Осуществление цепной реакции деления ядер

Осуществление цепной реакции деления ядер

Теперь встал со всей силой вопрос о цепной реакции деления и о возможности получения разрушительной взрывной энергии деления. Этот вопрос роковым образом переплелся с мировой войной, развязанной фашистской Германией 1 сентября 1939 г. Напуганный возможностью получения гитлеровцами в свое распоряжение оружия огромной разрушительной силы, Эйнштейн подписал письмо президенту США Рузвельту, в котором предупреждал его об этой опасности и рекомендовал начать работу по атомной энергии.

История создания атомной бомбы в США неоднократно описывалась. Мы уже писали, что первый ядерный реактор был запущен 2 декабря 1942 г. в Чикаго под руководством Энрико Ферми. Атомная бомба была создана группой ученых из всех стран мира, работавших в Лос-Анджелесе под руководством Роберта Оппенгеймера. Испытание было проведено 16 июля 1945 г. в пустынной местности в Нью-Мексико.

В Советском Союзе работы над получением атомной энергии начались в разгар Великой Отечественной войны, «когда, — как писал И. В. Курчатов, — родная земля была залита кровью, когда разрушались и горели наши города и села, когда не было никого, кто не испытывал бы чувства глубочайшей скорби из-за гибели близких и родных людей».

В этой тяжелой обстановке советские ученые совершили подвиг и «добились выдающихся успехов в деле создания атомного и водородного оружия». Руководителем и главным в этом подвиге был трижды Герой Социалистического Труда академик Игорь Васильевич Курчатов.

И. В. Курчатов. Курчатов родился 12 января 1903 г. в поселке Сим, на Южном Урале (Симский завод), в семье помощника лесничего В. А. Курчатова. К моменту поступления Игоря в гимназию семья переехала в Симбирск, где Игорь и начал гимназическую учебу. Однако вскоре из-за болезни старшей дочери Курчатовы переехали в Симферополь. В трудные годы империалистической и гражданской войн пришлось учиться Игорю. Крым захватывали немецкие оккупанты, войска Антанты, белогвардейцы всех мастей. Игорь Курчатов окончил гимназию весной 1920 г. и поступил в Таврический университет. В ноябре 1920 г. в Крыму установилась Советская власть.

Учиться было нелегко. Голод и разруха давали себя знать. Курчатов не гнушался никакой работы, чтобы поддержать существование. Он был чернорабочим, воспитателем детского дома, диспетчером автоколонны, сторожем кинотеатра.

В 1923 г. Курчатов досрочно окончил университет и решил продолжить образование в Петрограде в Политехническом институте. Здесь он поступил на 3-й курс кораблестроительного факультета. Материальное положение питерского студента было трудное, и Курчатов устроился на работу в магнитно-метеорологическую обсерваторию города Слуцка (Павловска). Здесь начался научный путь будущего ученого. Его статья «К вопросу о радиоактивности снега» была опубликована в 1924 г.

Учеба в Политехническом институте оборвалась в том же, 1924 г. По предложению старшего физика обсерватории Н. Н. Калитина Курчатов поехал с ним в экспедицию в Феодосию в Гидрометеорологический центр. Кроме выполнения обычных функций наблюдателя, И. В. Курчатов проводил и исследовательскую работу. Он опубликовал результаты исследований в статьях «Опыт применения гармонического анализа к исследованию приливов и отливов Черного моря» и «Сейши в Черном и Азовском морях».

Осенью 1924 г. Курчатов приехал в Баку, куда его пригласил на должность ассистента его учитель по Таврическому университету С. Н. Усатый. Здесь же работал и друг Курчатова по университету К. Д. Синельников, сестра которого, Марина Дмитриевна, позднее стала женой Игоря Васильевича.

В Баку И. В. Курчатов опубликовал работу по электролизу твердого тела. Он ощутил в себе призвание физика и решил поработать в большой физике. Центром современной физики в те годы был Ленинградский физико-технический институт, организованный А. ф. Иоффе. Туда уехал из Баку К. Д. Синельников, туда же поехал и Курчатов. 1 сентября 1925 г. он был зачислен сотрудником физико-технического института.

Одной из первых публикаций бакинских физиков в Ленинграде была статья И. В. Курчатова и К. Д. Синельникова «К вопросу о прохождении медленных электронов через металлические фольги».

Вскоре Курчатов вместе с Синельниковым и П. П. Кобеко углубился в изучение свойств диэлектриков. Интерес к свойствам изоляторов диктовался потребностями электротехнической промышленности, игравшей важную роль в реализации Ленинского плана ГОЭЛРО. Волховстрой, начатый еще при жизни В. И. Ленина, привлек к себе внимание всей страны. А. ф. Иоффе был увлечен идеей создания сверхпрочных тонкослойных изоляторов. В своем выступлении на V съезде русских физиков, состоявшемся в декабре 1926 г. в Москве, он показал вынутые им из кармана пластинки, способные выдержать электрические поля с напряженностью до 150•106 В/см. Этой идеей увлекся и Курчатов. Однако А. П. Александров доказал, что в измерения электрической прочности изоляторов, выполненных Курчатовым и его коллегами, вкралась ошибка, нарастающая с уменьшением толщины слоя. Идея тонкослойных изоляторов оказалась несостоятельной.

Неудача не обескуражила Курчатова. Он продолжал работать с диэлектриками, исследуя высоковольтную поляризацию в кристаллах сегнетовой соли. Тщательно изучая причины разногласий в изучении этого диэлектрика и источники возможных ошибок, И. В. Курчатов разработал новую методику подведения напряжения к кристаллу. В качестве подводящих электродов Курчатов и Кобеко использовали насыщенный раствор сегнетовой соли. Результаты оказались согласующимися между собой и необычными. При напряженности поля 200 В/см значение диэлектрической проницаемости кристалла оказалось равным 9300 при комнатной температуре. Так был открыт новый класс диэлектриков, названный И. В. Курчатовым сегнетоэлектриками. По своим электрическим свойствам сег-нетоэлектрики оказались полным аналогом ферромагнетиков. Цикл многолетних исследований этого явления завершился опубликованной в 1933 г. монографией «Сегнетоэлектрики».

И. В. Курчатов открыл большую и важную для науки и техники область физического исследования. С ним вместе работали его брат Борис Васильевич Курчатов и другие ученые. Он мог бы до конца жизни работать в этой области. Но он решил иначе. 1932 год — «год чудес» — выдвинул на первое место физику ядра. В Физико-техническом институте в ноябре 1932 г. был создан ядерный семинар. Его организаторами были А. И. Алиханов, Д. Д. Иваненко, И. В. Курчатов, Д. В. Скобельцын. С этого времени интересы И. В. Курчатова сосредоточились на ядерной физике. Он был активным участником семинара, председателем Оргкомитета Первой Всесоюзной конференции по атомному ядру, состоявшейся в Ленинграде 24—30 сентября 1933 г. Об этой конференции неоднократно приходилось упоминать.

Следует отметить, что в 1932 г. положение ядерной физики в СССР было незавидным. Правда, еще до революции в России начались работы по радиоактивности, по преимуществу в связи с геофизикой и геохимией. Особенно важное значение имели исследования Владимира Ивановича Вернадского (1863—1945), который начиная с 1910 г. исследовал в России месторождения радия и урана, проводил первые радиохимические исследования радия и урана, применил радиоактивный метод к исследованию возраста земных пород. В. И. Вернадский горячо верил в будущее атомной энергии и еще в 1922 г. предупреждал ученых об ответственности в связи с этим открытием. Он писал: «Мы подходим к важному перевороту в жизни человечества, с которым не может сравниться все им раньше пережитое. Недалеко то время, когда человек получит в свои руки атомную энергию, такой источник силы, который даст ему возможность строить свою жизнь, как он захочет.. Ученые не должны закрывать глаза на возможные последствия их научной работы, научного прогресса. Они должны себя чувствовать ответственными за последствия их открытий. Они должны связать свою работу с мировой организацией всего человечества». В том же, 1922 г. В. И. Вернадский организовал в Петрограде Радиевый институт, директором которого он был до 1939 г. В этом институте работал и крупный советский радиохимик академик Виталий Григорьевич Хлопин (1890-1950), организовавший в 1918—1921 гг. первый русский радиевый завод.

Из физиков следует упомянуть сподвижника Столетова профессора Московского университета А. П. Соколова (1854—1928), создавшего в Московском университете практикум по радиоактивности. При организации этого практикума А. П. Соколов ездил в Париж к М. Кюри, а его ученик К. П. Яковлев — в Манчестер к Резерфорду. В 1912—1913 гг. в Московском университете начал работать специальный практикум по радиоактивности.

А. П. Соколов организовал радиоактивную лабораторию, имевшую два отделения — физическое и химическое. Сам А. П. Соколов проводил исследования радиоактивности воздуха, минеральных вод, лечебных грязей, источников и почв.

Таким образом, Советская Россия располагала известными кадрами для работы в области радиоактивности Были установлены контакты с такими научными центрами, как Институт радия в Париже, Кавендишская лаборатория в Кембридже. Были проведены еще до революции обширные радиологические исследования, в том числе и исследования залегания радиоактивных руд. После революции радиологические исследования развернулись в рентгенорадиологическом отделении Рентгеновского физико-технического института, пока в 1921 г. не был организован Радиевый институт.

Большую известность получили исследования Л. В. Мысовского по космическим лучам. Л. В. Мысовский и П. И. Чижов разработали метод толстослойных пластин для исследования а-частиц (1926). Л. В. Мысовский был одним из пионеров ядерной физики СССР.

Мы упоминали также и Д. В. Скобельцына, который применил метод камеры Вильсона, помещенной в магнитное поле, для анализа электронов отдачи при эффекте Комптона (1927). Обнаружив следы электронов большой энергии, не отклоняемых полем, Скобельцын приписал их космическим 7гучам и в 1929 г. получил первую фотографию ливней космических частиц, на которой был зафиксирован и позитрон. Однако магнитное поле, применявшееся Скобельцыным, было слишком слабым, чтобы можно было достоверно идентифицировать частицу. На Первой Всесоюзной конференции по атомному ядру Д. В. Скобельцын рассказал о своих работах по исследованию космических лучей методом камеры Вильсона, помещенной в магнитное поле.

Но в целом ядерная физика в СССР до 1932 г. находилась в зачаточном состоянии. Приход И. В. Курчатова в ядерную физику стимулировал оживление работы этой отрасли физики. Начали строиться высоковольтные ускорители заряженных частиц.

Такие ускорители были построены в Украинском физико-техническом институте в Харькове А. К. Вальтером и К.Д.Синельниковым. На этих ускорителях были осуществлены первые реакции по расщеплению ядер. И. В. Курчатов руководил созданием ускорителя в Ленинградском физико-техническом институте, но также поддерживал тесную связь с харьковской группой. В своей последней статье, опубликованной в «Правде» незадолго до смерти, Курчатов писал: «В начале тридцатых годов мне довелось быть у истоков зарождавшейся атомной физики на Украине. В то время я часто приезжал в молодой физико-технический институт, созданный в Харькове по решению правительства в октябре 1928 г., и работал в нем со своими старыми друзьями К. Д. Синельниковым, А. К. Вальтером и А. И. Лейпунским, вместе с которыми начинал свою научную деятельность в Ленинграде...

В Харькове с К. Д. Синельниковым мы работали над созданием новых высоковольтных установок, ускоряющих заряженные частицы, для исследования атомного ядра. С А. К. Вальтером мы разрабатывали импульсные и электростатические ускорители для исследования атомных ядер... С А. И. Лейпунским были проведены исследования атомных ядер при помощи нейтронов, незадолго до этого открытых англичанином Чедвиком».

И. В. Курчатов работает не только в ЛФТИ и УФТИ, он ведет педагогическую и научную работу по ядерной физике в Ленинградском педагогическом институте им. М. И. Покровского, где он был профессором. Он как будто хочет зажечь огонь ядерной физики в разных точках страны.

В 1935 г. было сделано фундаментальное открытие в физике ядер. Облучая нейтронами два изотопа брома Вг74 и Вг81, И. В. Курчатов, Б. В. Курчатов, Л. П. Русинов и Л. В. Мысовский получили не два радиоактивных продукта, как ожидалось, а три с периодами 18 мин, 4,4 и 34 ч. Так было открыто существование у брома двух изомерных ядер.

Открытие ядерной изомерии привлекло внимание зарубежных исследователей. Молодая советская ядерная физика внесла существенный вклад в эту бурно развивающуюся отрасль знания.

В 1935 г. вышла книга И. В. Курчатова «Расщепление атомного ядра», где он в доступной форме дал обзор опытов по расщеплению ядер.

20-26 сентября 1937 г. в Москве состоялась Вторая Всесоюзная конференция по атомному ядру. За четыре года, прошедшие со времени первой конференции, было сделано очень много.

Открытие искусственной радиоактивности и ядерных превращений под действием нейтронов необычайно стимулировало развитие ядерных исследований. На конференции присутствовали В. Паули, известный французский исследователь космических лучей Оже, английские ученые Вильяме и Пайтерлс.

К.Д.Синельников доложил о построенном в Харькове ускорителе Ван-де-Граафа. Диаметр шаров ускорителя составлял 10 м, длина ускорительной трубки была 15 м, давление газа в ней достигало 4 • 10~6 мм рт. ст. Энергия протонов, сообщенная ускорителем, достигала 2,5 МэВ.

В. П. Рукавишников рассказал о создании в Радиевом институте циклотрона. Работа над созданием циклотрона была очень нелегкой. В 1937 г. был получен первый пучок ускоренных протонов, но работа по наладке ускорителя продолжалась и в 1938 и в 1939 гг.

И. В. Курчатов отдал созданию циклотрона много времени и сил. Он хорошо понимал необходимость создания в СССР технической базы ядерной физики и уделял этому делу огромное внимание.

На конференции И. В. Курчатов рассказал об опытах по поглощению медленных нейтронов и найденном им и его сотрудниками селективном резонансном поглощении нейтронов.

За второй конференцией последовали совещания по атомному ядру. Они проводились в 1938, 1939 и 1940 гг. И. В. Курчатов был непременным организатором и участником совещаний. Ведущей темой совещаний 1939— 1940 гг. было деление ядра. На совещании 1939 г. с докладом на эту тему выступили сотрудники И. В. Курчатова. Обзорный доклад «Деление урана» сделал А. И. Лейпунский. В докладе он подчеркнул возможность осуществления цепной реакции. «Медленный нейтрон, — говорил Лейпунский, — захватывается ядром урана, ядро делится с испусканием огромного количества энергии, при этом испускаются нейтроны, которые замедляются в водород-содержащей среде; став медленными, они опять поглощаются ядрами урана, вызывая их деление с испусканием нейтронов, и т. д. ...Ясно, что если такой процесс может быть осуществлен, становится возможным практическое использование деления урана».

Н. А. Перфилов из Радиевого института доложил о наблюдении треков ядер отдачи при ядерном распаде. Ученик И. В. Курчатова К. А. Петржак выступил с докладом на тему «Пробеги и энергии осколков при делении урана быстрыми нейтронами». Для наблюдения процесса деления урана в этой работе применялась ионизационная камера, соединенная с линейным ускорителем. Наблюдались в основном два типа осколков с энергиями 60 и 85 МэВ.

В. Г. Хлопин сделал доклад о химической природе продуктов деления урана.

Сотрудники И. В. Курчатова Л. И Русинов и Г. Н. флеров рассказали об опытах по делению урана.

Курчатов выступил с докладом о результатах опытов, в которых нейтроны, получаемые на циклотроне Радиевого института, бомбардировали ядра гадолиния. Открытая И. В. Курчатовым ядерная изомерия показала «наличие метастабильных состояний атомного ядра». При этом ядро, возбужденное до метастабильного уровня, «чаще всего переходит в основное состояние, излучая электроны внутренней конверсии». Опыты с гадолинием, как указывал Курчатов, «дают основание думать, что сильно поглощающий медленные нейтроны гадолиний, который не дает при этом искусственной радиоактивности, обладает метастабильным уровнем с энергией порядка кеV».

На совещании по физике атомного ядра, состоявшемся в Москве 20—26 ноября 1940 г., ученик И. В. Курчатова Г. Н. флеров сделал доклад об открытом им и К. А. Петржаком самопроизвольном делении урана. Об этом фундаментальном открытии советской ядерной физики говорил в своем докладе и И. В. Курчатов.

И. В. Курчатов обсуждал конкретные пути осуществления цепной реакции. Он ссылался на теоретические расчеты Я. Г. Зельдовича и Ю. Б. Хари-тона и указывал, что наиболее надежный путь заключается в обогащении урановой смеси легкими изотопами урана-235. Здесь трудность состояла в проблеме разделения изотопов, которая, как полагал И. В. Курчатов, ввиду ее важности будет решена. И. В. Курчатов не испугался трудностей, стоящих на пути овладения внутриядерной энергией, он энергично взялся за решение задачи. Его окружали молодые энтузиасты, разделявшие веру своего руководителя. К Л. И. Русинову, Г. Н. флерову, К. А. Петржаку присоединился И. С. Панасюк, начавший работать в лаборатории И. В. Курчатова, будучи еще студентом Политехнического института.

Курчатов работал также и над созданием нового мощного циклотрона с диаметром полюсов электромагнита 1,2 м. Новый циклотрон должен был вступить в строй 1 января 1942 г.

Но планы И. В. Курчатова сорвала война. Сам Курчатов, Флеров, Петржак и Панасюк — все были призваны в армию. И. В. Курчатов работал над проблемой противоминной защиты кораблей Советского Военно-Морского флота. Ему пришлось работать в боевых условиях Черноморского флота в героическом Севастополе. В ноябре 1941 г. группа Курчатова перебазировалась на Кавказское побережье, с большим риском прорвавшись из блокированного Севастополя. В декабре 1941 г. И. В. Курчатов был откомандирован в Казань, где размещался физико-технический институт, работавший над военными заданиями. Поздней осенью 1942 г. Курчатова вызвали в Москву. Туда же вызвали и А. И. Алиханова. Было решено начать работы по атомной энергии. В декабре Курчатов вернулся в Казань, полный мыслей о предстоящем большом деле. В начале января 1943 г. его вновь вызвали в Москву. Народный комиссариат Военно-Морского флота добился разрешения на командировку Курчатова в Мурманск. Это была его последняя работа для флота, на этот раз северного.

5 марта 1943 г. он вернулся в Москву, где энергично взялся за организацию работы над разрешением атомной проблемы. Работа была громадная, надо было собрать людей, установить необходимые контакты с промышленностью, наметить первоочередные задачи и т. д. Выдающийся организаторский талант И. В. Курчатова помог ему справиться с колоссальной задачей при всесторонней поддержке партии и правительства.

25 декабря 1946 г. на территории Института атомной энергии, ныне носящего имя своего основателя, впервые на континенте Европы и Азии была осуществлена цепная реакция деления урана. То, к чему стремился И. В. Курчатов еще до войны, было осуществлено. В августе 1949 г. под руководством И. В. Курчатова было произведено испытание советской атомной бомбы. Через четыре года, 8 августа 1953 г., ТАСС сообщило о создании в СССР водородной бомбы 12 августа 1953 г. водородная бомба была испытана.

Обеспечив безопасность Родины созданием атомного и водородного оружия, И. В. Курчатов стал напряженно трудиться над применением атомной энергии в мирных целях. Под его руководством разрабатывался проект первой в мире атомной электростанции в Обнинске, начавшей свою работу 27 июня 1954 г.

В июле 1955 г. в Москве состоялась сессия Академии наук СССР. На ней было рассказано о работах, ведущихся по ядерной физике в Советском Союзе. В августе того же года в Женеве проходила Первая Международная конференция по мирному использованию атомной энергии. С докладом о первой в мире атомной электростанции выступил один из ее создателей, член-корреспондент Академии наук СССР Дмитрий Иванович Блохинцев.

В апреле 1956 г. в Англию в составе правительственной делегации поехал И. В. Курчатов. Он был в атомном центре в Херуэлле, где его встретил директор атомного центра Нобелевский лауреат Джон Кокрофт. И. В. Курчатов выступил в Херуэлле с лекцией, в которой рассказал о работах по управляемым термоядерным реакциям, ведущимся в СССР.

Эта проблема глубоко интересовала Игоря Васильевича. По возвращении из Англии он выступил 10 мая 1956 г. в «Правде» со статьей, в которой говорил о важности задачи управления термоядерным синтезом. «Решение этой задачи, — писал Курчатов, — навсегда сняло бы с человечества заботу о запасах энергии, необходимой для существования на Земле». Этой проблеме посвятил И. В. Курчатов свои силы и энергию в последние годы жизни.

Напряженный труд надломил здоровье Игоря Васильевича. В ноябре 1957 г. он перенес инсульт. Но после тяжелой болезни не прекращал своего труда.

В январе 1960 г. он побывал у своих старых друзей: К. Д. Синельникова, А. К. Вальтера, А. И. Лейпунского — в Харькове. О своих впечатлениях о работе украинских атомщиков он написал статью, опубликованную в «Правде». Это была последняя публикация ученого. 7 февраля 1960 г. он скоропостижно скончался.

«Я счастлив, — говорил И. В. Курчатов на сессии Верховного Совета СССР 15 января 1960 г.,— что родился в России и посвятил свою жизнь атомной науке великой Страны Советов...

Я глубоко верю и твердо знаю, что наш народ, наше правительство только благу человечества отдадут достижения этой науки».

Эти слова прекрасно характеризуют основоположника советской атомной науки и техники, горячего патриота своей Родины Игоря Васильевича Курчатова.