по крайней мере предупредить японцев о том, что их ждет в случае отказа от капитуляции.
Также он убеждал президента задуматься о моральной стороне первого использования атомного оружия.
Кроме того, в качестве альтернативы боевому применению физики предлагали
устроить публичное испытание атомной бомбы на необитаемом острове
и пригласить туда представителей иностранных государств,
в том числе Японии и Советского Союза.
Демонстрационный взрыв огромной мощности мог убедить закончить войну на американских условиях
без дополнительных человеческих жертв,
а также запустить переговоры о международном контроле и предотвратить гонку вооружений.
Для получения обратной связи от ученых
Переходный комитет назначил Научную группу в составе
Артура Комптона, Эрнеста Лоуренса, Энрико Ферми и Роберта Оппенгеймера.
В своем заключении они констатировали, что «несмотря на то, что у наших коллег нет единого мнения о том, каким должно быть первое применение этого оружия <...>
мы не можем предложить никакой технической демонстрации, которая с большой вероятностью завершит войну;
мы не видим никакой приемлемой альтернативы прямому военному использованию».
Принимая во внимание отказ Японии
от безоговорочной капитуляции
(которая была заявлена целью США после Перл Харбора)
и неизбежные тяжелые потери при вторжении американской армии на территорию Японских островов,
Переходный комитет рекомендовал сбросить две атомные бомбы (урановую и плутониевую)
на два крупных японских города из тех,
что наименее сильно пострадали от обычных бомбардировок.
Последнее условие было нужно для того, чтобы точнее измерить эффективность атомного оружия в боевых условиях.
Древняя столица Японии Киото подходила под эти критерии,
однако секретарь Переходного комитета военный министр Генри Стимсон
вычеркнул ее из списка возможных целей из-за культурной значимости (и потому что провел там медовый месяц).
Лео Силард чувствовал особенную ответственность за бомбу.
Он первым осознал необходимость цепной ядерной реакции,
а также убедил Альберта Эйнштейна написать письмо президенту США, с которого, фактически, начался американский атомный проект
(об этом мы рассказывали в материале «Но к нам идет жестокая пора»).
Весной 1945 года, еще до запуска петиции среди участников Манхэттенского проекта,
он попытался донести свои соображения об опасности и аморальности атомной бомбардировки Японии
до президента Трумэна
через его представителя в Переходном комитете, будущего госсекретаря Джеймса Бирнса.
Однако Бирнс оказался абсолютно невосприимчив к аргументам Силарда
(отчасти потому, что Силард с порога заявил, что политики недостаточно квалифицированы,
чтобы принимать решения, касающиеся атомной бомбы,
и должны прислушиваться к тем, кто понимает — ученым).
Больше всего Бирнса беспокоило растущее влияние Советского Союза в Европе,
и он надеялся, что сокрушительная демонстрация нового оружия сделает Сталина более сговорчивым.
Кроме того, он обратил внимание Силарда,
что США потратили на Манхэттенский проект 2 миллиарда долларов,
и необходимо продемонстрировать Конгрессу,
что деньги потрачены не напрасно,
чтобы сохранить финансирование ядерных исследований.
«Насколько лучше был бы наш мир,
если бы я родился в Америке
и стал влиятельным американским политиком,
а Бирнс бы родился в Венгрии и изучал физику!»
— сокрушался Силард после этой встречи.
6 и 9 августа 1945 года американские бомбардировщики сбросили атомные бомбы на японские города Хиросима и Нагасаки.
Две бомбы убили по разным оценкам от 129 до 226 тысяч человек.
В течение следующих 4 месяцев еще примерно столько же людей погибли от ран и лучевой болезни
15 августа 1945 года японский император согласился на безоговорочную капитуляцию, Вторая мировая война закончилась, гонка ядерных вооружений началась.
Слева:
Аэрофотосъемка Нагасаки до и после атомной бомбардировки. Справа: ядерный гриб над Нагасаки.Хиросима через месяц после бомбардировки
Слева:
Аэрофотосъемка Нагасаки до и после атомной бомбардировки. Справа: ядерный гриб над Нагасаки.
Эпилог
3 июля 1945 года
10 немецких специалистов по ядерным физике и химии,
задержанных англо-американскими войсками на территории Германии в последние месяцы войны,
были вывезены в Великобританию
и помещены в Фарм Холл,
небольшой домик недалеко от Кембриджа.
Среди них были нобелевский лауреат 1914 года Макс фон Лауэ
(мы рассказывали о нем в материале
«Германия, конечно, юбер аллес»),
первооткрыватель ядерной цепной реакции Отто Ган
(известие о том, что ему присудили Нобелевскую премию по химии, он получил из газеты Daily Telegraph,
связь заключенных Фарм Холла с внешним миром была односторонней) и Вернер Гейзенберг.
Фарм ХоллФарм Холл
Англичане и американцы уже знали, что Германия была далека от создания атомного оружия,
и немецкие специалисты не обладают ценной информацией.
Их задержали, прежде всего, для того, чтобы они не уехали делиться атомными секретами в Советский Союз.
Немцы в Фарм Холле были предоставлены сами себе
(самый молодой,
33-летний Эрих Багге,
специалист по разделению изотопов урана, даже хвастался после войны,
что перелезал окружающую дом стену
и ходил на свидания с местными девушками),
однако дом был начинен подслушивающими устройствами,
и таким образом секретные службы получали информацию о настроениях среди ведущих немецких ученых,
в частности о возможных симпатиях к СССР.
Через 50 лет записи были рассекречены,
и мы получили доступ к уникальному реалити-шоу 40-х годов.
Интересно, что на предположение одного из коллег о том, что в доме могут быть установлены микрофоны,
Гейзенберг ответил (и его ответ был аккуратно записан,
расшифрован и переведен):
«Микрофоны?
О нет, они [англичане] не настолько сообразительны.
Я не думаю, что им известны настоящие методы Гестапо,
они несколько старомодны в этом отношении».
Немцы провели в Фарм Холле полгода.
Днем они могли читать газеты, заниматься наукой и физическими упражнениями,
по вечерам слушали радио или игру Гейзенберга на пианино, а также играли в карты.
Они обсуждали свои взаимоотношения с нацистским режимом и убеждали друг друга в том, что не были нацистами.
Так, Эрих Багге утверждал,
что стал членом НСДАП случайно
— его мать якобы отправила заявление на вступление в партию от его имени,
поскольку считала, что так для него будет лучше.
Размеренная жизнь в Фарм Холле закончилась 6 августа.
Вечером офицер охраны объявил, что американцы сбросили атомную бомбу на Хиросиму.
Немцы были потрясены.
Некоторые испытали тяжелое, до слез и нервных припадков, разочарование от того, что
американцам удалось то, что не удалось им.
И это притом, что решающее открытие было сделано немцем Отто Ганом!
Сам же Отто Ган
был страшно подавлен, узнав, что его цепная ядерная реакция была использована для создания самого смертоносного оружия в истории.
Единственным утешением для него служило как раз то, что Германия не имела к этому отношения.
«Я на коленях благодарю Бога, что мы не сделали урановую бомбу!» — сказал он коллеге,
который особенно тяжело переживал успех американцев.
Передовица британской газеты Daily Express 7 августа 1945 года
Заключенные Фарм Холла много обсуждали причины этого успеха и собственной неудачи.
Гейзенберг, узнав из радиорепортажа BBC,
что над бомбой работали почти 200 000 человек,
сказал, что просто не мог решиться попросить у правительства Рейха так много ресурсов весной 1942 года.
Однако постепенно в обсуждениях сформировалось то, что Макс фон Лауэ,
не участвовавший в Урановом проекте
.и наблюдавший со стороны,
назвал die Lesart, «Версией»
— ее участники обсуждения придерживались в дальнейшем.
Немецкие физики могли бы заниматься бомбой и, возможно, добились бы успеха,
однако они сознательно не стали делать этого.
Таким образом они приобрели моральное превосходство над своими американскими и британскими коллегами
— те, находясь в демократических странах,
использовали свои знания для создания ядерной бомбы, тогда как немцы
в под кровожадным нацистским режимом работали над мирным ядерным реактором.
3 января 1946 года немцы были освобождены из Фарм Холла и вернулись в Германию.
Вернер Гейзенберг, Отто Ган и Макс фон Лауэ
приняли активное участие в восстановлении немецкой науки, разрушенной нацистами и войной.
Гейзенберг стал директором Физического института.
Он много занимался налаживанием международных научных связей, был одним из основателей
и научным директором ЦЕРН,
Европейского центра ядерных исследований, а также президентом фонда Александра фон Гумбольдта,
выдающего иностранным ученым гранты для проведения исследований в Германии.
Отто Ган возглавил объединение немецких научных институтов,
Общество Макса Планка, в которое было переименовано дискредитировавшее себя сотрудничеством с нацистами
Общество Кайзера Вильгельма.
Макс Планк, ученый, положивший в 1900 году начало физике XX века, умер 4 октября 1947 года,
не сумев оправиться после казни сына Эрвина, участвовавшего в неудавшемся покушении на Гитлера.
Глуповато выглядит народец, радостно рассказывающий нам,
варварам,
об умопомрачительных успехах USA на этапах его атомного проекта.
И ехидничающий по поводу проблем в проекте советском.
Ведь работа по нашему проекту началась в разгар кровавой войны, уносившей миллионы жизней наших граждан
и несущей огромные разрушения. Началась при острейшей нехватке ресурсов.
Тогда как к США тех времен применимо выражение
«Кому война, а кому мать родная».
Поэтому руководитель американского проекта полковник – генерал Гровс
мог позволить себе роскошь проведения экспериментов по наработке необходимых для атомного реактора материалов сразу по нескольким направлениям.
Невзирая на их высоченную стоимость.
Мог например, заявиться, в Казначейство и назвать такие цифры, от которых у тамошнего руководства
чуть крыша не поехала:
«Мы здесь счет ведем на тройские унции,
а не на тысячи тонн!!!».
Но против лома нет приема,
- пришлось-таки им выдать г-у Гровсу12,5 тысяч тонн серебра. На эксперимент с электромагнитным разделением ядер урана (1).
Тогдашняя Америка могла себе позволить строительство самого большого в мире на тот момент здания,
- завода в Окридже (центрифужным, или диффузионным способом ?).
И могла построить в Лос-Аламосе городок, в котором уже в 1943 году проживало 3500 человек
(при том, что ученые начали туда переезжать лишь в начале 1943 года), -
а к концу 1945 около 10000 человек.
Хотя первоначально Оппенгеймер рассчитывал, что жилья там понадобится примерно на
50 научных сотрудников
и еще 50 лаборантов.
Военные считали, что одним из самых эффективных способов борьбы с утечками является ограничение распространения информации внутри самого Манхэттенского проекта.
Оппенгеймеру удалось отстоять право научных сотрудников получать информацию о ходе всего проекта,
а не только ту, что касалась узкой задачи, которой они непосредственно занимались,
но ученым строго запрещалось рассказывать хоть что-то даже супругам (что делало жизнь супругов в Лос Аламосе еще безрадостнее).
Более того, инженерам и лаборантам выдавался самый минимум информации, необходимый им для работы.
Так, одна из сотрудниц завода по обогащению урана узнала, что участвовала в работе над атомной бомбой,
только увидев себя на фотографии в музее, куда пришла на экскурсию.
... Самое главное, - в Лос-Аламос в конечном итоге прибыли все европейские светила
в области ядерной физики,
включая Ферми и Нильса Бора.
Которые считали, что это шанс внести вклад в борьбу с Гитлером и освобождение Европы,
причем нерешительность и промедление подобны смерти — у немцев, открывших первыми распад урана еще в 1938 году, есть очевидная фора во времени.
Появление Бора в Лос Аламосе воодушевило многих сотрудников. Оппенгеймер вспоминал после войны: «Бор в Лос Аламосе был великолепен. Он очень живо интересовался техническими деталями, но по-настоящему он был важен почти для всех из нас не этим. Он убедил нас в том, что мы делаем важное дело, в то время как многих мучили сомнения».
Вечеринка в доме Роберта Оппенгеймера (сам он на фотографии справа). Жителям Лос Аламоса было необходимо иногда отрываться от напряженной работы, и они устраивали бурные вечеринки с танцами и выпивкой... (2)
... Итак, для создания атомной бомбы требовалось всего несколько килограммов чистого урана-235, однако было неизвестно, как в промышленных масштабах выделить его из сотен килограмм урановой руды.
Пайерлс предложил поручить Францу Саймону, еще одному еврейскому беженцу из Германии, исследовать метод газовой диффузии. Идея метода состоит в том, что при пропускании под давлением смеси газов через пористый материал, более легкие атомы легче проникают сквозь преграду.
Несмотря на то, что Саймон уже успел получить британское подданство, сначала было решено, что нельзя доверить работу, которая потенциально может решить исход войны, бывшему гражданину Германии.
Однако Саймона попросили начать эксперименты неофициально. По этой причине Саймон в начале работы был сильно ограничен в средствах и, по рассказам, использовал чуть ли не кухонное ситечко и газировку (правда, ассистент Саймона, непосредственно участвовавший в разработке метода газовой диффузии утверждал, что это все-таки некоторое преувеличение). Тем не менее, ему удалось показать, что метод работает. В итоге MAUD Committee согласился с тем, что Саймон необходим для успеха британской атомной программы.
В декабре 1940 года Саймон представил отчет о том, как должен быть устроен завод по обогащению, который производит по килограмму урана-235 в день. Стоимость строительства он оценил в 5 миллионов фунтов стерлингов (около 280 миллионов в ценах 2020 года).
Такая большая сумма объясняется тем, что за один цикл обогащения концентрация урана-235 возрастает всего (максимум) в 1,0045 раза, поэтому необходим целый каскад обогащающих устройств.
Газовая диффузия. Смесь газов под давлением пропускается через пористый материал. При этом более легкие атомы (U-235) несколько лучше проникают сквозь барьер, и их концентрация за ним оказывается выше, чем в исходной смеси. Этот эффект называется обогащением урана. Произведя обогащение много раз, можно добиться высокой концентрации урана-235 и получить материал, пригодный для изготовления бомбы (1)
Один из первых заводов по обогащению урана, К-25 в городе Окридж, США, построенный в 1944 году, был на тот момент самым большим зданием в мире СС0
Тем временем в США Энрико Ферми и Лео Силард, не знакомые с британскими разработками по разделению изотопов, планировали запустить цепную реакцию в натуральном уране.
У них было несколько проблем. Во-первых, в цепной реакции деления участвует только уран-235, который, как уже было сказано, составляет всего 0,7 процента в природном уране, и это увеличивает критическую массу устройства больше, чем в 100 раз.
Во-вторых, уран-238 может поглощать нейтроны, если они достаточно быстрые. Чтобы нейтроны не терялись, и реакция не затухала, нужно добавить вещество, которое бы замедляло нейтроны. И его тоже должно быть много.
Силард и Ферми довольно быстро поняли, что хорошим замедлителем мог бы быть графит (желательно, с минимальным количеством примесей, которые также могут поглощать нейтроны).
Десятки тонн урана и сотни тонн чистого графита стоили дорого, а армия, которой президент Рузвельт после письма Эйнштейна и Силарда (о нем мы также рассказывали в материале «Но к нам идет жестокая пора») поручил поддержку ядерных исследований, не горела желанием вкладываться в фантазии физиков, очевидно, чрезвычайно далекие от непосредственного военного применения.
6 сентября 1940 года Адольф Гитлер и командующий Люфтваффе Герман Геринг приняли решение усилить бомбардировки Великобритании, чтобы вывести ее из войны до начала вторжения в СССР. В течение следующих двух месяцев в результате почти ежедневных налетов на Лондон было сброшено 12 000 тонн бомб, убивших 13 000 мирных жителей и серьезно осложнивших работу военной промышленности и транспорта. Англичане были вынуждены сосредоточить все силы на непосредственном отпоре врагу — в частности, на производстве самолетов, что сильно ограничивало ресурсы на научные разработки.
В этой ситуации премьер-министр Великобритании Уинстон Черчилль решил объединить усилия в области военных исследований с США и поделиться с американцами военными секретами (1)...
Ну что, сынок Прыщавый, помогли тебе твои ляхи твои денежки-фантики и чужие мозги?
Они помогали, когда развитие шло по проторенной другими дорожке. А когда возникла необходимость самим искать выход на «неведомых дорожках», получился затык.
Как говорил Валентин Гапонцев:
----- Наша компания сейчас имеет девять филиалов по всему миру, включая Америку, Европу, Китай, Индию, Японию и так далее. Мы вошли сейчас в пятерку крупнейших лазерных компаний мира.
Другие компании — это американские, немецкие в основном — живут по 40-50 лет, они создавались и развивались за счет поглощений, не за счет органического роста. Изначально ученые создали, разработали, а получив деньги с рынка, скупили массу других компаний. Если взять историю каждой из них за последние двадцать лет, то это двадцать, а то и пятьдесят поглощений каждой из них.
То есть доля собственных идей у них ничтожна уже.
Мы — единственная компания этого уровня, которая полностью за счет собственных идей создала все с нуля, прорвались через все препоны.
...Так что кто говорит, что идея реализуема, вот образцы... Извините, это только несколько процентов, это только первый шажок к успеху. А дальше вам еще надо пройти гигантский путь, полный препятствий. (3).
Подробнее о «ляхах» и «собственных идеях» (их отсутствии) будет в следующей статье этой серии.
В день Пасхи 11 апреля
группой самарских физиков получено убедительное доказательство возможности
расщепления протонов и нейтронов. Энергетическая мощность этого процесса колоссальна. В случае простейшего — военного применения — чудовищна.
Материал был написан еще до того, как ученые поставили точку в этих исследованиях.
Пятого августа 1944 года, в беседе с Кейтелем, Риббентропом и румынским маршалом Антонеску
Гитлер в весьма туманных выражениях говорил о новых
четырех видах оружия.
О трех из них теперь знают все: это крылатый реактивный снаряд «
Фау-1»,
ракета «Фау-2»
и атомная бомба.
Мы никогда не узнаем точно, что же имел в виду фюрер, упоминая четвертый вид оружия.
Единственная наводящая фраза из его речи звучит так:
«…следующий этап приведет к возможности расщепления самой материи и вызовет невиданную катастрофу».
События, о которых мы вам хотим поведать, разворачиваются сегодня в Самаре и Новосибирске.
Они могли были иметь место и в Германии 60 лет назад.
Возможно, сейчас США или Китай уже знают о русской физике и пытаются сами проводить исследования и эксперименты.
Работы ведутся буквально на грани фантастики.
Сверхсветовые скорости и арифметика, в которой два плюс два равняется двум.
Расстояния в миллиарды световых лет и такие малые, при которых изучается «комар»,
а обычный миллиметр при этом растянут до расстояния от Земли до Солнца.
Вычисляются энергии взрыва звезд, складывающиеся из «писка» таких «комаров».
За исследованиями видится не только победа над энергетическим кризисом.
Гораздо ближе — грандиозный гриб взрыва.
Если, конечно, взрыв такой мощности будет выглядеть именно так. К счастью, пока никто этого не знает.
Сельский дом, Фарм-Холл, Англия, 6 августа 1945 года.
Первым услышал новость страж немецких ученых, майор британской армии Риттнер.
В последних известиях, зачитанных бесстрастным голосом диктора «Би-Би-Си», сообщалось, что на Хиросиму была сброшена атомная бомба.
В 19 часов это же сообщение слушали все ведущие немецкие физики, находящиеся
в заточении у союзников.
Профессор Вернер Гейзенберг — нобелевский лауреат, один из самых прославленных физиков-теоретиков
— не поверил ни единому слову сообщения и назвал его блефом.
Первооткрыватель расщепления ядер урана Отто Ган позже вспомнит: показалось, что
Гейзенберг либо шутит, либо играет в непонятную игру.
Действительно, удивляться появлению атомной бомбы у американцев было глупо.
Нужно было поражаться другому: почему у Германии до сих пор нет ядерного оружия?
В 1939 году Германия далеко обошла другие страны в ядерных исследованиях.
Надо ли говорить, что и американскую бомбу делали немцы?
Волна эмиграции из Германии в Штаты унесла с собой более половины цвета немецкой физики.
Но и оставшаяся половина не могла не сделать атомной бомбы.
Почему и кто остановил немцев на финишной прямой к ядерному оружию?
Одной из причин называют ошибку профессора Боте, когда он забраковал графит,
как замедлитель нейтронов и
рекомендовал использовать тяжелую воду.
Производство тяжелой воды — трудоемкий и дорогой процесс.
Это сильно затягивало работы по производству урана-235 — ядерной взрывчатки.
Однако расчетов Боте никто не проверил.
Кроме Гейзенберга.
Однажды, в коридоре Лейпцигского университета доктор Багге повстречался с сияющим от радости Вернером Гейзенбергом.
Не в силах скрыть свое торжество, профессор затащил Багге в кабинет и похвастался,
что ему только что удалось разрешить проблему стабилизации цепной реакции
с медленными нейтронами.
Багге и не заметил тогда, что в расчетах Гейзенберг использовал параметры не тяжелой воды,
а графита.
В последующие годы происходит нечто совершенно невероятное.
Плодовитая на публикации и отчеты лаборатория Гейзенберга не выпускает ни одной статьи
и даже простого отчета о проведенных исследованиях.
Секретность работ по созданию ядерного оружия здесь ни при чем. Отчеты не появлялись и в секретной форме. Гейзенберг использует
пластины металлического урана вместо урановых кубиков, которые работают более эффективно в реакторе на медленных нейтронах.
При этом в качестве замедлителя используется тяжелая вода, которой катастрофически не хватает, ведь завод по производству дейтерия в Норвегии взорван англичанами.
Но о графите Гейзенберг даже не вспоминает. И, что самое интересное,
нобелевский лауреат прекращает всякие прения по вопросу о случайных величинах
в квантовой механике. Но об этом разговор особый.
Никто не знает, когда Гейзенберг встретился с Гитлером.
Сделать это для него не составляло особого труда, ведь семья Гейзен
бергов дружила с семьей Гиммлера.
После встречи с фюрером Гейзенберг получает высший приоритет для своей работы
, а ядерной бомбы так и не создает.
Чем же так упорно занимался Гейзенберг?
Самарский физик Z комментирует это так.
«К устойчивым фотонным структурам нас привело как раз размышление о роли случайности в квантовой теории.
Решение лежало у всех на виду, и Гейзенберг не мог его не видеть.
Работы он, по-видимому, начал, но есть сведения, что после встречи с Нильсом Бором физик полностью пересмотрел свои политические и нравственные позиции
Гитлер не должен был получить новое сверхмощное оружие.
Саботаж работ организовать было не трудно — слишком сложна
сама проблема.
Хотя, на первый взгляд, все выглядит довольно просто. Полностью объяснять нет смысла — пришлось бы начинать прямо
с роли Бога в сотворении мира.
Одна из идей оказалась настолько плодотворной, что ее удалось записать языком математики.
В чем суть самой идеи?
Вам нравится возникновение материи из ничего?
Нет. Мне тоже, но с этим пришлось считаться.
К тому же, мы как-то обошлись без Бога.
А это приятно. По сути, и идея-то «с бородой».
Высказана она еще Анаксагором.
Приложили руку Кант и даже не модный ныне Энгельс.
Очень многое сделал в этой области академик Зельдович.
Мы только развили идею».
Случайные величины в квантовой механике физикам очень не нравились.
Хотя все решения велись с использованием волновой функции, которая принципиально не дает точного результата.
До сих пор выходят более двадцати научных журналов, в которых обсуждаются случайность в квантовой механике.
И это только в одной Германии.
Инициатором грандиозной дискуссии был Альберт Эйнштейн,
который говорил, что
Господь Бог не играет в кости.
В полемику были вовлечены ведущие физики мира, а уж к мнению Гейзенберга прислушивались все.
Теперь есть основания полагать, что еще в 1942 году Гейзенберг получил некоторые результаты. Решение проблемы случайностей привело его к субъядерной бомбе
Той самой, про которую говорил Гитлер.
Через сорок пять лет после взрыва в Хиросиме самарские физики были приглашены на совещание,
которое проводилось на 6-метровом телескопе Академии наук.
Там они сделали доклад о фундаментальных константах.
А через несколько дней, 17 марта 1989 года появилась математик
а для совершенно новой физики.
Эта теория объединила классическую физику и квантовую механику.
Случайность в теории стала ее необходимым условием.
Работа велась обвальными темпами на протяжении трех лет: международные симпозиумы,
конгрессы, признание коллег. Наконец были получены интереснейшие результаты по структуре нуклонов.
В этом же году были прекращены всякие публикации по данной тематике в зарубежной печати.
Структура нуклона может быть разрушена
с выделением огромной энергии.
Субъядерная или нуклонная бомба отчетливо проявилась за скупыми физическими формулами.
«В номере отеля, — рассказывает Z, — меня поселили с физиком из университета Миннесоты.
К моей радости это был наш человек, россиянин,
девять лет назад покинувший Советский Союз.
Постепенно разговор перешел на физику.
Он попросил меня подробнее рассказать об устойчивости нуклонов.
Я записал уравнение баланса.
После внимательного изучения он задал мне вопрос о том, что произойдет, если
вот этот фотон убрать из нуклона.
Я предложил ему посчитать самому. Это нетрудно.
Через минуту он воскликнул: «Боже мой! Ведь это же почти полная энергия!» Я довольно улыбался.
Только в Самаре я заметил, что дискета, на которой хранил нужные мне материалы,
скопирована дважды, хотя из чемодана она не доставалась вообще».
Из формул следовало, что
водородная бомба — игрушка, в сравнении с нуклонной.
При определенных условиях взрыв может вызвать цепную реакцию и тогда все вещество планеты Земля будет превращено в излучение.
Физиком Z комитет госбезопасности заинтересовался в 1988 году.
Майор Андрей К. быстро сориентировался в обстановке и доложил руководству. А руководство в это время менялось, как перчатки. Сам же Андрей бы
л того самого набора, когда чистка в органах привела туда молодых и знающих ребят.
Как правило, с техническим или естественнонаучным образованием. Всеми силами он помогал Z.
Государство оставило решение этого вопроса до лучших времен, но пришли времена коммерсантов.
«Первым нашу группу купил Анатолий Г. — коммерсант средней руки, — рассказывает Z.
— Поскольку прибыли мы не приносили совсем, то я долго думал, что же ему нужно на самом деле. Ведь не наука же. Однажды я заметил, как он важно сидит на одном
из наших совещаний с физиками Москвы и Питера.
Как вальяжно похлопывает по спине маститого профессора и обещает, что денег хватит на все.
Очень жаль, что я не придал тогда значения честолюбивым пристрастиям бизнесмена. На одной из международных встреч, которую Анатолий Г. субсидировал,
я имел неосторожность затмить своей персоной имидж коммерсанта.
Через неделю нас выбросили на улицу».
«Ничего против Z не имел и не имею, — сказал Анатолий Г.
— Просто человек не понял, что бизнес — занятие тяжелое.
Я тоже окончил технический ВУЗ и иногда мне становится обидно, что Z занимается любимым делом,
а я вынужден разбираться с должниками, рэкетом, вникать в эту дурацкую бухгалтерию.
Не скрою, общение с ученой публикой приносило мне истинное наслаждение.
А причиной увольнения группы Z было просто печальное финансовое положение фирмы.
Как видите, мы и сейчас едва сводим концы с концами».
Какой смысл сегодня рассказывать о мытарствах ученых.
Плачут все.
Мы окунулись в тяжелые времена становления капитализма.
Времена накопления капитала.
Ждем помощи от Запада.
Светлые головы мерзнут, мокнут или потеют в очередях за билетом в Нью-Йорк.
Женятся на тамошних девках.
Наверное, только такой и может быть помощь Запада.
Однажды фортуна улыбнулась и группе Z.
«Год назад, — рассказывает Z,
— на совещании в Академгородке Новосибирска нас попытались купить люди из Кувейта.
На совещании присутствовали все ведущие программу физики.
Нам сулили золотые горы.
Чуть ли не по дворцу для каждого.
После двух лет мытарств в поисках финансирования мы были готовы на все.
В нас атрофировалось даже чувство с детства вбитого патриотизма.
Иногда мы стыдились посмотреть друг другу в глаза.
Но внезапно кампания окончилась. Насколько я понял, в дело
вмешался человек из органов. Наверное, все тот же са
Постепенно все как-то образуется и встает на свои места».
Добавим, что «образуется и встает на места» не за счет государства. Все права на разработку скуплены частным лицом.
Почему западные бизнесмены так охотно вкладывают деньги в науку? Честолюбие свойственно всем людям, но люди большого бизнеса научились удовлетворять его несколько иными и более простыми способами.
Это элитарные клубы, казино, дорогие круизы.
Вложение денег в науку в реалиях развитого капитализма становится необходимым условием выживания. Механизм необходимости прост. Развитой капитализм характерен изобилием качественных дешевых товаров, жесткой конкуренции на рынках сбыта и отсутствием кризисов перепроизводства.
После того, как устойчивое производство запущено и удовлетворены личные амбиции капиталиста, появляются лишние деньги. Их надо вложить. Выгоднее всего инвестировать свое же производство, но это может вызвать перепроизводство товара и снижение его рыночной цены. Можно вложить деньги в банк. Но проценты по вкладам будут не так велики и послужат развитию других предприятий. А вдруг, твоих же конкурентов?
Можно, конечно, увеличить зарплату рабочим. Но это повысит себестоимость товара и его рыночную цену. К тому же рабочие, имея деньги, раскупят этот же товар и снова нарушат равновесие на рынке, а денег на расширение производства уже нет.
Открыть новые производства удается очень немногим. Присвоить излишек денег — себе же дороже. Слишком крутые налоги. Ну, хоть выбрось деньги в окно. Но ведь и тогда их подберут нищие, не производящие ничего, а это прямой путь к инфляции.
Вместо нищих деньги отдают ученым. Налоговая система капиталистических государств это приветствует. Так что и при капитализме ученый болтается где-то между нищим и дворником. Хорошо, если хорошему ученому попадется хороший спонсор. Как правило, любой западный университет имеет спонсоров. Государство ученых не балует.
«Денег на науку Запад не жалеет, — рассказывает Z. — Да и денег там просто много. Один из конгрессов проходил на греческом острове Лесбос. Однажды мы решили пройтись по острову. Шли по дороге, тротуаров не было. Там они и не нужны — народ исключительно ездит. На своих машинах, разумеется. Некоторые даже останавливались и удивленно предлагали подвести.
Между Дворцом науки и местом на краю обрыва, где мы курили, проходила дорога. Устроители конгресса позаботились даже о том, чтобы мы эту дорогу переходили в полной безопасности. Как только мы появлялись на ступенях дворца, два полисмена останавливали движение транспорта, чтобы дать нам возможность беспрепятственно пройти к обрыву. После того, как окурки швырялись в пропасть, процедура повторялась».
Физик-теоретик Z живет очень скромно. Однокомнатная квартира слегка обставлена мебелью. Все никак не удосужится сделать ремонт. То времени нет, то денег. Времени нет всегда. Денег — перманентно. В период расцвета исследований купил плохонькую машину. Угнали. Не было денег не только на гараж, но и на стоянку. Z убежден, что не только скупой, но и бедный платит дважды.
Теперь вы сами видите, как легко купить нашего физика. Только помани пальцем, только пообещай, что будет сыт.
Сам Z на такой оборот нашего разговора как-то устало кивнул головой и сказал:
«Да, но это мой крест. Мне его и нести».
И несет, часто вспоминая слова своего знаменитого коллеги — Стивена Вайнберга:
«Попытка понять Вселенную — одна из очень немногих вещей, которые чуть приподнимают нашу жизнь над уровнем фарса и придают ей черты высокой трагедии…»
Вы не можете начинать темы Вы не можете отвечать на сообщения Вы не можете редактировать свои сообщения Вы не можете удалять свои сообщения Вы не можете голосовать в опросах
FAQ
Поиск
Пользователи
Группы
Регистрация
Профиль
Войти и проверить личные сообщения
Вход
