Книга Создание атомной бомбы - Ричард Роудс

Они просто облучали разные образцы этого элемента на разных столах. Водород, содержащийся в деревянном столе, замедлял некоторые из нейтронов и усиливал активность с периодом около трех минут. Как остроумно отметил однажды Ханс Бете, эффективность медленных нейтронов «возможно, так и не была бы открыта, если бы Италия не была столь богата мрамором… На мраморном столе получались не такие результаты, как на деревянном. Если бы дело происходило [в Америке], все столы были бы деревянными, и этого открытия так и не случилось бы»[973].

Открытие радиоактивности, наведенной медленными нейтронами, означало, что группе Ферми теперь нужно было снова исследовать все элементы по очереди в поисках новых, более точно определенных периодов полураспада – то есть разных изотопов и продуктов распада.

Пока шла эта работа, в Physical Review появилась статья[974] с критикой проведенного ранее группой исследования урана. Основным автором этой статьи был Аристид фон Гроссе, бывший до этого одним из ассистентов Отто Гана в Институтах кайзера Вильгельма: он первым очистил существенное количество протактиния, элемента, который Ган и Мейтнер открыли в 1917 году. Фон Гроссе утверждал, что, когда Ферми облучал уран, он получал протактиний с атомным номером 91, а не новый трансурановый элемент. Римская группа увидела в этой статье призыв к дальнейшим экспериментам. В то же самое время Ган и Мейтнер, чувствуя, что их касается все, что может быть связано с протактинием, решили повторить работу Ферми. «Это решение было логичным, – объясняет Ган в научной автобиографии, – потому что мы, первооткрыватели протактиния, хорошо знали его химические характеристики»[975]. Все возрастающее число разных величин периода полураспада, которое находили исследователи в Берлине и Париже, озадачивало; Ган справедливо считал, что он лучше, чем кто бы то ни было во всем мире, подходит для завершения тонкой радиохимической работы, необходимой для разрешения этой путаницы.

В январе и феврале 1935 года Амальди, занимавшийся в это время и другой работой, взялся за поиски в уране реакций с испусканием альфа-частиц в дополнение к реакциям с бета-излучением, которые их группа нашла изначально. Если бы уран при захвате нейтронов испускал альфа-частицы, то он мог бы перемещаться вниз, а не вверх по периодической системе, и это действительно могло бы привести к образованию протактиния. Амальди решил использовать для обнаружения и измерения этого излучения ионизационную камеру, соединенную с линейным усилителем. «Я начал облучать образцы урановой фольги, – пишет он, – и помещать их сразу после облучения перед ионизационной камерой с тонким окошком»[976]. Ничего не происходило. Можно было предположить, что период полураспада слишком короток по сравнению со временем забега по коридору от места облучения до ионизационной камеры. Амальди решил попробовать облучать образцы прямо перед камерой. Для этого нужно было закрыть камеру от постороннего излучения. Он обеспечил защиту от гамма-лучей, поступающих от нейтронного источника, которые вносили бы возмущения в работу ионизационной камеры, поместив между источником и камерой кусок свинца: свинец не мог задержать нужные ему нейтроны.

Кроме того, он хотел отфильтровать естественный фон альфа-излучения урана. Для этого он воспользовался тем основополагающим свойством радиоактивности, что короткие периоды полураспада соответствуют более высокой энергии излучения. Период полураспада природного урана равен 4,5 миллиарда лет; соответственно, вылетающие из него альфа-частицы обладают настолько низкой энергией, что их может остановить лист алюминиевой фольги. С другой стороны, если бы в этом эксперименте действительно возникала активность с таким коротким периодом полураспада, что зарегистрировать ее можно было, только если производить облучение прямо перед ионизационной камерой, то альфа-частицы такого излучения должны были обладать достаточной энергией, чтобы пройти сквозь алюминий и окошко камеры и попасть внутрь камеры, которая их и зарегистрировала бы. Поэтому Амальди обернул образцы урана алюминиевой фольгой. Ему не пришло в голову, что такая защита может остановить другие продукты реакции. В 1935 году никакие другие продукты реакции, кроме альфа-, бета- и гамма-излучения, еще не были известны. «Эксперименты, – заключает Амальди, – дали отрицательные результаты»[977]. Он не обнаружил в уране искусственно наведенной альфа-активности.

Тогда итальянцы сочли вероятность того, что при облучении урана создаются новые, искусственные элементы, еще большей. Ган и Мейтнер сообщили, что думают так же. Группа Ферми подвела итоги своей работы в статье, отправленной в Proceedings of the Royal Society, которую Резерфорд одобрил к печати в этом журнале 15 февраля:

Эти эксперименты, по-видимому, дают дополнительное подтверждение нашей гипотезе, что 13-минутная и 100-минутная наведенные активности связаны с трансурановыми элементами. Простейшая интерпретация результатов, согласующаяся с известными фактами, состоит в предположении о том, что источники 15-секундной, 13-минутной и 100-минутной активностей суть цепные продукты [т. е. элементы, последовательно распадающиеся друг в друга], вероятно имеющие атомные номера соответственно 92, 93 и 94 и атомный вес 239[978].

Но на самом деле уран оставался загадкой, в которой пока что никто ничего не понимал.

«Что кроме бериллия?» – спрашивал себя в Лондоне Лео Сцилард. Бериллий выглядел подозрительно. Какие еще элементы могут давать цепную реакцию? Он ответил на этот вопрос в дополненной патентной заявке от 9 апреля 1935 года: «Другие примеры элементов, из которых нейтроны могут высвобождать множественные нейтроны, дают уран и бром»[979]. Он строил догадки и, не имея средств на исследования, не видел, как провести необходимые эксперименты. Физики, с которыми он говорил, по-прежнему относились к его идеям глубоко скептически. «Тогда я подумал, что, в конце концов, в химии тоже есть “цепные реакции”. Химическая цепная реакция не похожа на ядерную, но это все-таки цепная реакция. Поэтому я решил поговорить с химиком»[980]. Химиком, с которым он решил поговорить, был человек, еще более искусный по части сбора средств, чем сам Лео Сцилард, – это был Хаим Вейцман, который теперь жил и работал в Лондоне. Вейцман принял Сциларда и «понял, о чем я говорил». Он спросил Сциларда, сколько денег тому нужно. Сцилард сказал, что потребуется 2000 фунтов – приблизительно 10 000 долларов. Хотя Вейцман и сам, несомненно, нуждался в финансировании, он обещал посмотреть, чем он может помочь. Как вспоминает Сцилард:

Я ничего не слышал от него в течение нескольких недель, а потом случайно встретил Майкла Полани, который приехал к тому времени в Манчестер и возглавил там химический факультет. Полани рассказал, что Вейцман приходил к нему советоваться насчет моих идей о возможности цепной реакции и спрашивал, следует ли, по мнению Полани, доставать для меня деньги. Полани считал, что такой эксперимент нужно поставить[981].

В следующий раз Сцилард с Вейцманом встретились лишь