Глава пятая ОТКРЫТИЕ СПОНТАННОГО ДЕЛЕНИЯ УРАНА

1939 год стал историческим рубежом в овладении атомной энергией. За три года до того момента, когда была предсказана принципиальная возможность ее высвобождения, и за семь лет до того, как это впервые было сделано Э. Ферми в США, великий В. И. Вернадский писал в 1935 году: «Недалек тот день, когда человек овладеет тайнами атомной энергии — источником колоссальной силы, который даст человечеству возможность строить свою жизнь по своему усмотрению. Сумеет ли человек правильно использовать эту энергию, направить ее на благие цели, а не на самоуничтожение: достаточно ли зрелыми являются люди для того, чтобы разумно использовать ту силу, которую они неизбежно получат из рук ученых?»^[225]

В конце 1938 года немецкие ученые О. Ган и Ф. Штрассман послали на публикацию работу, в которой доказали, что под действием медленных нейтронов происходит деление ядер урана, сопровождающееся выделением огромной энергии. Мысль о делении урана на два осколка пришла в голову ученику Бора Отто Фришу и Лизе Мейтнер как единственное объяснение опытов Гана и Штрассмана в Берлине и опытов Ирен Кюри в Париже. Фриш и Мейтнер по телефону сообщили свои выводы Бору, находившемуся в тот момент в Америке. Бор передал эти сообщения, тоже по телефону, четырем американским лабораториям, имеющим циклотрон, и через десять дней эти лаборатории подтвердили гипотезу о делении урана. Уже к февралю 1939 года это явление было подтверждено работами ряда физических лабораторий мира. Изучение деления ядер урана превращалось из теоретической научной проблемы в технологическую.

Все достижения, как зарубежные, так и собственные, горячо обсуждали на Курчатовском семинаре. Была проанализирована, в частности, только что выполненная работа Ю. Б. Харитона и Я. Б. Зельдовича, в которой авторы провели расчет цепной реакции деления урана и показали, что, обогащая природный уран его легким изотопом (ураном-235), можно получить взрывную реакцию. Они установили и условия решения этой задачи^[226].

С целью изучения возможности цепной реакции на быстрых нейтронах Курчатов развернул свои первые исследования по проблеме деления тяжелых ядер. В тематическом плане НИР ЛФТИ на 1940 год по своей лаборатории он планировал детально изучить взаимодействие нейтронов с ядрами урана и тория и выяснить, возможна ли цепная ядерная реакция и каковы условия ее осуществления^[227]. Проведение этого исследования с самого начала Курчатов взял под свою опеку: разработал план и методику проведения контрольных экспериментов, выделил в качестве лаборатории двум молодым физикам, своим дипломникам Г. Н. Флерову и К. А. Петржаку, часть своего кабинета в Физтехе.

Флеров и Петржак исследовали этот вопрос с помощью созданного ими под руководством своего научного руководителя детектора нейтронов — камеры деления с рекордной чувствительностью. Чувствительность их камеры деления была прямо пропорциональна площади ее электродов, на которые тонким слоем был нанесен уран, из которого выходили осколки деления. Она была в тысячу раз выше, чем у Уилларда Либби, проводившего аналогичные опыты в Калифорнийском университете.

Конструкцию своей камеры Флеров и Петржак построили наподобие образа конденсатора переменной емкости. В отличие от последнего все 25 пластин камеры были жестко закреплены. Их общая площадь равнялась тысяче квадратных сантиметров. Петржак, умея хорошо рисовать (он освоил это ремесло в детстве, чтобы прокормиться и не пропасть среди беспризорников), нанес на электроды камеры чрезвычайно ровный слой окиси урана и покрыл его затем сусальным золотом. Такое покрытие являлось совершенно необходимым условием для того, чтобы в случае появления пылинки на поверхности электрода исключить на выходе камеры импульсы, возникающие в области пылинки, где происходит пробой газового промежутка между пластинами.

При проведении длительного фонового опыта экспериментаторы обнаружили мощный импульс, характерный для осколков деления. Курчатов, проанализировав результаты опыта как новое явление, потребовал «бросить все и заниматься… год, два, десять, сколько потребуется, чтобы уяснить его суть до конца». Наметил контрольные эксперименты, приказал повысить еще чувствительность камеры. В нее ввели эманацию радия — радон. Фон возрос, но скорость счета импульсов не изменилась. Курчатов приказал защитить камеру толстым слоем вещества, чтобы исключить влияние космических частиц. Для этого проверку следовало проводить под водой или под землей. Научный руководитель распорядился закончить эксперимент в ЛФТИ, а продолжить его в водах Финского залива, в процессе чего наблюдаемое новое явление самопроизвольного деления урана подтвердилось. Тогда исследователи впервые назвали этот процесс «спонтанным делением».

Для дополнительных экспериментов Курчатов добился разрешения использовать московскую станцию метро «Динамо». Около полугода Флеров и Петржак работали в Москве под шестидесятиметровым слоем земли. Эффект и здесь оказался прежним. Выяснилось, что спонтанное деление ядер урана не связано с космическим излучением^[228]. Через месяц Курчатов пришел к уверенности, что совокупность экспериментальных данных служит бесспорным доказательством существования в природе нового вида радиоактивности. Он поручил своим сотрудникам подготовить сообщение. Короткую заметку об открытии, подписанную Флеровым и Петржаком, А. Ф. Иоффе направил по трансатлантическому кабелю (каблограммой) в американский журнал «Physical Review», и в июне 1940 года она увидела свет.

Сообщение об экспериментах Флерова и Петржака В. Г. Хлопин сделал на майской сессии Академии наук^[229]. Оба автора открытия, написав статью, предложили Курчатову подписать ее в качестве одного из соавторов, но он отказался. Тогда они завершили ее фразой: «Мы приносим искреннюю благодарность за руководство работой проф. И. В. Курчатову, наметившему все основные контрольные эксперименты и принимавшему самое непосредственное участие в обсуждении результатов исследования»^[230].

В «Отчете о научной работе РИАН СССР за I полугодие 1940 года» это исключительное событие В. Г. Хлопин изложил так: «Исключительное научно-ценное открытие было сделано аспирантом К. А. Петржаком совместно с сотрудником ЛФТИ Г. Н. Флеровым, которым удалось показать наличие спонтанного деления ядер урана. Результат доложен на Ученом Совете РИАН и на майской сессии Академии наук. Направлены статьи в „Доклады А. Н.“ и в Физикл ревью»^[231]. О роли Курчатова не было сказано ни слова.

Вспоминая работу с Курчатовым уже после его смерти, Флеров и Петржак писали, что «несомненно, под этим сообщением первой должна была стоять фамилия Курчатова. Он высказал идею опытов с фотонейтронами, по его заданиям была сконструирована сверхчувствительная камера деления, которая и дала возможность обнаружить спонтанное деление. С ним обсуждались все планы и детали опытов, им были предложены все контрольные эксперименты и неожиданный результат. А уж доказательства реальности явления принадлежали ему все без исключения. И главное, весь фундамент, школа были его. Но Курчатов отказался подписать сообщение. После выхода работы в свет мы от него узнали, что он не хотел „затенять“ своих учеников. Ему был важен их успех»^[232]. Позже, в 1978 году, Г. Н. Флеров подтвердил, что Курчатов стремился к успеху, но не к своему, а своей школы, «ему был важен успех учеников»^[233]. К. А. Петржак, выступая в 1983 году на Курчатовских чтениях в Ленинграде, свидетельствовал: «Курчатов категорически отказался поставить свою фамилию в число авторов. Он опасался, что впоследствии непосредственные исполнители будут забыты и останется только его имя»^[234].

Отклика на свое сообщение из-за границы авторы так и не получили, так как в то время эти исследования в США были уже засекречены. Да и в других странах постепенно происходило то же самое.

Открытие спонтанного деления — самая значительная работа школы Курчатова в ядерной физике довоенного времени. Оно было сделано у нас значительно раньше, чем в других странах. Данные Флерова и Петржака были подтверждены в 1942 году немецкими учеными Г. Позе и Ф. Маурером, которые в журнале «Zeitschrift f?r Physic» сообщили о наблюдении спонтанного деления, но об этом курчатовцы узнали только после окончания Второй мировой войны. Это открытие подтвердило оптимистический вывод Курчатова о возможности осуществления цепной реакции на медленных нейтронах и позволило ему еще в 1940 году дать оценки критических масс для систем из урана и замедлителя. Без открытия самопроизвольного деления урана решение проблемы практического получения и технического использования внутриядерной энергии не могло бы стать реальностью.

В введении к докладу о своем открытии^[235] авторы отмечали, что возможность спонтанного деления урана была теоретически предсказана Н. Бором и Ф. Уилером как редчайший процесс, в котором период полураспада урана по отношению к новому виду радиоактивности составляет 1022 года, а эксперименты У. Либби потерпели неудачу, так как чувствительность его камеры была недостаточной, чтобы обнаружить спонтанное деление.

Долгие годы многослойная ионизационная камера хранилась у одного из ее создателей — К. А. Петржака. 16 ноября 1984 года Константин Антонович, которому шел семьдесят восьмой год, передал ее в Мемориальный дом-музей своего учителя Курчатова. Зная это, Георгий Николаевич Флеров, часто приезжавший из Дубны на свою московскую квартиру, каждый раз заглядывал в музей. Он непременно подходил к витрине, подолгу стоял и задумчиво смотрел на свою камеру, словно перелистывал в памяти незабываемую и волнующую страницу прошлого.

Сегодня ионизационная камера, теперь уже экспонат музея и памятник науки, свидетельствует, что работы школы Курчатова в 1930-е годы охватывали главные направления ядерной физики и были направлены на решение ее насущных задач, необходимых для достижения главной цели — осуществления управляемой самоподдерживающейся цепной ядерной реакции и, тем самым, высвобождения неисчерпаемых запасов ядерной энергии.

10 октября 1940 года это открытие было представлено на соискание Сталинской премии. Президиум Академии наук, однако, направил ее на дополнительное рассмотрение, как и работу других сотрудников Курчатова — Л. И. Русинова и А. А. Юзефовича, — а также труд самого Игоря Васильевича «Изомерия атомных ядер», которые были представлены на ту же премию в декабре 1940 года^[236]. Эти работы Курчатова и его сотрудников премии не получили. Но сам факт их выдвижения свидетельствует о высоком уровне научной деятельности коллектива Курчатова и его самого накануне Великой Отечественной войны. Полученные результаты привели в итоге к новым открытиям и поставили Курчатова в ряд выдающихся физиков-ядерщиков мира, что подтверждается воспоминаниями его соратников, учеников, соперников.

Особо ценные и впечатляющие свидетельства о своем учителе оставил один из его, пожалуй, самых талантливых учеников, прошедший школу Курчатова от студента-дипломника в Ленинградском физтехе до всемирно известного и выдающегося своими открытиями и трудами ученого. Это Г. Н. Флеров, который о курчатовской школе сказал: «Всему мы можем поучиться у Курчатова». Так пусть читатель узнает о них от самого Георгия Николаевича.

«Мне, ученику И. В. Курчатова, посчастливилось в течение 24 лет быть участником работ периода становления ядерной физики и овладения атомной энергией в СССР. И сейчас, снова и снова вспоминая то далекое героическое время, все больше осознаешь неимоверную трудность и грандиозное величие подвига Игоря Васильевича. Многим своим ученикам и сотрудникам он открыл путь в большую науку и технику. Без Игоря Васильевича прошли уже многие годы, но все это время мы, и я в том числе, продвигались и продвигаемся по путям, на которые он нас сначала направил, а затем бережно подправлял наши первые, часто робкие шаги.

После окончания школы в 1929 г. я начал работать. Последние два года перед поступлением в Ленинградский политехнический институт работал на заводе „Красный путиловец“. С выбором учебного заведения мне повезло. В тридцатые годы Политехнический институт переживал пору расцвета. Я. И. Френкель, А. Ф. Иоффе и ряд других выдающихся ученых и педагогов отдавали много сил подготовке и отбору способной молодежи для научной работы.

Неподалеку от главного корпуса учебного института находился первый в стране исследовательский физический институт — физтех. Студенты физико-механического факультета, на котором я учился, совмещали учебу с работой в физтехе. Студентом четвертого курса и я вошел в творческий коллектив этого института. Вскоре я познакомился со своим будущим руководителем, Игорем Васильевичем Курчатовым — человеком, оказавшим громадное влияние на весь мой жизненный путь, и не только в выборе направлений научных исследований.

На меня произвели глубокое впечатление логичность его мышления, быстрота реакции, высокая организованность и, главное, стиль его научной работы. Курчатовский подход к проблеме и в молодые годы, и сегодня, спустя много лет, мне всегда представлялся совершенным. Курчатова отличали богатое воображение и фантазия, умение поставить простыми средствами изящный эксперимент, вскрывающий сердцевину проблемы. Он подходил к новому явлению с разных сторон, быстро очерчивал круг возможных вариантов трактовки экспериментальных данных, затем постепенно сужал этот круг. И, как правило, достигал верного объяснения. Игорь Васильевич всегда стремился быть на главном направлении науки и умел осуществлять свое стремление.

Именно в это время, точнее с 1932 г., И. В. Курчатов начал заниматься ядерной физикой. Он решительно прерывает успешно протекавшие исследования сегнетоэлектричества. Им уже тогда был создан серьезный раздел науки. Можно было спокойно развивать успех, плодотворно трудиться над проблемой сегнетоэлектриков годы и годы. Но интуиция подсказала: сегодня магистральное направление — ядерные исследования. Были для такого заключения какие-то видимые причины? Для „трезвого“ человека, пожалуй, не было. Тогда многие помнили слова Резерфорда о том, что внутриядерная энергия найдет практическое применение в XXI веке. От ядерных исследований не ждали практического выхода, „овса“, как любил шутить Курчатов. Среди людей „дела“ изучение атомного ядра было непопулярно.

Игорь Васильевич не сразу определил направление своих работ: некоторое время работал на ускорителях в Харькове, занимался реакциями на легких ядрах. В начале 1933 г. вслед за Э. Ферми он понял значение нейтронной физики. Главным его увлечением стала физика медленных нейтронов.

Примерно в 1936 г. начал действовать еженедельный нейтронный семинар, организованный И. В. Курчатовым и сыгравший в развитии советской науки выдающуюся роль. На нем анализировались и разрабатывались экспериментальные и теоретические идеи нейтронной физики. В нем активно участвовали сотрудники И. В. Курчатова по физтеху: Г. Я. Щепкин, М. А. Еремеев, А. И. Вибе, А. А. Юзефович, И. С. Панасюк и я, из Радиевого института: М. Г. Мещеряков, К. А. Петржак и И. И. Гуревич, теоретики Я. Л. Хургин и А. Б. Мигдал. Не часто, но бывали на семинарах Я. И. Френкель, Л. А. Арцимович. Уже после открытия деления урана в семинаре стали постоянно участвовать Я. Б. Зельдович и Ю. Б. Харитон — сотрудники Института химической физики, яркие ученые-энциклопедисты.

Само рождение нейтронного семинара стало признаком того, что период ученичества прошел, и наша ядерная физика нащупала свой собственный почерк. Если на первых порах мы повторяли эксперименты Ферми, то довольно скоро, логически их развивая, начали ставить оригинальные опыты. В очередных журналах находили описание таких же опытов, выполненных одновременно или почти одновременно в Риме группой Э. Ферми. Иногда это вызывало досаду, иногда удовлетворение тем, что мы вышли на один уровень с первоклассной физической школой.

Значение нейтронного семинара можно оценить только сегодня. Это была кузница кадров, в первую очередь экспериментаторов, но в значительной мере и теоретиков, всех тех, кто во главе с И. В. Курчатовым взял на себя в дальнейшем научное руководство советским атомным проектом. Курчатов, по существу, провел нас, сотрудников своих лабораторий, своих учеников, через главные школы ядерной физики того времени. Помню, получили книгу, в которой содержались экспериментальные работы Резерфорда и его учеников, естественно, уже несколько устаревшие. Все эти резерфордовские работы были Курчатовым превращены для нас как бы в шахматные этюды. Каждому давалась отдельная статья или глава из книги, и мы должны были разобраться во всем. Объяснить, почему для такого-то эксперимента взята установка такого-то размера — был ли в этом особый смысл, или она просто осталась от предыдущего опыта. Почему использован такой-то источник излучения, а не другой. Разбирали всё, как разбирают куклу на части, препарировали и сами опыты, и авторские рассуждения. Курчатова интересовал вопрос: можно ли тот или иной опыт поставить иначе, с современной техникой тридцатых годов? Будет ли лучше? Так же мы „проходили“ статьи Ферми, опыты других авторов, и это вырабатывало необходимое для физика экспериментальное чутье.

Известно, что Резерфорд исследовал ядро простыми средствами, но при этом постановка его эксперимента отличалась глубокой продуманностью и, если можно сказать, красотой логики. Это же относится к исследовательскому стилю Курчатова и его школы. И еще, Игорь Васильевич умел без сложных математических выкладок создавать физический образ явления и получать правильный результат. Как-то мне пришлось ему рассказать о характере рассеяния заряженных частиц на атомном ядре — формула Резерфорда. И вот после моего рутинного, но вполне строгого и корректного математического вывода он показал, как тот же результат можно получить без долгих вычислений, буквально „на пальцах“. Когда я позднее слушал доклад Нильса Бора о теории составного ядра, то встретился с таким же подходом к теоретическому анализу явления. <…>

Сегодня невозможно переоценить значение работ, выполненных в довоенные годы под руководством И. В. Курчатова: тогда были получены ценные научные результаты, сделаны открытия, освоены экспериментальные методы нейтронной физики и, что, пожалуй, самое важное, воспитаны кадры специалистов, готовых решать самые сложные проблемы ядерной науки и техники. Как оценить „экономический эффект“ довоенных физтеховских ядерных работ? Выиграны многие годы, требовавшиеся для освоения Советским Союзом ядерной энергии, создания ядерного щита для социалистических стран. Как ни спешить, физиков — специалистов по атомному ядру не воспитаешь на краткосрочных годичных курсах. На отбор способных, талантливых людей, которые бы смогли взять на себя научное руководство советским атомным проектом, на приобретение ими экспериментальных навыков в новой научной области потребовалось бы время, много времени, годы».