Плачек, который ранее заставил работавшего в Копенгагене Фриша искать достоверное подтверждение ядерного расщепления, весьма неожиданно оказался в Принстоне. «Что это еще за чертовщина: почему отклик одинаковый и на быстрое и на медленное воздействие?!» — возмущался он, сидя за завтраком вместе с Розенфельдом и Бором.
Возвращаясь вскоре в свой кабинет, Нильс Бор уже знал ответ на этот вопрос. Судя по всему, причина высокой интенсивности деления ядра при малой энергии воздействующих нейтронов — редкий изотоп уран-235 (U235), который составляет ничтожно малый процент от общего количества этого элемента, встречающегося в природе. Бор и Уилер приступили теперь к детальной разработке данной гипотезы. И в новой теории были установлены два основополагающих фактора.
В изотопе U235 баланс между отталкивающей силой протонов в ядре атома и силой поверхностного натяжения, удерживающей ядро от распада, гораздо более хрупкий, чем в изотопе U238. Три дополнительных нейтрона урана-238 стабилизируют ядро и увеличивают энергетический барьер, который необходимо преодолеть, чтобы запустить реакцию распада. Следовательно, для расщепления такого ядра необходимы более быстрые нейтроны с большей энергией.
Вторым из упомянутых факторов стал непосредственно сложный состав ядра. Для него более благоприятно равное число протонов и нейтронов, что объясняется квантовой природой их субатомных составляющих. Приняв дополнительный нейтрон, U235 превращается в U236, в ядре которого 92 протона и 144 нейтрона, то есть четное число обоих нуклонов. Когда U238 принимает добавочный нейтрон, то образуется изотоп U239 с нечетным числом нейтронов в ядре. Уран-235 «ассимилирует» дополнительный нейтрон и вступает с ним в реакцию намного проще, чем уран-238.
Совокупность двух вышеописанных факторов в достаточной степени объясняет существенное различие в поведении двух изотопов урана. Для расщепления устойчивого ядра U238 требуются быстрые нейтроны, а гораздо менее стабильное ядро U235 разделить можно медленными. Таким образом, если изготовить бомбу, состоящую из смеси U235 и U238, действие которой будет основано на расщеплении урана-235 под воздействием медленных нейтронов, то и цепная реакция в ней будет происходить медленно. Затем она затухнет, а бомба так и не взорвется.
Теперь шансы на создание бомбы в ближайшем будущем хотя и не исчезли совсем, но значительно снизились. Конечно, нельзя забывать и о словах Бора, неоднократно повторяемых им в ходе дискуссий с коллегами в апреле 1939 года: тогда он заявил, что изготовить бомбу можно при условии, что она будет сделана на основе чистого урана-235. Однако U235 — редкий изотоп и его доля по отношению к природному урану составляет 1:140, то есть ничтожные 0,7 %. К тому же U235 и U238 по химическим свойствам идентичны, и поэтому с помощью химической реакции их разделить нельзя. Это возможно только с применением специальных физических методов, позволяющих отделить изотопы друг от друга, используя практически незаметную разницу в их массе. При этом подобные работы в масштабах, необходимых для создания атомной бомбы, требовали неоправданно больших усилий — на тогдашнем уровне разработок для нее требовалось несколько тонн урана-235.
«Да, бомбу создать мы, конечно, сможем, — сказал тогда Бор, — но нам потребуется помощь всей страны».
Венгерский заговор
Новый источник энергии — атом — и невероятную силу, которую можно высвободить при его расщеплении, окончательно признали. При любых обстоятельствах интерес к подобному открытию начали бы проявлять не только ученые, но еще и военные, а также представители деловых кругов. В нашем случае обстоятельства были весьма серьезными. Прошло всего несколько месяцев с того дня, когда Фриш и Мейтнер, сидя на бревне в лесу около Кунгэльва и записывая на клочке бумаги свои поспешные вычисления, сделали прославившее их открытие. Однако этого времени было достаточно для появления новой отрасли физики, которая развивалась одновременно с подготовкой к началу войны в Европе, становившейся все более очевидной.
19 марта французские исследователи Фредерик Жолио-Кюри, Ханс фон Хальбан и Лев Коварски
[12]опубликовали в журнале Nature обобщающую статью, в которой привели все материалы, доказывающие возможность цепной реакции ядер урана. В том же издании 22 апреля они опубликовали свой следующий материал, в котором сообщалось о точном числе свободных нейтронов, выделяемых на каждом этапе цепной реакции
[13]. Эти две публикации вызвали множество отзывов в массовой прессе, испуганно заголосившей о «супербомбе», которая будет вот-вот создана. В правительственных кругах также начала прослеживаться лихорадочная активность.
На созванной в спешном порядке конференции, состоявшейся 29 апреля 1939 года, Абрахам Эзау, глава Имперского бюро стандартов и руководитель Специального отдела физики Имперского исследовательского совета, выступил с рекомендацией создать под его началом исследовательскую организацию, которая будет заниматься накоплением знаний об использовании урана. Он собрал группу из ведущих немецких специалистов-ядерщиков, назвав ее Uranverein (с немецкого — «Урановое общество»). Главной целью ее создания Эзау объявил раскрытие всего потенциала энергии атома и потребовал передать в распоряжение группы все имеющиеся на территории Германии запасы урана, а также категорически запретить его вывоз из страны.
24 апреля, за несколько дней до начала конференции, молодой физик из Гамбурга Пауль Гартек и его ассистент Вильгельм Грот обратились с письмом в Имперское военное министерство, призывая его руководство обратить внимание на последние открытия в области ядерной физики. В письме говорилось следующее:
Мы хотели бы привлечь ваше внимание к недавним событиям в ядерной физике, которые, по нашему мнению, делают возможным создание нового взрывчатого вещества, многократно превосходящего обычную взрывчатку по своим разрушительным свойствам… Страна, первой поставившая себе на службу могучую энергию атома, обретет невероятное превосходство над любым соперником.
Письмо было передано в Управление армейского вооружения, которое немедленно инициировало собственный альтернативный проект по изучению свойств урана под руководством физика Курта Дибнера.
Член британской Палаты общин Уинстон Черчилль не мог скрывать свою обеспокоенность недавними известиями о возможном появлении «супербомбы», которыми запестрили летом заголовки газет. Наибольшую тревогу вызывала у него отнюдь не вероятность того, что ученые рейха могут первыми создать атомное оружие, а скорее угроза его использования против Англии, с помощью которой Гитлер легко мог заставить премьер-министра Невилла Чемберлена пойти на любые уступки.
