Но физика процветала, тогда как генетика была в значительной степени уничтожена, и биологии в целом был причинен огромный ущерб86. Несомненно, в этой ситуации имел место элемент удачи, но и личности ученых тоже сыграли свою роль. Кроме того, теоретическая физика была более «таинственной», т. е. менее понятной, чем генетика, так что физикам легче было отражать атаки философов. Они утверждали, например, что философы не понимают, о чем говорят. За исключением некоторых одиозных фигур, физики были едины в защите своей науки от критики философов.
Имелось и еще одно различие. Давид Джоравский убедительно доказал, что дело Лысенко следует рассматривать не только как конфликт между естественными науками и диалектическим материализмом, но и как продукт ужасающих условий, сложившихся в советском сельском хозяйстве после коллективизации. Советские селекционеры, хотя они и получили международную известность за выведение улучшенных сортов зерновых культур, не могли предложить каких-либо мер, которые позволили бы существенно увеличить урожаи зерновых. Их осторожный реализм был неуместен, когда надо было решать текущие проблемы, с которыми столкнулось советское сельское хозяйство87. Теории Лысенко, предлагавшие способы повышения урожайности, укрепляли убеждение, что Советский Союз создает самую передовую в мире систему сельского хозяйства. Советские руководители могли быть недовольны тем, что советская физика мало помогает промышленности, которая, тем не менее, быстро развивается. Советская власть не нуждалась в «лы-сенковской» физике, чтобы перебросить мост через пропасть между политическими целями и реальностью. Многие работы, выполненные физиками, оказывались полезными для промышленности, и те области физики, которые подвергались наиболее сильным идеологическим атакам, особенно квантовая механика, не были звеньями той опасной цепи, которая в сталинские годы связывала науку и практическую целесообразность.
VI
В дореволюционной России физика была одной из наиболее слабо развитых наук. Ее становление не обеспечивали сильные национальные традиции, существовавшие, например, в химии и мат, матике. Основные исследования велись в стенах университетов, но там они получали слабую поддержку88. К середине 30-х годов в
44
Глава первая
развитии советской физики наблюдался существенный прогресс: были подготовлены новые поколения физиков, созданы новые институты. Помимо школы Иоффе в стране имелись еще две физические школы, их возглавляли Дмитрий Рождественский и Леонид Мандельштам. Оба они, как и Иоффе, до 1917 г. провели несколько лет на Западе. Рождественский изучал физику в Лейпциге и Париже. Мандельштам с 1899 по 1914 г. провел в Страсбургском университете — сначала как студент, а затем как профессор89.
Рождественский способствовал появлению в 1918 г. Государственного оптического института. Подобно Иоффе и другим русским ученым, он считал, что научные работники и инженеры должны работать в тесном сотрудничестве. Он писал в 1919 г., что Оптический институт был организацией «нового типа, в котором неразрывно связывались бы научная и техническая задачи» и что такие институты очень быстро приведут к беспрецедентному расцвету науки и техники90. Институту было поручено руководство Государственным заводом оптического стекла, и Рождественский сыграл активную роль в развитии оптической промышленности.
Мандельштам, вернувшийся в Россию из Страсбурга в самый канун первой мировой войны, не относился к числу ученых-организаторов91. Он не претендовал на роль общественного деятеля и в отличие от Иоффе старался не заниматься пропагандированием физики. Он посвятил себя научной работе и преподаванию и получил широкое признание как наиболее выдающийся представитель старшего поколения советских физиков92. После того как в 1925 г. он возглавил кафедру теоретической физики Московского университета, он привлек к себе целый ряд талантливых физиков и создал в Москве ведущую физическую школу. В середине 30-х годов, после того как Академия наук переехала из Ленинграда в Москву, он работал в тесном взаимодействии с Сергеем Вавиловым, директором Физического института Академии наук (ФИАН), способствуя превращению этого института в мощный исследовательский центр93.
Однако именно Иоффе советская физика в наибольшей степени обязана своим развитием. Его институт называли «гнездом», «колыбелью», «кузницей кадров», «альма-матер» советской физики94. Хотя по своим философским взглядам Иоффе всегда был не более чем поверхностным марксистом, его видение физики как основы техники соответствовало задаче превращения Советского Союза в великое индустриальное государство. Такая задача была поставлена
Институт Иоффе
45
большевиками, и Иоффе мог получить поддержку в своей работе, доведя эту свою позицию до сведения руководства партии.
Иоффе по праву считался большим ученым и получил широкое признание как один из основателей физики полупроводников. Но начиная с 20-х годов его выдающиеся способности проявлялись в роли своеобразного «импресарио» физики. Он пропагандировал ее значение, привлекая к работе молодых и талантливых ученых, выбирал направления исследований, добывая у правительства средства на их проведение и создавая исследовательские институты. Для достижения этих целей Иоффе опускался до того, что на сессии называли «бахвальством» и саморекламой, чем был так недоволен Ландау, и выдвигал фантастические проекты и идеи, за которые подвергался критике. Более того, он раздражал некоторых своих коллег в Академии наук тем, как восхвалял большевиков за их поддержку науки. Эти его недостатки были не только чертами его личности, но определялись и временем, в которое он жил,— временем, когда поощрялись грандиозные планы и экстравагантные обещания светлого будущего.
Иоффе хотел, чтобы его институт стал крупнейшим центром европейской науки. Он придавал большое значение контактам с иностранными учеными, полагая, что обмен визитами, международные съезды, конференции и семинары очень важны для нормального развития науки. Личные контакты, с точки зрения Иоффе, были лучшей формой общения и основным стимулом для творческой работы. Он делал все возможное для поощрения такого рода контактов и с 1924 по 1933 г. какое-то время проводил в ежегодных поездках по Европе и Соединенным Штатам95. Иоффе утверждал, что советская физика перестала быть провинциальной именно благодаря его контактам с зарубежными учеными. В 20-е и в начале 30-х годов он командировал за границу около тридцати сотрудников своего института для проведения там исследовательских работ и не раз оплачивал эти поездки из гонораров и выплат за консультации, которые получал на Западе. Оставшуюся часть денег он использовал для покупки научной литературы и оборудования для института96. Иоффе также приглашал в Советский Союз иностранных ученых для проведения исследовательских работ и участия в конферен-
циях.
В 1930 г. Яков Френкель писал своей жене из Нью-Йорка, что «физики образуют узкую касту, члены которой хорошо известны друг другу во всех частях земного шара, но подчас совершенно не
46
Глава первая
известны даже своим ближайшим соотечественникам»97. Однако в середине 30-х годов общение с зарубежными учеными стало более затрудненным. После 1933 г. и вплоть до 1956 г. Иоффе был лишен возможности ездить за границу. В 1936 г. он с сожалением говорил о том, что ограничения на заграничные командировки тормозят интеллектуальное развитие молодых физиков, но эти его жалобы не имели никакого эффекта. Прекращение поездок самого Иоффе с очевидностью расценивалось как наказание за то, что Георгий Гамов в 1933 г. стал невозвращенцем. Гамов был одним из ведущих молодых физиков-теоретиков и в 1933 г. вместе с Иоффе принял участие в Сольвеевском конгрессе, состоявшемся в Бельгии. Он решил остаться за границей вместе со своей женой98.
Капица тоже испытал на себе последствия изменений, произошедших в политике. Он работал в Кембридже, стал членом Трини-ти-колледжа (в 1925 г.), членом Королевского общества и членом-корреспондентом Российской Академии наук (в 1929 г.). Летом 1931 г. Николай Бухарин, который потерпел поражение от Сталина в борьбе за лидерство в партии и был в то время главой научно-исследовательского сектора Высшего совета народного хозяйства (ВСНХ), посетил Кембридж. Резерфорд познакомил его с работами Кавендишской лаборатории. Капица пригласил его к себе домой на обед. В разговоре, состоявшемся после обеда, Бухарин попросил Капицу вернуться в Советский Союз и пообещал, что ему будут в этом случае обеспечены самые благоприятные условия для работы. Капица уклонился от прямого ответа и остался в Кембридже99.
Осенью 1934 г., когда Капица в очередной раз приехал в Советский Союз, Советское правительство воспрепятствовало его возвращению в Кембридж. Он был чрезвычайно подавлен этим. В течение двух лет Капица был лишен возможности вести научную работу, так как занимался организацией нового института — Института физических проблем в Москве. Оборудование его лаборатории в Кембридже было к тому времени выкуплено Советским правительством. Он возобновил работу в области физики низких температур и магнитных явлений, которой занимался в Кембридже100.
В письмах, которые Капица в то время писал своей жене в Кембридж (он вторично женился в 1927 г.) и советским руководителям, он обрисовал неблагополучную картину состояния научного сообщества Москвы. Он был ожесточен, чувствуя, как его бывшие друзья и коллеги, включая Иоффе, избегали его, полагая, что с ним опасно иметь дело. Капица был обескуражен контрастом между
Институт Иоффе
47
Москвой и Кембриджем. В Москве нет настоящего научного сообщества, писал он, и у московских физиков нет места, где они могли бы собираться для обсуждения своих работ. В этом одна из причин того, почему советские физики стремились получить признание за границей в большей степени, чем дома. «...Если в политическом и хозяйственном отношении мы самое сильное государство,— писал он, — то в отношении прогресса науки и техники мы полная колония Запада»101. Наука в Советском Союзе недооценивалась, и руководство страны не относилось к ученым с должным уважением102.
Сокращение контактов с иностранными учеными в середине 30-х годов было следствием ухудшения внутриполитического положения в стране. После убийства Сергея Кирова, первого секретаря Ленинградской партийной организации, 1 декабря 1934 г. начались массовые репрессии, кульминация которых приходится на 1937-1938 гг., годы беспощадных чисток, когда было арестовано от семи до восьми миллионов людей103. Западные физики, приезжавшие в эти годы в Советский Союз, не могли не видеть террора, воцарившегося в советском обществе, и страха, охватившего их советских коллег104. Дэвид Шенберг, физик из Кембриджа, который в 1937— 1938 гг. работал в новом институте Капицы, писал позднее, что чистка была «подобна чуме, и вы никогда не могли знать, кого схватят следующим»105. Множество ученых были в эти годы настигнуты адской машиной Народного комиссариата внутренних дел (НКВД). Особенно тяжело пострадал от этого Украинский физико-технический институт (об этом будет рассказано в следующей главе). По некоторым оценкам, в 1937-1938 гг. в Ленинграде было арестовано более ста физиков106. Какова бы ни была точная цифра, очевидно, что чистка очень сильно ударила по физическому сообществу.
Несколько ведущих сотрудников института Иоффе были арестованы. В их числе оказались П. И. Лукирский, заведующий отделом электроники и рентгеновских лучей, В. К. Фредерике, заведующий лабораторией жидких кристаллов, М. П. Бронштейн, блестящий молодой теоретик. Лукирский был освобожден из заключения в 1942 г., но Бронштейна расстреляли в 1938 г., а Фредерике умер в лагере107. Никто в те ужасные годы не мог чувствовать себя в безопасности, но чистка «работала» по законам случайности, и Иоффе с Френкелем не попали в ее жернова.
В первые послереволюционные годы между большевиками и учеными такого ранга, который имел Иоффе, было заключено мол
48
Глава первая
чаливое соглашение: если ученые вкладывают свои знания в дело построения социалистического общества, большевики будут помогать им в реализации их планов постижения и преобразования природы. Эти отношения никогда не были простыми и с течением времени все более усложнялись. При ретроспективном взгляде 20-е годы представляются, несмотря на большие трудности, золотым веком. Семенов писал о них как о «чудесном» и «поистине романтическом периоде». Другие ученые так же оценивали институт Иоффе тех лет, — особенно это относится к молодым физикам, работавшим в расширявшемся институте108.
30-е годы оказались гораздо более трудным десятилетием. Советское руководство предъявляло все возрастающие требования к ученым в отношении их участия в индустриализации страны, но экономическая система препятствовала внедрению новой техники. Сталинские репрессии легли тяжелым бременем на научное сообщество, его международные контакты были прерваны. Иоффе получил поддержку государства в своих усилиях, направленных на развитие советской физики, и благодаря его огромной работе эта наука буквально расцвела в довоенные годы. Но он и его коллеги испытывали ограничения и подвергались преследованиям такого масштаба, которого он не мог себе и представить, когда в феврале 1923 г. выступал с оптимистической речью о науке и технике на собрании, посвященном открытию нового здания своего института.
Глава вторая
Ядерная предыстория
I
Открытие радиоактивности в Париже в 1896 г. было первым шагом на извилистом пути к разработке ядерных вооружений. Анри Беккерель обнаружил, что соли урана испускают излучение, которое (подобно рентгеновским лучам, открытым годом раньше) может проходить сквозь картон, вызывать потемнение фотографической пластинки, а также ионизировать воздух. Природа и источник этого излучения оказались благодатной областью для исследований. Мария и Пьер Кюри нашли два новых элемента — полоний и радий, причем радиоактивность последнего была в миллионы раз больше радиоактивности урана. Они также установили, что радиоактивность является свойством атомов определенных элементов. В начале нашего века Эрнст Резерфорд и Фредерик Содди обнаружили, что радиоактивные элементы распадаются, так как их атомы испускают частицы, поэтому в каждый данный момент времени часть атомов радиоактивных элементов превращается в атомы другого элемента.
Несмотря на сложный, запутанный характер, исследования радиоактивности сразу же завладели воображением публики. Радиоактивные элементы нашли практическое применение в физических исследованиях и в медицине. Они были к тому же еще и потенциальным источником большого количества энергии, — как раз это и привлекало к ним наибольший интерес. Содди принадлежал к числу наиболее красноречивых и влиятельных пророков существования энергии, заключенной в атомах радиоактивных элементов. «Радий,— писал он,— научил нас, что запасам энергии, необходимой для поддержания жизни, в мире нет предела, за исключением ограниченности наших знаний»1.
50
Глава вторая
Владимир Вернадский, русский минералог, обладавший широкими научными и философскими интересами, тоже был вдохновлен открытием радиоактивности. В лекции, прочитанной на общем собрании Академии наук в декабре 1910 г., он высказал убеждение, что пар и электричество изменили структуру человеческого общества. «А теперь,— утверждал Вернадский,— перед нами открываются в явлениях радиоактивности источники атомной энергии, в миллионы раз превышающие все те источники сил, какие рисовались человеческому воображению»2. Он настаивал на том, что в России должны быть нанесены на карту месторождения радиоактивных минералов, «ибо владение большими запасами радия дает владельцам его силу и власть», несравнимо большую, чем та, которую имеют владеющие золотом, землей или капиталом3.
Вернадский был одной из самых заметных фигур в русской науке. Он родился в Санкт-Петербурге в 1863 г. в состоятельной семье, его отец был профессором политической экономии и активным представителем либеральной интеллигенции. Во время революции 1905 г. Вернадский помог основать либеральную партию конституционных демократов (кадетов). В следующем году он был избран в Академию наук за свои исследования в области минералогии. Он верил в науку как в силу, развивающую цивилизацию и демократию, и хотел, чтобы голос русской научной общественности был услышан при решении важных проблем современности. Он несколько раз пытался организовать в России некий эквивалент Британской ассоциации развития науки, но безуспешно4.
Благодаря Вернадскому в 1911 г. началось изучение имевшихся в России радиоактивных минералов, поддержанное государством и частными лицами, внесшими свои пожертвования. Академия наук направила экспедицию на Урал, Кавказ и в Среднюю Азию для поисков урановых месторождений5. Летом 1914 г. академическая экспедиция нашла «слаборадиоактивные ванадаты меди и никеля» в Ферганской долине в Средней Азии и пришла к заключению, что некоторые из этих месторождений могут разрабатываться в промышленных масштабах6. Но эти месторождения не были разработаны, и до 1917 г. единственный в России урановый рудник принадлежал частной компании «Ферганское общество по добыче редких металлов», учрежденной в 1908 г. В конце XIX века во время строительства Среднеазиатской железной дороги геологоразведчики обнаружили медные руды в Тюя-Муюне в Ферганской долине. Когда в этих рудах нашли урановую смолку, была создана
Ядерная предыстория
51
Ферганская компания, которая и разрабатывала рудник вплоть до 1914 г. Руда доставлялась в Петербург, где из нее извлекали урановые и ванадиевые препараты, которые экспортировали в Германию. В оставшейся породе содержался радий, но в компании не знали, каким образом можно его оттуда извлечь, и не предоставляли русским ученым доступа к его запасам7. Вернадский был очень озабочен сложившейся ситуацией и в своей лекции в декабре 1910 г. настаивал: радиевые руды «должны быть исследованы нами, русскими учеными. Во главе работы должны стать наши ученые учреждения государственного или общественного характера»8.
Первая мировая война ограничила возможности поисков радиоактивных минералов. Однако в марте 1918 г. Л. Я. Карпову, главе Отдела химической промышленности Высшего совета народного хозяйства, сообщили о том, что Ферганская компания все еще имеет в Петрограде запасы рудных остатков и урановой руды. По сделанным оценкам, они способны были дать 2,4 грамма радия, который мог бы быть использован медицинскими учреждениями и Главным артиллерийским управлением Красной армии. Карпов приказал конфисковать этот запас и попросил Академию наук создать завод для извлечения из него радия. Академия согласилась с этим предложением и основала новый отдел, ответственный за все вопросы, связанные с редкими и радиоактивными минералами9. Вернадский был назначен председателем этого отдела, хотя самого его в это время не было в Петрограде. Один из рекомендованных им людей, геолог Александр Ферсман, был выбран заместителем председателя отдела, а другой, радиохимик Виталий Хлопин, стал секретарем отдела10. В мае 1918 г. радиоактивные материалы были вывезены из Петрограда, которому угрожали германские войска. Эти материалы «путешествовали» по стране вплоть до мая 1920 г., когда добрались до завода в пос. Бондюжском (ныне г. Менделеевск) Вятской губернии. Именно там в 1921 г. из российской урановой руды был выделен радий с помощью оригинального процесса, разработанного Хлопиным".
Вернадский не принял участия в этих работах, так как он покинул территорию, находившуюся под контролем большевиков, и только в марте 1921 г. вернулся в Петроград. В сентябре 1917 г. он стал товарищем министра просвещения Временного правительства, а вскоре после большевистского переворота уехал из Петрограда на Украину, которая еще не была занята красными. Он был настроен против большевиков, но чувствовал, как скажет позднее, что «мо-
ралыго неспособен к участию в гражданской войне»12*. Из Киева Вернадский написал Ферсману, что хочет делать все от него зависящее для обеспечения того, чтобы «научная (и вся культурная) работа в России не прерывалась, а усиливалась»13**. Летом 1918 г. он принял участие в организации Украинской академии наук в Киеве и был избран первым ее президентом.
По дороге в Ростов, где находилось правительство генерала Деникина, выяснилось, что Вернадский уже не сможет вернуться в Киев. И тогда он отправился в Крым, где его сын Георгий стал профессором нового Таврического университета, созданного в Симферополе. Там Вернадский был избран ректором этого университета. Он намеревался, прежде чем Красная армия займет Крым, отплыть оттуда в Константинополь на английском корабле, но профессора и студенты университета просили его не оставлять их, и он остался, хотя некоторые другие и были эвакуированы из города. Его сын уехал в Константинополь и после того, как провел несколько лет в Чехословакии, направился в Соединенные Штаты, став там профессором истории в Йельском университете. Сам Вернадский был арестован и поездом отправлен в Москву вместе с женой и дочерью. Луначарский, опасаясь, что местная ЧК по-своему обойдется с заключенными, убедил Ленина послать в Крым телеграмму с приказом доставить Вернадского и некоторых других профессоров университета в Москву. Когда они прибыли туда, их отпустили, и в апреле 1921 г. Вернадский вернулся в Петроград. Здесь его на три дня задержали, но потом он возобновил свою многогранную деятельность14.
Вскоре Вернадский направил свои усилия на организацию института, который должен был объединить все проводившиеся в России работы по радию. Эти планы он обдумывал уже давно, и теперь, когда радиевый завод начал выпускать свою продукцию, пришло время их осуществлять. С помощью Хлопина и Ферсмана в январе 1922 г. на базе радиевого отдела института Неменова был создан Радиевый институт. Этот институт состоял из трех отделов: химического, который возглавил Хлопин, минералогического и геохимического (под руководством В. И. Вернадского) и физического (под руководством Л. В. Мысовского)15.
* Цитата дается в переводе с английского, так как автор воспользовался англоязычным источником. — Прим. пврев. ** См. предыдущее примечание.
Ядерная предыстория
53
Вернадский очень широко определял задачи института. «Радиевый институт, — писал он, — должен быть сейчас организован так, чтобы он мог направлять свою работу на овладение атомной энергией»16. С характерной для него проницательностью Вернадский уже тогда осознавал опасность, которую могло повлечь за собой обладание ею. В феврале 1922 г. он писал: «Мы подходим к великому перевороту в жизни человечества, с которым не могут сравниться все им раньше пережитые. Недалеко время, когда человек получит в свои руки атомную энергию, источник такой силы, которая даст ему возможность строить свою жизнь, как он захочет. Это может случиться в ближайшие годы, может случиться через столетие. Но ясно, что это должно быть. Сумеет ли человек воспользоваться этой силой, направить ее на добро, а не на самоуничтожение? Дорос ли он до умения использовать ту силу, которую неизбежно должна дать ему наука? Ученые не должны закрывать глаза на возможные последствия их научной работы, научного прогресса. Они должны себя чувствовать ответственными за все последствия их открытий. Они должны связать свою работу с лучшей организацией всего человечества. Мысль и внимание должны быть направлены на эти вопросы. А нет ничего в мире сильнее свободной научной мысли»17. Здесь виден не только интерес Вернадского к проблеме атомной энергии, но также и его убеждение в важности свободной научной мысли, — к этой теме он все время возвращался в своих работах.
Вернадский не принимал большого участия в управлении Радиевым институтом в первые годы его существования, поскольку в мае 1922 г. уехал из Петрограда, чтобы читать курс лекций по геохимии в Сорбонне, и возвратился в Советский Союз только в 1926 г. В Париже он написал несколько монографий, в том числе монографию о биосфере, опубликованную на русском и французском языках. В ней он стремился дать точный анализ области распространения биосферы, определив ее как часть атмосферы Земли, в которой существует живая материя, а также описать наблюдаемые в ней геохимические и биохимические процессы. Он предпринял некоторые шаги к тому, чтобы продлить пребывание на Западе для продолжения своих исследований, но в мае 1926 г. в конце концов вернулся в Ленинград. На Вернадского произвел большое впечатление тот интерес к науке, который он обнаружил в Москве, и он счел, что коммунистические идеи потеряли свою силу. В конце
54
Глава вторая
1925 г. он написал своему другу, что «коммунистическая утопия, идеологически нежизнеспособная, не опасна»18.
После возвращения в Ленинград Вернадский не делал секрета из своих взглядов на марксизм как на вышедшую из моды теорию социального и политического устройства. В конце 20-х годов он сыграл ведущую роль в попытках предотвратить «большевизацию» Академии наук. Он не возражал против идеи связать науку и промышленность, но настойчиво противился попыткам управления ею со стороны партии, поскольку боялся, что это приведет к удушению интеллектуальной свободы. Он выступал против деятельности марксистских философов науки и заявлял, что «ученые должны быть избавлены от опеки представителей философии»19. Эти политические и философские взгляды Вернадского подверглись нападкам в печати, и одним из клеймивших его был А. М. Деборин, избранию которого в Академию Вернадский воспротивился. Некоторые из ближайших сотрудников Вернадского были отправлены в лагеря. В 1930 г. был арестован Б. Л. Личков, один из его помощников. Вернадский делал все от него зависящее, чтобы помочь жертвам репрессий. Он и писал письма властям, и оказывал финансовую поддержку семьям репрессированных20.
И в этот страшный период Вернадский продолжал свои исследования. Его все более увлекала концепция ноосферы. Термин «ноосфера» он услышал в Париже от ученого-иезуита Тейяра де Шардена. По Вернадскому, ноосфера представляла собой арену, на которой научная мысль начинает осуществлять еще более мощное и глубокое влияние на биосферу21. «Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше»22. Переход к ноосфере составляет основную тему книги Вернадского, которую он написал в 1938 г. и назвал «Научная мысль как планетное явление». Эта книга не могла быть опубликована при жизни Вернадского: в ней он подверг резкой критике то, как поддержанная государством философская догма диалектического материализма препятствовала в Советском Союзе свободной научной мысли23. Тем не менее Вернадский оставался оптимистом, полагая, что новая эра положит начало процессу, когда наука станет более мощной силой, и он верил в то, что эта новая эра будет более демократичной, поскольку наука усилит демократическую основу государства24.
Ядерная предыстория
55
Наибольшая доля ответственности в связи с руководством деятельностью Радиевого института пришлась на Хлопина, особенно после 1930 г., когда Вернадский организовал в Москве новую биогеохимическую лабораторию. Виталий Хлопин был примерно на 30 лет моложе Вернадского, а его отец, хорошо известный врач, был другом Вернадского и активным членом партии кадетов. В 1912 г. в Петербургском университете Хлопин получил ученую степень по химии и с 1915 года начал работать в минералогической лаборатории Вернадского. В 1933 г. он был избран членом-корреспондентом Академии наук, а в 1939 г. стал ее действительным членом. В том же году он сменил Вернадского на посту директора Радиевого института. Хлопин не обладал широким видением науки, характерным для Вернадского, и сконцентрировал свои собственные усилия на химии радиоактивных элементов. Это направление стало наиболее развитым в институте25. Сразу после основания института был учрежден Государственный радиевый фонд: весь радий, произведенный в Советской России, объявлялся собственностью государства и его надлежало хранить в институте. Завод в Бондюжском был передан под контроль института, но в 1925 г. этот завод был закрыт, а производство радия перенесено в Москву на завод редких металлов. В 1924 г., после десятилетнего перерыва, была возобновлена добыча руды в Тюя-Муюне, но эта руда имела низкое содержание радия, и в конце 1930 г. рудник закрыли. В Ферганской долине и в районе Кривого Рога на Украине обнаружили несколько новых месторождений урана, однако разрабатывать их начали много позднее26. В 20-х годах радий был обнаружен и в буровых скважинах нефтеносных полей Ухты в области Коми на севере России, и именно эти месторождения стали основным источником радия в период между двумя мировыми войнами. Для определения же того, каковы запасы урана в Советском Союзе, было сделано очень мало27. За извлечение радия отвечало ОГПУ, предшественник НКВД. «Выясняется интереснейшее явление,— писал Вернадский в своем дневнике. — Удивительный анахронизм, который я раньше считал бы невозможным. Научно-практический интерес и жандармерия. Возможно ли это для будущего?»28
II
Радиоактивность открывала новые возможности для изучения строения атома. После открытия Резерфордом и Содди радиоак
56
Глава вторая
тивного распада стало очевидным, что атом не является неделимым. В 1911 г. Резерфорд выдвинул идею, что у атома имеется ядро, в котором сосредоточена его основная масса. Восемью годами позднее ему удалось за счет бомбардировки ядер азота альфа-частицами превратить их в ядра кислорода. Впервые было осуществлено искусственное превращение ядер и тем самым начат новый этап исследования атомной структуры — путем бомбардировки ядер частицами.
До 1917 г. русские физики не проводили серьезных исследований в области радиоактивности29. В декабре 1919 г. Д. С. Рождественский, директор только что созданного Государственного оптического института, выступил с сообщением о работе, выполненной им в области изучения сложных атомов методом спектрального анализа. Это была первая выдающаяся российская работа в области строения атомов, и в Петрограде тяжелых военных лет она вызвала воодушевление30. Рождественский попросил у Луначарского разрешения отправить Эренфесту и Лоренцу в Лейден радиограмму о выполненной им работе. К своему большому огорчению, позже он узнал, что такие исследования уже были проведены западными физиками31. За докладом Рождественского последовало создание комиссии по изучению теоретических проблем строения атомов, но ничего более значительного это за собой не повлекло32.
Интерес к ядерной физике резко усилился в Советском Союзе после annus mirablis*, 1932 г. В этом году было сделано несколько важных открытий. Джеймс Чедвик в Кавендишской лаборатории открыл нейтрон. Джон Кокрофт и Е. Т. С. Уолтон, тоже сотрудники Кавендишской лаборатории, расщепили ядро лития на две альфа-частицы33. Определенное отношение к проведению этого эксперимента имел Георгий Гамов, входивший в штат сотрудников Радиевого института. В 1928 г. он развил на основе новой квантовой механики теорию альфа-распада. Из нее следовало, что частицы со сравнительно небольшой энергией могут за счет туннельного эффекта проникнуть сквозь кулоновский барьер, окружающий ядро, а потому имеет смысл построить установку, которая могла бы разогнать частицы до нескольких сотен тысяч электрон-вольт (кэВ), не дожидаясь того времени, когда их энергии могут достигнуть величины в десятки миллионов электрон-вольт (МэВ). Кокрофт и Уолтон при
* «Год чудес». — Прил. ред.
Ядерная предыстория
57
няли это предложение* и построили аппарат, способный ускорять протоны до энергии в 500 кэВ, которые они и использовали для расщепления ядра лития. В том же году Эрнест Лоренс в Беркли использовал новое устройство, которое он изобрел,— циклотрон — для ускорения протонов до энергии в 1,2 МэВ. В Калифорнийском технологическом институте Карл Андерсон идентифицировал положительный электрон, или позитрон. Гарольд Юри из Колумбийского университета открыл изотоп водорода с атомной массой 2 — дейтерий.
Советские ученые с большим энтузиазмом встретили известие об открытиях, сделанных в 1932 г. Они внимательно следили за тем, что делалось на Западе, и быстро откликались на эти новые достижения. Дмитрий Иваненко, теоретик из института Иоффе, выдвинул новую модель атомного ядра, включив в нее нейтроны34. В Украинском физико-техническом институте группа физиков повторила опыт Кокрофта и Уолтона еще до конца 1932 г. В том же году в Радиевом институте решили построить циклотрон, а Вернадский, хотя и безуспешно, пытался заручиться поддержкой для кардинального расширения института35. В декабре 1932 г. Иоффе в своем институте создал группу ядерной физики и в следующем году получил от народного комиссара тяжелой промышленности Серго Орджоникидзе 100 ООО рублей на новое оборудование, необходимое для ядерных исследований36.
Иоффе решил созвать Всесоюзную конференцию по атомному ядру, чтобы завязать более тесные связи между различными научными центрами Советского Союза, работающими в области ядерной физики37. На эту конференцию, собравшуюся в сентябре 1933 г., он пригласил несколько иностранных физиков. Среди докладчиков были Фредерик Жолио-Кюри, Поль Дирак, Франко Расетти (сотрудник Энрико Ферми) и Виктор Вайскопф, в то время ассистент Вольфганга Паули в Цюрихе. Эта конференция сделала очень много для стимулирования советских ядерных исследований. Среди молодых физиков, принимавших участие в ее работе, было несколько человек, которые позднее сыграли ведущую роль в атомном проекте: Игорь Тамм, Юлий Харитон, Лев Арцимович и Александр Лейпунский38.
Иоффе не принуждал своих молодых коллег перейти к работе в области ядерной физики, но он поддержал их, когда они приняли
* Предложение было сделано Ф. Хаутермансом. - Прим. ред.
такое решение. До 1932 г. только одна работа, выполненная в институте, могла бы быть отнесена к области ядерной физики. Это было исследование космических лучей, которое проводил Дмитрий Скобельцын. А к началу 1934 г. в отделе ядерной физики института было уже четыре лаборатории, в которых работало около 30 сотрудников. Ядерная физика стала второй по важности после физики полупроводников областью исследований39. По мнению Хари-тона, который был студентом Иоффе и в рассматриваемое время работал в руководимом Семеновым Институте химической физики, поддержка работ в области ядерной физики была смелым поступком со стороны Иоффе, «потому что в начале 30-х годов все считали, что ядерная физика — это предмет, совершенно не имеющий никакого отношения к практике и технике. ...Занятие же таким далеким, как казалось, от техники и практики делом было очень нелегким и могло грозить разными неприятностями»40.
Всем было известно, что внутри ядра заключено огромное количество энергии, но никто не знал, каким образом эта энергия может быть освобождена (если такая возможность вообще существует) и использована. В 1930 г. Иоффе писал, что использование ядерной энергии могло бы привести к решению проблемы энергетического кризиса, перед лицом которого человечество может оказаться через две или три сотни лет, но он не мог утверждать, что практические результаты будут достигнуты в течение ближайшего или даже более отдаленного времени41. «...В те годы еще и мыслей не могло быть о ядерном оружии или ядерной энергетике,— писал Анатолий Александров, который в это время работал в институте Иоффе, — но в физике ядра открылись новые крупные проблемы и интересные задачи для исследователей»42.
В 1936 г. на мартовской сессии Академии наук Мысовский утверждал, что, хотя радиоактивные элементы и находят практическое применение в медицине, биологии и промышленности, можно считать, что высказанные ранее идеи о том, что ядерные реакции могут явиться мощным источником энергии, оказались ошибочными43. Игорь Тамм не был согласен с этим. Очевидно, сказал он, что внутри ядра скрыт совершенно неисчерпаемый запас энергии, которой рано или поздно овладеют. «...Я не вижу никаких оснований,— добавил он,— сомневаться в том, что рано или поздно проблема использования ядерной энергии будет решена», но пока что нельзя задаться разумными вопросами о том, каким образом окажется возможным овладеть этой энергией, поскольку проблемы фи
Ядерная предыстория
59
зики ядра еще как следует не поняты. Тем не менее он с оптимизмом относился к возможностям атомной энергии, но утверждал,— всего лишь за девять лет до Хиросимы — что «действительно наивна мысль о том, что использование ядерной энергии является вопросом пяти или десяти лет»44.
III
В 30-е годы институт Иоффе был ведущим центром исследований в области ядерной физики. Первым заведующим отделом ядерной физики в нем стал Игорь Курчатов, который в 1943 г. стал и научным руководителем советского ядерного проекта и занимал этот пост до самой своей смерти в I960 г. Курчатов родился в январе 1903 г. в городе Симский Завод на Южном Урале. Его отец был землемером, а мать — учительницей. В 1912 г. семья переехала в Крым, в Симферополь, из-за болезни дочери Курчатовых. Это не помогло ей, и она вскоре умерла от туберкулеза. Курчатов поступил в гимназию в Симферополе, а в 1920 г. стал студентом Таврического университета (ректором которого как раз в это время был избран Вернадский), где изучал физику. Преподавание физики в университете было в лучшем случае бессистемным, хотя в первый год обучения Курчатова там читал лекции Френкель, а профессор С. Н. Усатый, родственник Иоффе, специально переехал из Севастополя в Симферополь, чтобы преподавать физику. Курчатов закончил курс обучения на год раньше положенного срока, в 1923 г.45 Впоследствии Курчатов уехал в Ленинград для учебы на кораблестроительном факультете Политехнического института. Чтобы обеспечить себе средства к существованию, он нашел работу в магнитно-метеорологической обсерватории в Павловске (пригород Ленинграда) и по полученным там результатам опубликовал статью, посвященную радиоактивности снега. Летом 1924 г. он ушел из Политехнического института и вернулся на юг, чтобы поддержать семью, поскольку его отец был сослан на три года в Уфу — по причинам, которые остались неясными46. Позднее в том же году Курчатов переехал в Баку, чтобы работать в местном Политехническом институте, где в течение года он был ассистентом Усатого, который тоже переехал в Баку из Симферополя. Еще студентом Курчатов подружился со своим однокурсником, Кириллом Синельниковым, который к этому времени уже работал в институте Иоффе. Синельников рассказал Иоффе о Курчатове, и весной 1925 г. двадцати
60
Глава вторая
двухлетний Курчатов получил от Иоффе приглашение работать в его институте47.
Институт Иоффе был поистине его «детским садом». Иоффе делал все от него зависящее, чтобы дать своим молодым сотрудникам хорошую подготовку по физике. Он организовал регулярно собиравшиеся семинары, благодаря которым они шли в ногу с текущими исследованиями; на журналах, поступавших в библиотеку института, он помечал статьи, которые им следовало бы прочесть, причем требовал от них объяснения, если они этого не делали. Раз в неделю Иоффе посещал каждую лабораторию, чтобы быть в курсе того, что там делалось48.
Атмосфера, царившая в институте, сочетала в себе преданность науке, жизнерадостность и энтузиазм. Исаак Кикоин писал: «Мы работали с утра до утра, и других интересов, кроме науки, для нас не существовало. Даже девушкам не часто удавалось оторвать нас от занятий, а когда мы женились, то были уже настолько "испорчены" привычкой много работать, что женам приходилось мириться с этим»49. Наум Рейнов, работавший в одной из институтских мастерских, рисует менее серьезную картину. Он был поначалу удивлен тем, что ученые не приходили на работу в определенные часы и болтались по коридорам, куря и обмениваясь шутками. Вскоре, однако, он пришел к заключению, что эти люди были одержимы наукой50. Условия жизни были тяжелыми. Когда в 1930 г. в институт пришел Анатолий Александров, ему пришлось делить ночлег в холодной комнате еще с восемью сотрудниками и закрываться одеялом с головой, чтобы уберечь свои уши от нападения крыс51.
Курчатов поначалу работал в руководимой Иоффе лаборатории физики диэлектриков. Эта область была основной в тематике института, поскольку изоляционные свойства диэлектриков при сверхвысоких напряжениях могли найти важное применение в электроэнергетике. Под руководством Иоффе Курчатов вместе с Синельниковым и еще одним физиком проводил опыты, которые, казалось, позволяли надеяться, что напряжение пробоя будет расти с уменьшением толщины исследуемого материала. Эта работа была составной частью фундамента для развития злополучной идеи Иоффе о тонкослойном изолирующем материале52.
В процессе проведения этого исследования Курчатов обратился к изучению аномальных диэлектрических свойств сегнетовых солей, и его работы привели к открытию особого класса кристаллов, которые в электрическом поле ведут себя точно так же, как фер
61
Ядерная предыстория____,__-
ромагнетики — в магнитном. Это явление теперь носит название ферроэлектричества* (Курчатов дал ему русское название «сегне-тоэлектричество» — в честь французского химика Сенье). Курчатов изучал его в Ленинграде вместе со своими коллегами, в числе которых был его брат Борис, а в Харькове — вместе с Синельниковым53. Эти работы принесли Курчатову известность. Харитон позднее назвал их «изящными и красивыми»54.
Несмотря на успех этого исследования, в конце 1932 г. Курчатов решил переключиться на работу в области ядерной физики. Это было резкое и неожиданное изменение тематики и означало прекращение исследований по физике полупроводников, которые он проводил с Иоффе. Кроме того, это был отход от работ, имевших большие перспективы в плане непосредственных приложений, к области, которая в то время считалась очень далекой от практических применений. Но Курчатов, видимо, считал, что он уже сделал в области сегнетоэлектричества все, что планировал, а ядерная физика была многообещающим направлением исследований. Возможно, здесь он находился под влиянием своего друга Синельникова, который 1928-1930 гг. провел в Кембридже, а к рассматриваемому времени возглавлял высоковольтную лабораторию в Харькове. Так или иначе, Курчатов начал действовать «решительно, быстро, без оглядки назад, как, впрочем, он всегда поступал в подобных случаях»55.
В 1932 г. не только Курчатов переключился на исследования по ядерной физике. Абрам Алиханов, которому, как и Курчатову, было в то время около 30 лет, в том же году, оставив работы по рентгеновским лучам, занялся физикой ядра и был поставлен во главе позитронной лаборатории, где совместно со своим братом Артемом Алихановым он изучал рождение электрон-позитронных пар, а позднее — спектры бета-лучей56. Еще один молодой физик, Лев Ар-цимович, поступивший в институт двумя годами ранее (в возрасте двадцати одного года), тоже обратился к изучению физики ядра и возглавил высоковольтную лабораторию. Арцимович работал в тесном контакте с братьями Алихановыми57. Четвертой лабораторией отдела ядерной физики руководил Дмитрий Скобельцын, который был несколько старше этих трех своих коллег: он родился в Петербурге в 1892 г. Скобельцын приступил к изучению космических лучей в начале 20-х годов и провел два года в Париже, в институте Марии Кюри58. По своим манерам он был холоден и сдержан, тогда
* В английской научной литературе. — Прим. ред.
как Алиханов был вспыльчивым, а Арцимович — остроумным и порой даже злоязычным человеком, интересующимся всем на свете59.
Курчатова называли «генералом», потому что он любил проявлять инициативу и отдавать команды. По воспоминаниям близких друзей, одним из его любимых слов было «озадачить»60. У него были энергичные манеры, и он любил спорить. Он мог выразительно выругаться, но, если доверять памяти тех, кто с ним работал, он никого не оскорблял. У него было хорошее чувство юмора61. В 1927 г. Курчатов женился на Марине Синельниковой, сестре своего друга. Поначалу она огорчалась из-за привычки мужа проводить целые вечера в лаборатории, но потом примирилась с этим62. Сохранилось одно или два мимолетных впечатления о Курчатове тех лет. Они принадлежат жене Синельникова, англичанке, с которой тот познакомился в Кембридже. В письмах к своей сестре она рисует Курчатова как преданного своей работе и в общем довольно решительного и целеустремленного человека. Но она пишет также и о том, что он «такой добродушный, как игрушечный медвежонок, — и никто не может сердиться на него»63.
В описаниях характера Курчатова всегда присутствует ощущение некоторой дистанции, как если бы за человеком с энергичными манерами стоял другой, которого не так-то легко разглядеть. Он мог оградить себя неким щитом, отделываясь шуточками или выбирая ироничный тон по отношению и к себе, и к другим. Все воспоминания о Курчатове доносят до нас, наряду со свидетельствами о его сердечности и открытости, также и впечатление о его серьезности и сдержанности. В воспоминаниях одного из коллег, работавших с Курчатовым в 50-е годы, он предстает как человек закрытый, многослойный, а потому идеально подходящий для проведения секретных работ64.
Большую часть 1933 г. Курчатов посвятил изучению литературы по ядерной физике и подготовке приборов для будущих исследований. Он организовал строительство маленького циклотрона, с помощью которого можно было получить, правда, лишь очень слабый пучок частиц и который не годился для проведения опытов. Он также построил высоковольтный ускоритель протонов кокрофт-уол-тоновского типа и использовал его для изучения ядерных реакций с бором и литием. Весной 1934 г., после ознакомления с первыми заметками Энрико Ферми и его группы о ядерных реакциях, вызываемых нейтронной бомбардировкой, Курчатов переменил направление своих работ. Он оставил опыты с протонным пучком и начал
Ядерная предыстория
63
изучать искусственную радиоактивность, возникающую у некоторых изотопов после их бомбардировки нейтронами65. Между июлем 1934 г. и февралем 1936 г. Курчатов и его сотрудники опубликовали 17 статей, посвященных искусственной радиоактивности. Наиболее существенным и оригинальным его достижением в это время была гипотеза, что наличие нескольких периодов полураспада некоторых радиоизотопов могло быть объяснено ядерной изомерией (т. е. существованием элементов с одной и той же массой и с одним и тем же атомным номером, но с различной энергией)66. Другим исследованным Курчатовым явлением было протон-нейтронное взаимодействие и селективное поглощение нейтронов ядрами различных элементов.
В середине 30-х годов эти вопросы были центральными в исследованиях по ядерной физике. Морис Гольдхабер, который тогда занимался этими же проблемами в Кавендишской лаборатории, сказал, что в мире в то время было несколько центров, где велись серьезные исследования по ядерной физике. «Это была Кавендиш-ская лаборатория, которую я считаю лучшей, затем римская школа, когда там был Ферми, считалась первоклассной; окружение Жо-лио-Кюри в Париже. Затем Курчатов и его люди. Они делали хорошие работы. Я всегда считал, что именно Курчатов являлся крупнейшей фигурой в области атомной энергии в России, так как я читал его статьи. Он не очень отставал от нас, с учетом разницы во времени получения журналов. Курчатовская школа всегда выпускала интересные статьи»67.
Курчатов и его коллеги составляли часть интеллектуального сообщества физиков-ядерщиков, хотя к тому времени личные контакты с западными физиками стали весьма затруднительными.
Однако Курчатов не чувствовал удовлетворения, так как понимал, что идет путями, проложенными Ферми, и не прокладывает своих собственных68. В 1935 г. он полагал, что открыл явление резонансного поглощения нейтронов. Однако они разошлись с Арци-мовичем, с которым Курчатов в то время сотрудничал, в интерпретации полученных результатов. В результате еще до того, как ими были выполнены решающие опыты, Ферми и его сотрудники опубликовали статью, в которой сообщили о существовании этого явления. Курчатов был разочарован этим, потому что ленинградские физики стремились внести свой вклад в общее дело и доказать, что они работают не хуже других исследовательских групп69.
64
Глава вторая
Курчатов испытывал трудности, связанные с нехваткой источников нейтронов, необходимых для проведения исследований. Единственным местом в Ленинграде, где они имелись, был Радиевый институт. Поэтому Курчатов организовал совместную работу с Мы-совским, возглавлявшим в этом институте физический отдел70. В отношениях между Радиевым институтом и остальными физиками-ядерщиками существовала некоторая натянутость. Вернадский относился к Иоффе без особого почтения, считал его честолюбивым и недобросовестным человеком71. Игорь Тамм вызвал гнев Вернадского, когда предложил в 1936 г., чтобы циклотрон Радиевого института был передан в институт Иоффе. Физики, возразил на это предложение Вернадский, медлили с осознанием важности явления радиоактивности, у них по-прежнему нет адекватного понимания этой области. Радиевый институт, утверждал он, должен работать над проблемами ядерной физики, которая и развилась-то из исследований явления радиоактивности. Циклотрон, который теперь уже скоро начнет функционировать, необходим для работ, ведущихся в Радиевом институте, и не должен быть отнят у него. Этого и не случилось в действительности72. Но запуск циклотрона затягивался, и лишь в феврале 1937 г. на нем был получен пучок протонов с энергией около 500 КэВ. В июле 1937 г. их энергия достигла величины, примерно равной 3,2 МэВ. Однако циклотрон работал нестабильно73. Курчатов был расстроен таким положением дел, потому что планировал использовать циклотрон для своих собственных исследований. Весной 1937 г. он начал работать в циклотронной лаборатории Радиевого института, проводя в ней один день в неделю, и постепенно стал лидером в этой работе. Циклотрон начали использовать для проведения экспериментов в 1939 г., но лишь к концу 1940 г. он стал функционировать нормально74.
Физики-ядерщики института Иоффе настаивали на строительстве собственного циклотрона75. Курчатов и Алиханов уже в 1932 г. обсуждали вопрос о строительстве большого циклотрона, но эта идея была оставлена, так как Радиевый институт еще раньше принял решение строить свою установку. Все же в январе 1937 г. Иоффе обратился к народному комиссару тяжелой промышленности Серго Орджоникидзе с просьбой о финансировании строительства циклотрона в своем институте, а также о том, чтобы командировать двух физиков в Беркли (США) для изучения работы циклотронов (письмо было отправлено за месяц до самоубийства Орджоникидзе)76. Наркомат поддержал этот план, и в июне 1939 г., спустя
Ядерная предыстория
65
примерно два с половиной года после того, как Иоффе отправил свое письмо, было принято представительное постановление об ассигновании необходимых для строительства циклотрона средств77. В Беркли, однако, никто не поехал.
В конце 30-х годов Курчатов организовал семинар по нейтронам, на котором обсуждались работы, выполненные в институте, а также статьи, представленные его сотрудниками в физические журналы. Исай Гуревич, один из участников этого семинара, говорил позднее, что «не будь его — и на грандиозные задачи, которые пришлось разрабатывать во время войны и после нее, понадобились бы еще годы сверх тех, что ушли на это. Потому что тот семинар был школой нейтронной физики, без которой ничего бы не вышло»78. В работе семинара принимали участие полтора десятка человек, многие из которых потом сыграли большую роль в атомном проекте79.
Иоффе направлял многих молодых физиков за рубеж для выполнения исследований. В их числе он рекомендовал и Курчатова. Курчатов планировал поездку в США зимой 1934-1935 гг., ив сентябре 1934 г. Френкель написал Эрнесту Лоренсу, обратившись к нему с просьбой организовать Курчатову приглашение в Беркли. Лоренс написал Курчатову 1 октября, приглашая его в свою лабораторию «на некоторое время»80. Но Курчатов не поехал за границу, быть может потому, что ссылка его отца делала его политически неблагонадежным для НКВД. С середины 30-х годов личные контакты советских физиков с их западными коллегами все больше сокращались. Так, на конференции по ядерной физике 1933 г. примерно половина докладов была прочитана иностранными учеными, а в 1937 г. на такой же конференции они сделали только пять из двадцати восьми докладов. Наконец, в работе ядерной конференции, состоявшейся в 1938 г., иностранцы вообще не принимали участия81. Советские физики, тем не менее, продолжали считать себя частью международного сообщества физиков и внимательно следили за иностранными журналами.
IV
Ленинград не был единственным местом, где проводились исследования по ядерной физике. Другим важным центром, сосредоточивавшим такие работы, был Украинский физико-технический институт в Харькове (УФТИ), созданный Иоффе в 1928 г. при поддержке украинских властей. Иоффе предполагал организовать
66
Глава вторая
первоклассный физический институт, который установил бы тесные связи с промышленностью Украины, и он направил туда несколько своих сотрудников из Ленинграда. Именно они образовали ядро нового института82. Курчатов в 30-е годы проводил в нем по два-три месяца в году83.
Иоффе старался, чтобы в Харьков переехал его давний друг, Эренфест, и писал ему, что институт нуждается в «широко образованном физике», но хотя Эренфест и проработал в этом институте несколько месяцев, он не остался там навсегда84. Однако в Харькове работало несколько иностранных физиков. В их числе был и Александр Вайсберг, венский коммунист, который возглавил низкотемпературную экспериментальную станцию, Мартин Руэман, руководивший одной из низкотемпературных лабораторий, Фридрих Хаутерманс, яркий и оригинальный физик из Германии, Фриц Лан-ге, тоже немецкий физик, позднее работавший над проблемой разделения изотопов с помощью центрифуг85.
Первым директором УФТИ стал Иван Обреимов, оптик, один из первых студентов Иоффе. Он был прекрасным физиком, но не оказался сильным директором86. В 1932 г. его заменил на этом посту Александр Лейпунский, которого относили к числу самых способных молодых советских физиков. Научные интересы Лейпунско-го были связаны главным образом с атомной и ядерной физикой. В 1932 г. он и Синельников вместе с двумя коллегами повторили эксперимент Кокрофта и Уолтона. В середине 30-х годов Лейпунский более года провел в Кавендишской лаборатории. Он был членом партии, что было в 30-е годы нетипичным для серьезных физиков. Коллеги высоко ценили его, считалось, что он будет играть важную роль в советской науке87.
Расцвет УФТИ начался уже в первой половине 30-х годов. Это был богатый и хорошо обеспеченный оборудованием институт, и к середине десятилетия по размеру бюджета и числу сотрудников он перегнал институт Иоффе88. Его ведущие ученые были талантливы и хорошо образованны. Шубников, возглавивший исследования в области низких температур, с 1926 по 1930 г. работал в лаборатории низких температур в Лейдене, одном из ведущих европейских центров в этой области науки. Он имел репутацию очень талантливого экспериментатора. Ландау, наверное, самый блестящий в своем поколении советский физик, вплоть до середины 30-х годов руководил теоретическим отделом УФТИ. Институт посещали многие иностранные физики, в том числе Нильс Бор, Джон Кокрофт и Поль
Ядерная предыстория
67
Дирак89. Виктор Вайскопф в 1932 г. проработал в нем восемь месяцев90. Институт выпускал советский физический журнал на немецком языке.
Александр Вайсберг писал в своей книге «Обвиняемый», ставшей классическим свидетельством о «большой чистке», что вплоть до 1935 г. институт был «оазисом свободы в пустыне сталинского деспотизма» и что, если бы в нем «оставили в покое ученых, в должное время они достигли бы выдающихся результатов»9'. Но после того как в 1934 г. в институте появился новый директор, атмосфера в нем была омрачена личными склоками и политическими интригами. Жена Синельникова в июле 1935 г. в письме к сестре писала, что «институт полон интриг. Раньше они были связаны с отношениями между учеными и административным отделом, но теперь кажется, что уже все перемешалось, и некоторые из ученых для достижения своих целей используют грязные методы»92. В сентябре она писала о том, что, видимо, «нужно взорвать весь институт, а затем начать все сначала»93. Когда Виктор Вайскопф в конце 1936 г. приехал в Харьков, некоторые из физиков-эмигрантов, с которыми он разговаривал, советовали ему отказаться от должности профессора, которую ему предлагали в Киеве. Вместо этого он выбрал Рочестерский университет в Нью-Йорке94.
Ситуация в институте, которая уже в 1935 и 1936 гг. была, по-видимому, не лучшей, продолжала ухудшаться. Многие из ведущих сотрудников УФТИ были арестованы во время «большой чистки» и обвинены в фантастических заговорах против государства95. В результате институт был опустошен. Вайсберг вспоминает, что в беседах со своими сокамерниками он так определил этот ущерб: «Послушайте, — сказал я, — наш институт является одним из самых значительных учреждений такого рода в Европе. И в самом деле, вероятно, нет другого такого института, в котором было бы столько разных и прекрасно оборудованных лабораторий. Советское государство не жалело средств. Часть наших ведущих ученых обучалась за рубежом. Их постоянно посылали на средства государства к крупнейшим физикам во все мировые центры — для пополнения знаний и опыта. В нашем институте было восемь отделов, каждый из которых возглавлял способный человек. А каково создавшееся сейчас положение? Заведующий лабораторией физики кристаллов Обреимов арестован, арестован и заведующий лабораторией низких температур Шубников. Руэман, который возглавлял вторую низкотемпературную лабораторию, выслан из страны. Лейпунский, заве
68
Глава вторая
дующий лабораторией расщепления ядер, арестован. Арестованы и руководитель Отдела рентгеновских лучей Горский, и заведующий отделом теоретической физики Ландау, и я сам — заведующий низкотемпературной экспериментальной станцией. Насколько мне известно, продолжает работать только Слуцкий, заведующий отделом ультракоротких волн»96. Избежал ареста также Синельников, руководивший лабораторией высоких напряжений.
Ландау до своего ареста переехал в Москву и возглавил теоретическую группу нового института Капицы. В день его ареста, 28 апреля 1938 г., Капица написал Сталину письмо с просьбой об освобождении. Он указывал, что Ландау и Фок — два самых сильных советских теоретика и что их потеря будет очень ощутимой как для Института, так и для советской и мировой науки. «Конечно, ученость и талантливость, как бы велики они ни были, не дают права человеку нарушать законы своей страны, и, если Ландау виноват, он должен ответить, — продолжал Капица. — Но я очень прошу вас, ввиду его исключительной талантливости, дать соответствующие указания, чтобы к его делу отнеслись очень внимательно». Письмо Капицы было и смелым, и умным. Он объяснил, каким образом Ландау мог нажить себе врагов: «...Следует учесть характер Ландау, который, попросту говоря, скверный,—писал Капица. — Он задира и забияка, любит искать у других ошибки и когда находит их, в особенности у важных старцев, вроде наших академиков, то начинает непочтительно дразнить»97. Капица продолжал прилагать усилия, чтобы защитить Ландау, который был освобожден ровно через год после своего ареста. Капице пришлось написать короткое письмо на имя Л. П. Берии, нового главы НКВД, в котором он поручился за лояльное поведение Ландау98.
Шубникова, Розенкевича и Горского расстреляли 8, 9 и 10 ноября 1937 г." Лейпунский был арестован в июле 1938 г. и освобожден месяцем позже. Обреимов, которого арестовали тоже в 1938 г., благодаря усилиям Капицы был выпущен на свободу в мае 1941 г. Вайсберга и Хаутерманса передали в руки гестапо вскоре после заключения в августе 1939 г. советско-германского пакта100. Результаты проведенной в институте чистки оказались сокрушительными: потенциал УФТИ необычайно понизился, и он утратил то положение исследовательского центра, о котором мечтали ведущие ученые несколькими годами ранее. В канун открытия деления ядер советские руководители разрушили один из наиболее важных физических институтов страны.
Ядерная предыстория
69
V
В начале и середине 30-х годов ведущие физические институты были частью сети научно-исследовательских институтов в структуре промышленных комиссариатов. Академия наук не имела в своем составе ни одного большого физического института. В начале 30-х годов Георгий Гамов попытался создать Институт теоретической физики на базе физического отдела Ленинградского физико-математического института, но Иоффе и Рождественский подавили его инициативу. Все же в результате возникшей дискуссии Академия наук в 1932 г. предложила организовать физический институт Сергею Вавилову101. (Сергей Вавилов — брат Николая Вавилова, всемирно известного генетика и растениевода, который был главной мишенью нападок Лысенко. Николая Вавилова арестовали в 1940 г., и он умер в тюрьме в январе 1943 г.) Вавилов, интересы которого были связаны с явлениями люминесценции и природой света, был одаренным организатором и намеревался превратить маленький физический отдел, где работала группа исследователей, в большой институт. Проблематика исследований института охватывала бы все важные области физики. Когда в 1934 г. Академия переехала в Москву, физический отдел, руководимый Вавиловым, переместился туда вместе с ней и стал отдельным институтом — Физическим институтом Академии наук (ФИАН). Многие ведущие физики Москвы, включая Мандельштама и Тамма, вошли в его штат102.
Поскольку Вавилов хотел, чтобы его институт занимался исследованиями наиболее важных областей физики, он уговорил некоторых из своих молодых сотрудников, в том числе Павла Черенкова и Илью Франка, начать работать в области ядерной физики. По предложению Вавилова Черенков исследовал люминесценцию растворов солей урана, возникающую под действием гамма-лучей. При этом он открыл «черенковское излучение» — голубое свечение, испускаемое под действием пучка высокоэнергичных заряженных частиц, проходящих через прозрачную среду, подобно головной волне, образующейся при движении судна по воде. Тамм и Франк вскоре развили теорию, объясняющую данный эффект. За эту работу в 1958 г. они с Черенковым получили Нобелевскую премию по физике103.
Вавилову, как и Иоффе, приходилось защищать ядерную физику от критики. Институт периодически проверяли комиссии, ко
70
Глава вторая
торые, как вспоминал позднее Илья Франк, критиковали институт с двух сторон. «Если это была ведомственная комиссия, то она отмечала, что поскольку ядерная физика — наука бесполезная, то нет оснований для ее развития. При обсуждениях в Академии наук мотив критики был иной. Ядерной физикой не занимается здесь никто из признанных авторитетов, а у молодых ничего не выйдет»104.
Вавилов старался усилить группу, занимавшуюся исследованиями в области ядерной физики, приглашая сотрудников из других институтов. Перед переездом Академии в Москву в исследованиях по ядерной физике в лаборатории Вавилова принял участие Мысов-ский, но он не хотел уезжать из Ленинграда. После 1934 г. консультантом лаборатории стал Скобельцын. В январе 1939 г. он переехал в Москву, с тем чтобы стать постоянным сотрудником ФИАНа105.
Вавилов, однако, хотел большего и не оставлял попыток сделать свой институт головным в области ядерных исследований. Он поднимал перед Иоффе вопрос о возможности перевода некоторых физиков-ядерщиков из Ленинграда в Москву, доказывая, что наиболее подходящие условия для работы по ядерной физике могут быть созданы в Академии, а не в промышленном секторе106. Некоторые полагали, что Вавилов стремится все взять в свои руки и разрушить ленинградскую школу ядерной физики107. Именно так это воспринимал Иоффе. Он был очень подавлен перспективой возможного переезда в Москву его физиков-ядерщиков, которых он поддерживал и защищал108. Вавилов, говорил Иоффе, «считает, что в Ленинграде нужно вовсе закрыть ядерную лабораторию, а я считаю, что одной московской ядерной лаборатории на весь Союз будет мало»109. Однако никто из ядерщиков института Иоффе, кроме Скобельцына, не поддался на уговоры Вавилова.
Но Вавилов не прекратил попыток превратить свой институт в центр исследований по физике ядра. В конце 1938 г. он сделал доклад на заседании Президиума Академии наук, по которому была принята резолюция, где отмечалось «неудовлетворительное организационное состояние этих работ (по ядерной физике.— Прим. ред.), выражающееся в раздробленности ядерных лабораторий по различным ведомствам, в нерациональном распределении мощных современных технических средств исследования атомного ядра по институтам, в неправильном распределении руководящих научных работников в этой области и т. п.»110. Президиум полагал, что вся работа в области атомных ядер и космических лучей должна про
Ядерная предыстория
71
водиться в Академии наук СССР, а также в Академиях наук Украины и Белоруссии. Он просил правительство разрешить ФИАНу начать в 1939 г. строительство нового здания, с тем чтобы ядерные исследования как можно скорее были сконцентрированы в Москве. Было также решено учредить Комиссию по атомному ядру, которая бы планировала и организовывала ядерные исследования. Ее председателем должен был стать Вавилов, а членами, помимо прочих,— Иоффе, Алиханов и Курчатов111.
Решения Президиума стали ударом для Иоффе. Его институт еще не вошел в структуру Академии, и потому существовала вероятность того, что в случае, если планы Президиума осуществятся, он потеряет свою ядерную группу, тем более что промышленные наркоматы не были заинтересованы в работах по ядерной физике. Более того, вновь созданная Комиссия предоставила Вавилову широкие права для организации работ в этой области. Это было плохо для Иоффе, поскольку Вавилов явно старался получить физтехов-ский циклотрон112. Однако прежде чем комиссия смогла приступить к серьезной работе, значимость ядерной физики существенным образом возросла благодаря открытию в конце 1938 г. деления ядер.
VI
В этой главе рассматривалась реакция российских ученых на открытие радиоактивности и серию открытий — annus mirabilis 1932. Вернадский больше, чем кто-либо другой, настаивал на проведении исследований по радиоактивности и на разведке урановых месторождений. Его воодушевление частично было обусловлено убежденностью в том, что результатом этих исследований станет возможность использовать атомную энергию в практических целях. Однако к 30-м годам такая перспектива оказалась более отдаленной, чем это представлялось на заре века. В 1932 г. советских ученых влекла к изучению ядра не надежда на получение каких-либо практических результатов, но перспектива исследования интересных физических явлений. Они могли надеяться, что их работа будет полезной, но полагали, что практические результаты, даже если в конце концов и удастся к ним прийти, появятся в далеком будущем.
Именно ученые, а не те, кто формировал научную политику, проявили инициативу в расширении исследований по ядру и отстояли право заниматься ими, несмотря на скептицизм части практи
72
Глава вторая
чески мыслящих администраторов. Советские физики считали себя частью международного сообщества. Они с пристальным вниманием следили за тем, что делается за рубежом, хотели внести свой вклад в поток новых открытий и получить в этой области исследований признание западных коллег. Рудольф Пайерлс, который хорошо знал сообщество советских физиков 30-х годов, утверждал, что, когда они подошли к проблеме выбора направления исследований, у него в то время «не создалось впечатления, что в том, как делалась наука, было какое-то действительное различие» между Советским Союзом и другими странами113.
Физика, как это видно из настоящей главы, представляла собой сферу относительной интеллектуальной автономии в обществе, где господствовал тоталитарный режим. Эта интеллектуальная автономия поддерживалась комплексом общественных отношений — властью, социальным статусом, наградами, отличавшимися от того, что имело место в обществе в целом. Несмотря на усилия партийных идеологов, членство в партии и положение, занимаемое в партийной иерархии, не имели веса. Как говорил Френкель, «ни Энгельс, ни Ленин не являются авторитетами для физиков». Речь здесь шла не об отношении физиков к режиму (оно было различным), а об их отношении к объединению физиков как интеллектуальному предприятию. Аргументация в пользу интеллектуальной автономии основывалась на том, что существуют пределы влияния на нее партийного руководства, что физики имеют право сами решать, какие физические теории верны и какие проблемы интересны, а также надеяться на признание со стороны международного сообщества физиков. Решение о расширении исследований по ядру, принятое после 1932 г., свидетельствует о том, что советские физики действовали именно так.
Разумеется, верно, что ученые должны были объяснить властям сделанный ими выбор. Одна из возможностей действовать таким образом состояла в том, чтобы указать на потенциальную практическую полезность атомной энергии и тем самым засвидетельствовать свою приверженность целям и ценностям режима. В сентябре 1937 г. во вступительном слове, с которым Иоффе обратился к участникам 2-й Всесоюзной конференции по атомному ядру, он сказал: «Для нас, советских физиков, является основной истиной, что всякая наука, в том числе физика, может развиваться и ставить величайшие проблемы только в том случае, если она самым тесным образом на деле связана с теми практическими приложениями, ко
Ядерная предыстория
73
торые из нее вытекают». Он утверждал далее, что только овладение тайнами атомного ядра могло бы привести к осуществлению давней мечты об источнике дешевой энергии или мечты алхимиков о получении драгоценных металлов из более доступных114. В октябре следующего года физическая группа Академии наук приняла резолюцию о том, что ядерная физика должна в ближайшем будущем сконцентрироваться на работе, связанной с практическими техническими проблемами, но не уточнила, что это за проблемы113. Такого рода утверждения были не более чем благонамеренными высказываниями, рассчитанными на то, чтобы задобрить власти и обосновать просьбы о выделении средств.
Более реалистичное представление о позиции физиков можно получить из описания заседания ученого совета ФИАНа, состоявшегося в 1938 г. На нем обсуждались планы лабораторий по проведению прикладных исследований, например, по спектральному анализу металлов, радиогеодезии, люминесцентным лампам.
Когда очередь дошла до лаборатории атомного ядра, ее сотрудники начали бормотать что-то неопределенное о возможности измерения толщины стенок резервуаров по данным о рассеянии гамма-лучей, испускаемых радиоактивными источниками, которые имелись в институте. Один из членов совета, ныне хорошо известный физик, не смог удержаться и сказал: «Использование физики для нужд народного хозяйства — серьезное дело, и мы делаем много действительно существенного. Но не следует превращать его в игру. Физика атомного ядра — очень важная область фундаментальных научных исследований, и ее нужно развивать, но она не имеет и неизвестно когда еще будет иметь хоть какое-либо прикладное значение»116. Все присутствовавшие согласились с выступавшим, и заседание было продолжено.
Несмотря на имевшиеся трудности, советские исследования по ядерной физике в 30-е годы были весьма успешными. Виктор Вайскопф, высоко ценивший советских физиков, приехав в Советский Союз, увидел, что они ни в чем не отставали от зарубежных в понимании структуры ядер117. Иоффе в заключительных комментариях, сделанных им на конференции по ядерной физике 1937 г., сказал, что в Советском Союзе к этому времени было уже более ста ученых, работавших в области физики ядра. Это примерно в четыре раза превышало численность занятых соответствующими проблемами ко времени проведения первой конференции, состоявшейся в 1933 г. Из тридцати работ, представленных на конференцию
74
Глава вторая
1937 г., сказал он, многие имеют «фундаментальное значение» и свидетельствуют о «широком развитии нашей науки»118. Месяцем позже Президиум Академии с несомненным удовлетворением отметил рост «молодых научных кадров» в ядерной физике119.
Глава третья
Реакция на деление
I
Когда Энрико Ферми и его сотрудники в 1934 г. начали изучать искусственную радиоактивность, возникающую при бомбардировке различных элементов нейтронами, они обнаружили признаки образования трансурановых элементов, т. е. элементов, которые в периодической таблице Менделеева должны располагаться после урана. Химики других стран, а также Виталий Хлопин в Ленинграде, пытались выявить эти элементы с помощью радиохимического анализа и полагали, что и в самом деле обнаружили существование трансурановых элементов. Немецкий химик Ида Ноддак высказала предположение, что заключение Ферми ошибочно и что уран мог расщепиться на элементы из середины периодической таблицы, но никто не обратил внимания на ее аргументы1. Однако в декабре 1938 г. Отто Ган и Фриц Штрассман из берлинского Химического института кайзера Вильгельма открыли, что при бомбардировке урана нейтронами он расщепляется на элементы, находящиеся в середине периодической таблицы, а не превращается в элементы более тяжелые, чем уран. Это было совершенно неожиданное открытие. Ган и Штрассман были уверены в правильности результатов проведенного ими анализа, но в своей работе они написали, что «как химики-ядерщики, в определенном смысле близкие к физике», они еще не могут решиться прийти к заключению, которое «противоречит всем прежним представлениям ядерной физики»2.
Статья Гана и Штрассмана появилась в номере «Ди Натурвис-сеншафтен» от 6 января 1939 г., но еще до ее публикации Ган написал своей ближайшей сотруднице Лизе Мейтнер и сообщил ей об этом эксперименте. Мейтнер бежала из Германии после принятия расовых законов и в то время жила в Швеции. Она показала письмо Гана своему племяннику физику Отто Фришу, который прово
76
Глава третья
дил у нее рождественские каникулы. Фриш тоже бежал от нацистов и работал в Институте Нильса Бора в Копенгагене. Пытаясь объяснить результаты экспериментов Гана и Штрассмана, Мейтнер и Фриш пришли к выводу, что «ядро урана могло и в самом деле походить на подвижную и нестабильную каплю, готовую разделиться под действием самого незначительного импульса, например, удара нейтроном»3. После разделения обе капли разлетаются за счет сил взаимного электрического отталкивания, при этом суммарная их масса (по сравнению с исходным ядром) оказывается меньше (в энергетическом эквиваленте) на 200 МэВ. При химических реакциях с наибольшим выходом энергии высвобождается всего лишь несколько электрон-вольт, а в прочих процессах радиоактивного распада выделяется только несколько миллионов электрон-вольт. Следовательно, эта новая реакция, которую Фриш и Мейтнер назвали «делением», оказывается значительно более мощной. Их работа была опубликована в номере журнала «Нэйчер» от 18 февраля.
Новость об открытии деления атомного ядра быстро распространялась. 16 января 1939 г. Энрико Ферми, только что бежавший из Италии, поскольку его жене-еврейке угрожали фашистские расовые законы, узнал об этом в Нью-Йорке от Нильса Бора, который в этот день прибыл туда из Европы. Примерно в это же время Фредерик Жолио-Кюри прочел в Париже статью Гана и Штрассмана, а 26 января Бор рассказал об открытии участникам конференции в Вашингтоне — столице Соединенных Штатов. Это открытие вызвало большое оживление научных исследований: к декабрю 1939 г. было опубликовано более сотни статей по делению ядра4. Однако это оживление в условиях нависающей над Европой угрозы войны омрачалось предчувствием опасности, связанной с практическим применением деления ядра.
Советские физики узнали об открытии, когда до них дошли иностранные журналы5. Новости породили ту же реакцию, что и на Западе: необычайное возбуждение и возникновение новых направлений исследования. Хлопин и его сотрудники в Радиевом институте приступили к изучению химической природы продуктов деления. Открытие деления атомного ядра вызвало сильные сомнения в существовании трансурановых элементов. Но Хлопин продолжал глубоко интересоваться трансуранами и проводил опыты, чтобы выяснить, не обнаружатся ли они при расщеплении ядра6. В ходе этого исследования Хлопин открыл некоторые до этого времени неизвест
Реакция на деление
77
ные реакции распада подвергшихся делению ядер урана. Хотя он и не сумел выявить трансурановые элементы, он заключил, что цепочки радиоактивных превращений на самом деле свидетельствовали об их существовании7. 1 апреля 1939 г. он написал Вернадскому: «Опыты, которые удалось пока поставить, использовав циклотрон, делают весьма вероятным, что трансураны все же существуют, т. е. что распад урана под действием нейтронов течет различными путями». Он надеялся, что сможет дать окончательный ответ на вопрос о трансу ранах в ближайшие несколько недель, но ответ ускользнул от него: трансурановые элементы были впервые идентифицированы в Беркли в 1940 г.8
В институте Иоффе открытие деления атомного ядра также привело всех в волнение. Первая советская работа по делению ядра была сделана Яковом Френкелем, который использовал капельную модель ядра для теоретического объяснения деления ядер через понятие устойчивости тяжелых ядер. Он рассказал об этой работе на ядерном семинаре Курчатова, и вскоре его статья была опубликована в одном из советских журналов9.
Высвобождаются или нет свободные нейтроны в процессе деления, и если высвобождаются, то в каком количестве,— таков был первый вопрос, за решение которого взялась лаборатория Курчатова. Это был ключевой вопрос, потому что только в случае высвобождения более одного нейтрона окажется возможной самоподдерживающаяся цепная реакция. Данную проблему одновременно исследовали несколько групп ученых в Европе и Соединенных Штатах. Георгий Флеров и Лев Русинов пришли к выводу, что на одно деление приходится от одного до трех таких нейтронов. Они сделали первое сообщение об этом на семинаре Курчатова 10 апреля 1939 г., т. е. в тот же день, когда на нем выступил Френкель. К этому времени, однако, Жолио и два его сотрудника, Ганс фон Хальбан и Лев Коварский, уже опубликовали статью, в которой утверждали, что в процессе деления испускаются вторичные нейтроны, а 22 апреля они сообщили, что среднее число этих нейтронов на одно деление составляет три с половиной10.
Как только эти эксперименты были завершены, Курчатов решил проверить гипотезу, согласно которой медленные нейтроны вызывают деление только редкого изотопа урана — урана-23511. Медленные нейтроны приводили к процессу деления с гораздо большей вероятностью, чем быстрые, и в начале февраля Бор пришел к заключению, что медленными нейтронами делится уран-235, а не основ
78
Глава третья
ной изотоп природного урана — уран-238. Он опубликовал заметку об этом эффекте в номере журнала «Физикэл Ревью» от 15 марта12. Это было очень важное заключение, потому что изотоп урана-235 составляет 0,7^ природного урана. Бор, как и все, думал, что будет необычайно трудно выделить уран-235, и поэтому он очень скептически оценивал возможность практического использования атомной энергии. В марте он сказал своим коллегам, что «стране необходимо будет приложить все свои усилия для изготовления бомбы»13. Многие физики не были согласны с гипотезой Бора, по которой нейтронами делится только уран-235, но решающие эксперименты не могли быть выполнены до тех пор, пока в руках экспериментаторов не окажется обогащенный легким изотопом-235 образец урана. Тем не менее Курчатов предложил Русинову и Флерову исследовать этот вопрос. Они пришли к выводу, что Бор был прав, и доложили об этом на семинаре 16 июня 1939 г.14
Советские ученые задавались теми же вопросами, что и их западные коллеги, и то, что было сделано на Западе, находило у них живой отклик. Но их исследования оказывали лишь небольшое влияние на работы, которые велись за пределами Советского Союза. Работа, выполненная в 1939 г. в лаборатории Курчатова, не была опубликована вплоть до 1940 г. К этому времени она утратила то значение, которое могла бы иметь. Трудно было быть первыми в получении важных результатов, когда ученые в других центрах продвигались в своих исследованиях столь быстро. Проблема усложнялась еще и тем, что, прежде чем иностранные журналы становились доступными для советских ученых, проходило несколько недель15.
Самая важная теоретическая работа, выполненная в этот период в Советском Союзе, принадлежала Юлию Харитону и Якову Зельдовичу. В ней определялись условия, при которых может произойти ядерная цепная реакция. Статьи, опубликованные этими двумя учеными в 1939-1941 гг., предопределили ту ключевую роль, которую позднее им предстояло сыграть в развитии советского ядерного оружия. Харитон родился в 1904 г. в Санкт-Петербурге. Его отец был петербургским журналистом, а после революции — директором Дома писателей, важного центра литературной жизни. В 1921 г., когда Юлий Харитон был всего лишь студентом второго курса Политехнического института, Семенов пригласил его к себе на работу в институт Иоффе. В 1925 г. Харитон и Зинаида Вальта провели опыты по окислению паров фосфора при низких давлениях. Они
Реакция на деление
79
обнаружили, что при давлении кислорода ниже некоторого критического значения окисления не происходит. Когда Харитон и Валь-та опубликовали свои результаты, немецкий химик Макс Боден-штейн написал, что их результат невозможен и, должно быть, является следствием ошибки в эксперименте. Дальнейшие опыты Семенова подтвердили результаты, полученные Харитоном и Валь-та, и положили начало работе по цепным реакциям, за которую в 1956 г. Семенов получил Нобелевскую премию по химии16.
В 1926 г. Харитон отправился в Кембридж, где он по рекомендации Капицы был принят на работу в Кавендишскую лабораторию. Здесь он работал под руководством Эрнста Резерфорда и Джеймса Чедвика, выполняя исследования по чувствительности глаза к слабым импульсам света и по альфа-излучению17. Когда в 1928 г. Харитон вернулся в Ленинград, уже будучи доктором наук Кембриджского университета, он стал заведующим новой лабораторией, в которой изучались взрывчатые вещества. По пути в Советский Союз он останавливался в Германии, где в то время жила его мать. Много лет спустя он говорил, что этот визит убедил его в том, что политическая ситуация в Германии является угрожающей и что он должен заняться работой, которая была бы полезной для обороны страны18. Лаборатория Харитона стала частью нового Института химической физики, который в 1931 г. выделился из института Иоффе19.
Зельдович был на десять лет моложе Харитона. Он тоже родился в высокообразованной еврейской семье: его отец был юристом, а мать изучала языки в Сорбонне. Во время посещения института Иоффе семнадцатилетний Зельдович задал несколько вопросов, которые произвели очень благоприятное впечатление на одного из заведующих лабораторией. В результате Зельдович был приглашен туда на работу20. К тому времени, когда все было окончательно устроено, эта лаборатория стала частью Института химической физики.
Летом 1939 г. в автобусе по пути в Лесное Зельдович узнал от одного физика о статье, в которой французский физик Франсис Перрен пытался определить величину критической массы урана, необходимой для возникновения в ней цепной реакции21. Эта работа заинтересовала Зельдовича, и он рассказал Харитону о расчетах, выполненных Перреном. Вместе они проштудировали статью Пер-рена, но его анализ не показался им убедительным, и они решили, что сами исследуют эту проблему22. Заниматься этой темой пред-
80
Глава третья
ставлялось для них естественным, поскольку изучение цепных реакций было основным предметом исследований в институте Семенова.
Поначалу Зельдович и Харитон работали над этой проблемой ядерной физики по вечерам, но вскоре поняли, что задача настолько велика, что ее решению они должны посвятить все свое время. Они стали участвовать в работе Курчатовского семинара, на котором вскоре ознакомились с новейшими исследованиями в области ядерной физики. В октябре 1939 г. они направили в ЖЭТФ («Журнал экспериментальной и теоретической физики») две свои работы. В первой из них рассматривалась возможность развития цепной реакции, возникающей в уране-238 под воздействием быстрых нейтронов23. Бор утверждал, что уран-238 не делится медленными нейтронами; если бы цепная реакция на быстрых нейтронах имела место, то нейтроны, испускаемые при делении, вызвали бы последующее деление еще до их замедления. Зельдович и Харитон теоретически определили условия, при которых цепная реакция могла бы иметь место, и сделали заключение, основанное на имеющихся экспериментальных данных, что требуемые условия не могут осуществиться в уране-238, будь то окись урана или чистый металлический уран24.
В своей второй статье Зельдович и Харитон исследовали возможность цепной реакции на медленных нейтронах в природном уране25. Опыты, проведенные Ферми совместно с Лео Сцилардом и Гербертом Андерсоном в Колумбийском университете в Нью-Йорке и Жолио и его сотрудниками в Париже, показали, что на возможность цепной реакции в природном уране существенным образом влияет резонансное поглощение нейтронов в уране-238 до того, как они замедлятся и смогут вызвать деление урана-235. Ферми с сотрудниками провели свои опыты с ураном, помещенным в бак с водой. Они пришли к выводу, что «даже при оптимальной концентрации водорода остается крайне неопределенным, превзойдет ли выход нейтронов их полное резонансное поглощение»26. Иными словами, не было ясно, сможет ли водород существенно замедлить нейтроны таким образом, чтобы избежать резонансного захвата и тем самым сделать возможной цепную реакцию.
Зельдович и Харитон по-другому интерпретировали результаты, полученные Жолио и Ферми, основываясь на своей собственной теории, трактующей условия, необходимые для возникновения цепной реакции, и сделали вывод о том, что она не будет возможной в системе уран — вода. Зельдович и Харитон писали о том, что для
осуществления цепной реакции «необходимо для замедления нейтронов применять тяжелый водород или, быть может, тяжелую воду, или какое-нибудь другое вещество, обеспечивающее достаточно малое сечение захвата. ...Другая возможность заключается в обогащении урана изотопом 235». Если содержание урана-235 в природном уране будет повышено с 0,7 до 1,3%, то, по их расчетам, в качестве замедлителя могли бы быть использованы вода или водо-
род27
На 4-й Всесоюзной конференции по физике ядра, состоявшейся в ноябре 1939 г. в Харькове, Харитон доложил о работе, выполненной им совместно с Зельдовичем. Из его доклада следовало, что «из этих расчетов, которые на первый взгляд приводят к пессимистическим выводам, видно, однако, по какому пути можно идти для осуществления цепной реакции. Достаточно повысить в уране концентрацию изотопа 235, чтобы реакция оказалась возможной. Если, с другой стороны, в качестве замедлителя вместо водорода использовать дейтерий, то поглощения в замедлителе практически не будет, и реакция, очевидно, также будет осуществима. Оба пути кажутся сейчас довольно фантастическими, если вспомнить, что для осуществления реакции необходимы тонны урана. Однако принципиально возможность использования внутриядерной энергии открыта»28. На конференции возникла дискуссия об использовании деления ядра в качестве источника энергии или для взрывов, но никто из ее участников не считал, что это дело близкого будущего29.
Нильс Бор и Джон Уилер опубликовали важнейшую работу по теории деления в журнале «Физикэл Ревью» 1 сентября 1939 г., за два дня до начала войны в Европе*. Помимо прочего, эта работа содержала теоретическое обоснование гипотезы Бора, согласно которой именно уран-235 делится медленными нейтронами. Александр Лейпунский, который представил на Харьковской конференции обзор состояния исследований по ядру, большую его часть посвятил теории Бора и Уилера. Он сказал, что в течение очень долгого времени нельзя будет осуществить разделение изотопов, и утверждал, что цепная реакция на медленных нейтронах «весьма сомнительна». Более того, добавил он, ничего нельзя сказать о возможности реакции на быстрых нейтронах, поскольку отсутствуют данные о таких процессах, как замедление быстрых нейтронов30.
* Вторая мировая война началась 1 сентября 1939 г. - Прим. ред.
82 Глава третья
* Автор цитирует по англоязычному источнику. Здесь слова И. Тамма приводятся в обратном переводе с английского. - Прим. перев.
Большинство советских ученых скептически относились к возможности использования атомной энергии. Говорят, что Игорь Тамм в августе 1939 г., комментируя работу Зельдовича и Харито-на, сказал: «Знаете ли вы, что означает это новое открытие? Оно означает, что может быть создана бомба, которая разрушит город в радиусе, возможно, десяти километров [от эпицентра взрыва]»31*. Но такого рода оценка была исключением. Иоффе в докладе, сделанном в Академии наук в декабре 1939 г., отметил, что представляется маловероятным, что в этом случае возможно использование результатов ядерной физики в практических целях32. Капица в 1940 г. но этому же поводу заметил, что для осуществления ядерных реакций потребуется больше энергии, чем они могут отдать. Понадобится разделить изотопы, а для этого необходимо будет «затратить энергии больше, чем можно рассчитывать получить от ядерной реакции». Было бы весьма удивительным, сказал он, если бы возможность использовать атомную энергию превратилась в реальность33.
Исследования условий осуществления цепной реакции деления продолжались и после харьковской конференции. Курчатов предложил провести несколько экспериментов, которые могли бы установить; будет ли уран-238 делиться быстрыми нейтронами. Он поручил проведение одного из этих экспериментов Флерову и Константину Петржаку, молодому исследователю из Радиевого института. Задача опыта состояла в наблюдении за тем, как меняется величина потока нейтронов из урановой сферы, если внутри нее поместить источники нейтронов с различными спектрами энергий. Петржак и Флеров построили очень чувствительную ионизационную камеру для регистрации актов деления. Когда в начале 1940 г. они приступили к опытам, то, к своему большому удивлению, обнаружили, что ионизационная камера продолжает срабатывать, т. е. регистрировать деление, и тогда, когда они убрали источник нейтронов. Вскоре они пришли к заключению, что открыли спонтанное деление — деление, происходящее без бомбардировки нейтронами. Теоретически такой процесс был предсказан Френкелем, а также Бором и Уилером, но Петржак и Флеров первыми экспериментально доказали это явление34.
Реакция на деление
83
Курчатов предложил Петржаку и Флерову провести ряд контрольных опытов, чтобы исключить возможность ошибки в эксперименте. Один из этих опытов был проведен под землей — в помещении станции московского метро «Динамо», чтобы показать, что деление не вызывается космическими лучами. В конце концов Курчатов убедился в том, что они открыли спонтанное деление. В мае 1940 г. Хлопин и Курчатов доложили об этом открытии в Академии наук, и вскоре в советских журналах появились соответствующие статьи35. Курчатов, всегда придававший значение мнению иностранных физиков, послал короткое телеграфное сообщение об открытии в американский журнал «Физикэл Ревью», и оно было опубликовано в номере от 1 июля 1940 г. Флеров и Петржак хотели включить имя Курчатова в число авторов, поскольку это он предложил схему эксперимента и помогал им в анализе его результатов, но Курчатов отклонил это предложение. По-видимому, он опасался, что его молодые сотрудники не получат должного признания, если статья будет подписана и его именем36. В Советском Союзе это открытие привлекло большое внимание. Его рассматривали как свидетельство того, что Курчатов и его сотрудники работают теперь на том же уровне, что и ученые ведущих исследовательских центров на Западе. Позднее Флеров говорил: «...Тогда, до войны, в нас очень были сильны приоритетные страсти. Все дрались за первенство»37. Американец Уиллард Либби тоже пытался экспериментально обнаружить явление спонтанного деления, но потерпел неудачу. Это сделало успех советских физиков еще более приятным событием.
7 марта 1940 г. Зельдович и Харитон направили в ЖЭТФ свою третью статью, которая была опубликована в мае38. В первых двух статьях они исследовали условия для развития цепной реакции в системе бесконечного размера. Теперь они изучали кинетику цепной реакции в условиях, близких к критическим. Цепная реакция будет развиваться только в блоке критических размеров. Ядерная цепная реакция могла бы дать огромное количество энергии, писали они, и сделать возможным «некоторые применения урана»39. Поэтому вскоре можно было бы ожидать получения цепной реакции, несмотря на большие трудности, стоящие на этом пути. Но окончательный вывод об использовании деления ядер для получения энергии или для взрывов нельзя сделать, пока не будет понята кинетика цепной реакции. Особенно важно было понять переход от подкри-тического состояния к надкритическому, потому что этот переход может произойти очень быстро. Зельдович и Харитон писали о том,
84
Глава третья
что расчетное время между поколениями нейтронов в случае медленных нейтронов составляет миллисекунды и десятки микросекунд — для быстрых нейтронов40.
Вычисления Зельдовича и Харитона показали, что как только система приближается к критическому состоянию, тепловое расширение урана (которое позволило бы нейтронам покинуть блок урана) и испускание запаздывающих нейтронов способны оказывать решающее влияние на переход в критическое состояние, а это позволило бы гораздо легче регулировать этот переход. «Такие свойства системы (прежде всего регулировка через тепловое расширение) делают экспериментальное исследование и энергетическое использование цепного распада урана безопасным. Взрывное использование цепного распада требует специальных приспособлений для весьма быстрого и глубокого перехода в сверхкритическую область и уменьшения естественной терморегулировки»41.
В этой статье говорилось о физических процессах, которые должны оказаться определяющими при конструировании реакторов. Из нее также видно, что Зельдович и Харитон размышляли о цепных реакциях на медленных и быстрых нейтронах и что они предполагали возможность использования внутриядерной энергии как для бомб, так и для получения энергии. Хотя в их статье в явном виде не определялось условие для инициирования мощного ядерного взрыва (значительная сверхкритичность в начальном состоянии и размножение быстрых нейтронов), она, как утверждалось в более поздних комментариях к ней советских ученых, непосредственно указывала на это условие42.
II
В 30-е годы физики-ядерщики были истинным примером международного сотрудничества в науке, а драматический прогресс этого десятилетия был основан на открытиях, сделанных учеными в нескольких странах. О получаемых теоретических и экспериментальных результатах очень быстро становилось известно международному сообществу, и открытие, сделанное в одной лаборатории, стимулировало дальнейшие исследования в других. Это очень хорошо видно на примере реакции физиков на открытие деления. Вскоре, однако, ситуация стала меняться, так как ядерная физика начала превращаться из сферы исследований, далекой от практических приложений, в ключевой фактор международных отношений.
Реакция на деление
85
Первым человеком, увидевшим, что физики-ядерщики должны принять во внимание возможность применения результатов их исследований в военном деле, был Лео Сцилард, венгерский физик, который в 1933 г. эмигрировал в Англию, спасаясь от нацистов, преследовавших евреев. Сцилард сразу же понял, какое значение может иметь деление ядра, поскольку еще в 1933 г. пришел к идее цепной реакции, открывавшей путь к освобождению энергии атомного ядра. Ему не пришло в голову, что цепная реакция могла быть возможной в уране, не предвидел он и открытия деления. Но он был настолько обеспокоен перспективами, которые были связаны с ядерной цепной реакцией, что получил британский патент, полагая, что тем самым сумеет ограничить возможное использование своей идеи43.
В январе 1939 г. Сцилард, который к этому времени жил в Нью-Йорке, предложил Ферми засекретить исследования по делению ядра. Ферми полагал, что возможность использования цепных реакций отдаленна, и отреагировал на замечание Сциларда репликой: «Чепуха!»44. Тогда Сцилард написал Фредерику Жолио, чтобы тот высказался в пользу засекречивания исследований. Жолио проигнорировал это предложение и вместе со своими сотрудниками, Хальбаном и Коварским, опубликовал статью, в которой было показано, что при делении атомного ядра испускаются нейтроны45.
Сцилард не отказался от своих попыток и в марте убедил Ферми попросить редакцию журнала «Физикэл Ревью» задержать публикацию статьи физиков из Колумбийского университета о числе вторичных нейтронов, приходящихся на каждый акт деления. Побуждаемый Сцилардом, Виктор Вайскопф послал Хальбану телеграмму о том, что эта публикация откладывается, и спрашивал, готовы ли Жолио и его сотрудники сделать то же самое. Жолио отклонил это предложение. 7 апреля, в тот самый день, когда он телеграфировал Сциларду о своем окончательном решении, группа французских физиков послала в «Нэйчер» статью, в которой было подсчитано, что при одном делении испускается от трех до четырех нейтронов46.
Эта статья, опубликованная 22 апреля, оказала большое влияние на исследования, проводившиеся повсюду, поскольку в ней было показано, что цепная реакция и в самом деле возможна. Это побудило профессора Дж. П. Томпсона, работавшего в Имперском колледже в Лондоне, обратить внимание английского правительства на возможность создания атомной бомбы и на важность недопуще
86
Глава третья
ния Германии к урану, которым владела бельгийская компания «Юнион Миньер». Ответственность за решение проблемы урана была возложена на Комитет по научным изысканиям по противовоздушной обороне при Министерстве авиации. Было начато исследование на предмет возможности получения цепной реакции, но особой срочности в проведении этих работ не было, поскольку само создание бомбы представлялось делом будущего. Начавшаяся в сентябре 1939 г. война ограничила дальнейшее развитие исследований, поскольку большинство физиков оказались теперь вовлеченными в другие работы, связанные с обороной47.
Что касается немецких ученых, то и они в апреле поставили свое правительство в известность о практическом применении реакции деления ядер. Николаус Риль, бывший студент Гана и Мейтнер, возглавлявший теперь исследования в компании «Ауэр», обратил внимание Управления военных материалов на возможные приложения явления ядерного деления. Другие ученые писали в Министерство просвещения и в Министерство вооруженных сил. В сентябре 1939 г. Управление военных материалов утвердило проект исследований по делению ядер. Военное министерство подчинило себе берлинский Физический институт кайзера Вильгельма и сместило Петера Дебая с поста его директора. Начиная с этого времени все упоминания о возможности создания атомных бомб или урановых реакторов были запрещены в германской печати48.
Во Франции Жолио и его сотрудники в гораздо большей степени интересовались использованием цепных ядерных реакций для производства ядерной энергии и полагали, что это более близкая перспектива, чем атомная бомба. Однако, когда началась война, Жолио объяснил Раулю Дотри, министру вооружений, что исследования по проблеме урана могут привести или к созданию нового мощного оружия, или к получению источника огромной энергии. Дотри пообещал Жолио оказывать необходимую ему помощь и в марте 1940 г. направил Жака Аллье, инженера, который в это время работал в военной разведке, в Норвегию, поручив ему получить у Норвежской гидроэлектрической компании запас тяжелой воды. Это была единственная компания, производившая значительные количества тяжелой воды. Аллье сумел получить весь этот запас — 185,5 кг — и перевезти его в Париж. Но французские ядерные исследования были прерваны в мае 1940 г. вторжением немецких войск во Францию. Хальбан и Коварский с драгоценной тяжелой
Реакция на деление
87
водой бежали в Англию. Жолио остался в Париже, чтобы поддержать французскую науку во время нацистской оккупации49.
В Соединенных Штатах, все еще не вступивших в войну, Сцилард настаивал на расширении исследований, опасаясь, что в Германии уже начались работы над созданием атомной бомбы. Он придумал способ, которым можно было привлечь внимание Рузвельта к этой проблеме: следовало попросить Альберта Эйнштейна написать президенту письмо (оно было датировано 2 августа 1939 г.) и предостеречь его, сообщив, что данные современных исследований свидетельствуют о том, что могут быть созданы «мощные бомбы нового типа». В конце своего письма Эйнштейн заметил, что Германия запретила продажу урана из рудников Чехословакии, которую она оккупировала в марте. Реакцией на это письмо было принятое Рузвельтом в октябре 1939 г. решение учредить Урановый комитет50.
Кроме того, Сцилард продолжал свою кампанию за запрещение публикации результатов исследований по делению ядра, но в первые месяцы 1940 г. не достиг в этом большого успеха. Он воздержался от публикации одной из своих статей и убедил сделать то же самое одного-двух своих коллег. Однако в мае 1940 г. физики Эдвин Макмиллан и Филипп Абельсон, работавшие в Беркли, опубликовали в «Физикэл Ревью» сообщение об образовании в процессе деления урана элемента-93, который позднее был назван нептунием. В Европе и Америке это вызвало протесты со стороны физиков, которые полагали, что опасно публиковать статью, содержащую указание на возможность получения способных к делению трансурановых элементов. Если это так, то можно будет получить бомбу, не решая очень сложной задачи выделения урана-235. Вскоре редакторы основных американских научных журналов и ведущие ученые приняли решение о добровольном ограничении публикаций о делении51 .
Поведение советских ученых было совсем другим. Сведения о том, что они пытались предупредить свое правительство о возможности практического применения реакции деления ядер до лета 1940 г. отсутствуют, не было также создано какой-либо специальной организации, которая координировала бы исследования по делению атомного ядра52. В 1940 г. советские физики продолжали свободно публиковать работы по делению, и не предпринималось никаких попыток — ни со стороны их самих, ни со стороны государства — ограничить публикации. Контраст с реакцией ученых других стран поразителен и отражает стратегическую и политичес
88
Глава третья
кую установки, принятые в Советском Союзе. В отличие от Англии, Франции и Германии Советский Союз не был вовлечен в войну в Европе (хотя и вторгся в Польшу в сентябре 1939 г., а кроме того, с ноября 1939 г. по март 1940 г. находился в состоянии войны с Финляндией). В отличие от Соединенных Штатов в Советском Союзе не было большой группы физиков-эмигрантов, которые забили бы тревогу о нацистской атомной бомбе. Кроме того, выражение тревоги по отношению к перспективам создания немецкой атомной бомбы противоречило бы советско-германскому пакту, заключенному в августе 1939 г., и договору о дружбе, который последовал за ним в сентябре. Заключение договоров Советского Союза с фашистской Германией привело к тому, что западные физики решили прекратить обмен научной информацией по проблемам деления ядра со своими советскими коллегами.
Несмотря на поднятую учеными тревогу, к началу 1940 г. нигде не подготавливался полномасштабный проект, который определил бы развитие работ по атомной бомбе. Хотя цепная реакция и представлялась возможной, это все еще не было твердо установлено. Кроме того, никто точно не сформулировал условия возникновения взрывной цепной реакции. Также оставалось неясным, можно ли будет выделить уран-235 в количествах, достаточных для создания бомбы. Большинство физиков полагали, что понадобятся тонны обогащенного урана, и было широко распространено мнение, что процесс его получения будет слишком дорогостоящим53.
Прорыв в этом отношении произошел в марте 1940 г., когда Рудольф Пайерлс и Отто Фриш, работавшие в университете Бирмингема, составили меморандум «О конструкции "супербомбы", основанной на цепной ядерной реакции в уране»54, где сформулировали ряд основополагающих вопросов. Если вы имеете блок чистого ура-на-235, будет ли в нем развиваться цепная реакция на быстрых нейтронах? Если будет, то сколько урана-235 для этого потребуется? Каковы будут последствия такой цепной реакции? Каким образом можно выделить уран-235? На эти вопросы они предложили ответы, которые показали, что создание ядерной бомбы — гораздо более выполнимая задача, чем думали физики. Фриш и Пайерлс сделали вывод, что цепная реакция на быстрых нейтронах может развиться в куске металлического урана-235 весом в один килограмм, а разрушающий эффект от взрыва пятикилограммовой бомбы будет эквивалентен взрыву нескольких тысяч тонн динамита. Они отметили, что на основе цепной реакции на медленных нейтронах нельзя
Реакция на деление
89
создать эффективную бомбу, потому что уран разогревается и его тепловое расширение приведет к утечке нейтронов и тем самым к остановке реакции. Они предположили, что уран-235 может быть выделен методом термодиффузии, который кратко описали. Меморандум Фриша — Пайерлса побудил британское правительство учредить комитет, который должен был исследовать возможность создания атомной бомбы. Этот комитет, известный как Комитет Мод, координировал решение проблемы атомной бомбы в Великобритании и представил свой доклад в июле 1941 г.
Маргарет Гоуинг писала о меморандуме Фриша — Пайерлса, что поднятые в нем «вопросы сегодня могут казаться достаточно очевидными, но они не были такими в то время. В Америке они не были поставлены даже много месяцев спустя, пока британская работа не стала доступной американцам. Немецкие физики, включая блестящего теоретика Гейзенберга, по-видимому, вообще ими не задавались»55. Прошло несколько месяцев, прежде чем эти же вопросы были сформулированы советскими физиками.
III
Научный обозреватель газеты «Нью-Йорк Тайме» Уильям Лоу-ренс в 1940 г. внимательно следил за ядерными исследованиями, с особым вниманием относясь к происходящему в Германии. В конце апреля он узнал от Петера Дебая, который тогда посетил Соединенные Штаты, что большая часть сотрудников Физического института кайзера Вильгельма были ориентированы на работы по урану. Он счел это подтверждением своих подозрений о том, что нацистская Германия работает над созданием атомной бомбы. В то же время Лоуренс узнал, что два маленьких образца урана-235 были выделены Альфредом Ниром, работавшим в Миннесотском университете, и что эти образцы были использованы Джоном Даннингом из Колумбийского университета для экспериментального подтверждения того, что именно этот изотоп делится под действием медленных нейтронов. Лоуренс решил, что пришло время написать «сенсационную статью»56.
В воскресенье 5 мая 1940 г. газета «Нью-Йорк Тайме» поместила на своей первой странице статью Лоуренса под заголовком «Наука открыла громадный источник атомной энергии». Лоуренс писал об эксперименте Даннинга и утверждал, что «единственным шагом, который осталось сделать для решения проблемы нового источника
энергии, является усовершенствование методов извлечения этой субстанции (урана-235.— Д. X.)». Он подчеркнул исключительную взрывную мощность урана-235 и «возможное колоссальное влияние последствий этого открытия на исход войны в Европе». Он также сообщал — с некоторым преувеличением — что «каждому немецкому ученому, работающему в этой области,— физику, химику, инженеру... приказано бросить все остальные исследования и посвятить себя только этой работе»57.
Лоуренс надеялся, что его статья насторожит политических деятелей, показав им опасность того, что нацистская Германия может создать атомную бомбу. Когда из Вашингтона не последовало никакого отклика, он был этим обескуражен58. Но статья Лоуренса повлекла за собой событие, которого он не ожидал и о котором, возможно, так никогда и не узнал. Георгий Вернадский, который в то время преподавал историю в Йельском университете, зная, конечно, об интересе своего отца к проблемам урана и атомной энергии, послал ему статью Лоуренса. Когда Вернадский получил это письмо, он находился в санатории «Узкое», расположенном недалеко от Москвы. История, рассказанная Лоуренсом, произвела на него очень большое впечатление59. Вернадский был просто поражен сообщением Лоуренса об экспериментах с ураном-235. Первый вопрос, который пришел ему в голову, был о том, хватит ли у Советского Союза урановой руды для использования в качестве источника атомной энергии. Он и Хлопин, который тоже находился в «Узком», написали в Отделение геологических и географических наук, предлагая разработать план разведки залежей урана: «Уран из металла, находившего себе лишь ограниченное применение и рассматривавшегося всегда как побочный продукт при добыче радия, приобретает совершенно исключительное значение, — писали они.— ...Разведки известных месторождений и поиски новых производятся темпами совершенно недостаточными и не объединенными общей идеей»60.
В ответ на эту записку Академия, как сообщила 26 июня газета «Известия», сформировала «тройку», в которую входили Вернадский, Виталий Хлопин и Александр Ферсман, для разработки «проекта мероприятий, которые необходимо осуществить в связи с возможностью использования внутриатомной энергии»61. Несколькими днями позже Вернадский написал письмо вице-президенту Академии, в котором объяснил, почему он считает этот вопрос таким срочным: «По имеющимся известиям, полученным мною почти слу
Реакция на деление
91
чайно и в неполной форме из-за искусственных препятствий, установленных, к сожалению, для чтения зарубежной прессы, сейчас в США и в Германии идет энергичная и организованная работа в этом направлении, несмотря на мировые военные события. Наша страна ни в коем случае не может стоять в стороне и должна дать возможность и денежные средства для широко организованной и спешной работы в этой области первостепенного значения»62. Здесь Вернадский играл ту же роль, что и перед первой мировой войной, когда он настаивал на организации экспедиций для поисков урана. И снова Вернадский надеялся на помощь Хлопина и Ферсмана. 5 июля 1940 г. он писал сыну в Нью-Хэйвен: «Спасибо за присланную из Вашингтона вырезку из "Нью-Йорк Тайме" об уране. Это было первое известие об этом открытии, которое дошло до меня и до Москвы вообще. Я немедленно двинул дело. 26.VI образовалась в Академии "тройка" под моим председательством (Ферсман и Хлопин) с правом кооптации. Ферсман в Мурманске — но я начал работу немедленно. Надо использовать лето и осень. Не ожидал я, когда Содди впервые ярко выяснил возможность использования внутриатомной энергии (более 35 лет тому назад), что доживу до того времени, когда видится не только обсуждение, но и работа в этой области. Я думаю теперь, что открывающиеся возможности для будущего здесь большие, чем применение в XVIII веке пара и в XIX — электричества»63. В других письмах он опять проводил параллель между атомной энергией и электричеством. Именно эта перспектива — в большей степени, чем непосредственная опасность, исходящая от Германии, о чем написал Лоуренс,— побудила Вернадского к действиям. Его замечание о том, что в Соединенных Штатах и Германии работа движется быстро, «несмотря на мировые военные события», а не из-за них, подтверждало это.
12 июля Вернадский и Хлопин направили письмо Николаю Булганину, заместителю Председателя Совнаркома, ответственного ui химию и металлургию, в котором обращали его внимание на открытие деления атомного ядра и на огромное количество энергии, которое при этом освобождается64. Представляется, что это была первая попытка советских ученых предупредить одного из главных членов правительства о том, что открытие деления урана-235 мед-лепными нейтронами дает возможность управлять реакцией деления ядра. На пути практического использования атомной энергии, считали они, стоят весьма значительные трудности, которые «не имеют, однако, принципиального характера». Ученые просили прави
92
Глава третья
тельство предпринять шаги, «которые обеспечили бы Советскому Союзу возможность не отстать в разрешении этой важнейшей задачи от зарубежных стран». Перед Академией должна быть поставлена задача сконструировать устройство для разделения изотопов и ускорить проектирование нового «сверхмощного» циклотрона ФИАНа65.
Когда 16 июля Президиум Академии собрался для рассмотрения доклада Вернадского, ему было предложено вместе с Ферсманом и химиком С. И. Вольфковичем написать новую записку о работе Академии в этой области и о развитии методов разделения изотопов. Кроме того, им предлагалось составить письмо, адресованное правительству, о значении атомной энергии, об образовании Государственного уранового фонда и о разведке урановых месторождений66. Вернадский был удовлетворен результатами заседания, но он чувствовал, что не все разделяют его точку зрения. «Огромное большинство не понимает исторического значения момента,— записал он на следующий день в своем дневнике.— Любопытно, ошибаюсь я или нет?»67. Несколькими днями позже в письме к Личкову он говорил следующее: «...Уран получил значение как источник атомной энергии. У нас уран — дефицитный металл; радий мы добывали из глубоких рассолов, можно получить любое количество. Урана в этих водах нет»68.
Вернадский писал, что следует создать новую комиссию, при этом он должен «сделать заявление», что ее председателем целесообразно назначить Хлопина. Взяв на себя инициативу, Вернадский, которому в то время было 77 лет и который был занят другими научными проектами, теперь передавал Хлопину роль лидера.
На основе письма Вернадского правительство решило одобрить образование Комиссии по проблеме урана при Президиуме Академии наук69. Комиссия была учреждена 30 июля 1940 г. Ее председателем стал Хлопин, а Вернадский и Иоффе были назначены его заместителями. Помимо Хлопина членами Комиссии стали три бывших ученика Вернадского: Александр Ферсман, А. П. Виноградов, геохимик, который к этому времени был заместителем Вернадского в биогеохимической лаборатории, и Д. И. Щербаков, геолог, работавший в академическом Институте геологии. Из физиков, помимо Иоффе, в Комиссию вошли Курчатов, Харитон, Вавилов, Капица, Мандельштам и П. П. Лазарев (областью интересов последнего были скорее биофизика и геофизика, а не физика ядра). Наконец, в нее вошли А. Н. Фрумкин, директор Института физической химии
Реакция на деление
93
Академии наук, и Г. М. Кржижановский, возглавлявший в то время Энергетический институт Академии наук70.
Президиум Академии просил Комиссию определить, какие исследования надо будет проводить Академии, организовать работу по методам разделения изотопов урана, начать изучение управляемых ядерных реакций, а также координировать исследования в этой области, проводимые в Академии, и направлять их. Группе под руководством Ферсмана было предписано еще до конца года отправиться в Среднюю Азию, чтобы исследовать там месторождения урана и организовать в Ташкенте конференцию, посвященную геохимической разведке урана. Этой группе было также поручено составить план по созданию Государственного уранового фонда. Академии предлагалось созвать на базе Радиевого института конференцию по радиоактивности и ускорить работу с циклотронами Радиевого института, института Иоффе и ФИАНа. В определении функций Комиссии Академия следовала советам Вернадского.
Вскоре комиссия приступила к работе. На одном из первых ее заседаний, на котором присутствовали руководители промышленности и геологи, Хлопин объяснил, что проведенное недавно исследование «сделало вероятным осуществление так называемой цепной реакции», сопровождающейся выделением исключительно большого количества энергии. Он предупредил, что «на пути стоит очень много трудностей», а сам «механизм этой реакции недостаточно выяснен»71. Он объяснил, что такая реакция может быть осуществлена на уране-235. Однако необходимо было попробовать также осуществить цепную реакцию на уране-238, что «не является совершенно невозможным теоретически, возможно, что этот вопрос может быть решен, и в этом направлении работа ведется. С другой стороны, если этого сделать нельзя, то подсчеты показывают, что путем обогащения природного урана изотопом-235, даже не выделенным в чистом виде, а в смеси с изотопом-238, может быть воспроизведена такая цепная реакция. Это два направления, по которым физики должны работать»72.
Цепная реакция потребует «количеств, исчисляемых десятками килограммов этой смеси»,— сказал Хлопин, подчеркнув, что накопление запасов урана является теперь фундаментальной задачей, так как эти запасы в Советском Союзе «пока что не очень богаты»: «...Прежде всего надо выяснить, какими запасами мы можем располагать, то есть можем ли дать нужное количество. Затем, познакомившись с тем, в каком положении находится наша сырьевая 6а
94
Глава третья
за на сегодняшний день, выяснить, правильно ли проводятся геологические поиски урановых месторождений»73.
Урановая комиссия столкнулась с очень большими трудностями, связанными с обеспечением советских физиков соединениями урана и металлическим ураном, который был им нужен для проведения экспериментов. В других странах урановые соединения были побочными продуктами производства радия, но советская радиевая промышленность могла обеспечивать нужды страны в радии, извлекая его из воды буровых скважин нефтяных месторождений Ухты. Поэтому в 1940 г. в стране было очень мало урана, хотя в некоторых институтах и имелись небольшие запасы солей урана74. Сколько-нибудь серьезного спроса на уран не было, и очень мало было сделано для поиска его месторождений. Рудник в Тюя-Муюне был закрыт, и, хотя и было обнаружено несколько новых месторождений урана, они не обследовались систематическим образом75. Советские геологи не знали, какими запасами урана располагает страна76.
IV
Президиум Академии предложил Урановой комиссии к 20 сентября 1940 г. подготовить план исследований. 29 августа, до того, как Комиссия выполнила это указание, Курчатов, Харитон, Флеров и Русинов представили в Академию свой собственный план под названием: «Об использовании энергии деления урана в цепной реакции»77. Возможность использования атомной энергии в принципе установлена, писали они, но необходимы дальнейшие исследования.
Первой задачей было определение условий возникновения цепной реакции в металлическом уране. Это исследование должен был провести Флеров, и ему был необходим килограмм чистого металлического урана. Вторая задача вытекала из первой: если окажется, что цепная реакция в металлическом уране возможна, следует изучить нейтроны, испускаемые при делении урана-238. Для этих экспериментов понадобится 300 кг металлического урана. Эти два момента свидетельствовали о том, что Курчатов и его сотрудники, подстегиваемые, по-видимому, Флеровым, не потеряли надежды на возможность осуществления цепной реакции в смеси природного урана и воды. Следующие три направления исследований отражали их интерес к системам, состоящим из природного урана и замедлителя: следовало определить поперечные сечения захвата нейтронов тяжелым водородом (дейтерием), гелием, углеродом, кислородом и
Реакция на деление
95
Имелось и еще одно различие. Давид Джоравский убедительно доказал, что дело Лысенко следует рассматривать не только как конфликт между естественными науками и диалектическим материализмом, но и как продукт ужасающих условий, сложившихся в советском сельском хозяйстве после коллективизации. Советские селекционеры, хотя они и получили международную известность за выведение улучшенных сортов зерновых культур, не могли предложить каких-либо мер, которые позволили бы существенно увеличить урожаи зерновых. Их осторожный реализм был неуместен, когда надо было решать текущие проблемы, с которыми столкнулось советское сельское хозяйство87. Теории Лысенко, предлагавшие способы повышения урожайности, укрепляли убеждение, что Советский Союз создает самую передовую в мире систему сельского хозяйства. Советские руководители могли быть недовольны тем, что советская физика мало помогает промышленности, которая, тем не менее, быстро развивается. Советская власть не нуждалась в «лы-сенковской» физике, чтобы перебросить мост через пропасть между политическими целями и реальностью. Многие работы, выполненные физиками, оказывались полезными для промышленности, и те области физики, которые подвергались наиболее сильным идеологическим атакам, особенно квантовая механика, не были звеньями той опасной цепи, которая в сталинские годы связывала науку и практическую целесообразность.
VI
В дореволюционной России физика была одной из наиболее слабо развитых наук. Ее становление не обеспечивали сильные национальные традиции, существовавшие, например, в химии и мат, матике. Основные исследования велись в стенах университетов, но там они получали слабую поддержку88. К середине 30-х годов в
44
Глава первая
развитии советской физики наблюдался существенный прогресс: были подготовлены новые поколения физиков, созданы новые институты. Помимо школы Иоффе в стране имелись еще две физические школы, их возглавляли Дмитрий Рождественский и Леонид Мандельштам. Оба они, как и Иоффе, до 1917 г. провели несколько лет на Западе. Рождественский изучал физику в Лейпциге и Париже. Мандельштам с 1899 по 1914 г. провел в Страсбургском университете — сначала как студент, а затем как профессор89.
Рождественский способствовал появлению в 1918 г. Государственного оптического института. Подобно Иоффе и другим русским ученым, он считал, что научные работники и инженеры должны работать в тесном сотрудничестве. Он писал в 1919 г., что Оптический институт был организацией «нового типа, в котором неразрывно связывались бы научная и техническая задачи» и что такие институты очень быстро приведут к беспрецедентному расцвету науки и техники90. Институту было поручено руководство Государственным заводом оптического стекла, и Рождественский сыграл активную роль в развитии оптической промышленности.
Мандельштам, вернувшийся в Россию из Страсбурга в самый канун первой мировой войны, не относился к числу ученых-организаторов91. Он не претендовал на роль общественного деятеля и в отличие от Иоффе старался не заниматься пропагандированием физики. Он посвятил себя научной работе и преподаванию и получил широкое признание как наиболее выдающийся представитель старшего поколения советских физиков92. После того как в 1925 г. он возглавил кафедру теоретической физики Московского университета, он привлек к себе целый ряд талантливых физиков и создал в Москве ведущую физическую школу. В середине 30-х годов, после того как Академия наук переехала из Ленинграда в Москву, он работал в тесном взаимодействии с Сергеем Вавиловым, директором Физического института Академии наук (ФИАН), способствуя превращению этого института в мощный исследовательский центр93.
Однако именно Иоффе советская физика в наибольшей степени обязана своим развитием. Его институт называли «гнездом», «колыбелью», «кузницей кадров», «альма-матер» советской физики94. Хотя по своим философским взглядам Иоффе всегда был не более чем поверхностным марксистом, его видение физики как основы техники соответствовало задаче превращения Советского Союза в великое индустриальное государство. Такая задача была поставлена
Институт Иоффе
45
большевиками, и Иоффе мог получить поддержку в своей работе, доведя эту свою позицию до сведения руководства партии.
Иоффе по праву считался большим ученым и получил широкое признание как один из основателей физики полупроводников. Но начиная с 20-х годов его выдающиеся способности проявлялись в роли своеобразного «импресарио» физики. Он пропагандировал ее значение, привлекая к работе молодых и талантливых ученых, выбирал направления исследований, добывая у правительства средства на их проведение и создавая исследовательские институты. Для достижения этих целей Иоффе опускался до того, что на сессии называли «бахвальством» и саморекламой, чем был так недоволен Ландау, и выдвигал фантастические проекты и идеи, за которые подвергался критике. Более того, он раздражал некоторых своих коллег в Академии наук тем, как восхвалял большевиков за их поддержку науки. Эти его недостатки были не только чертами его личности, но определялись и временем, в которое он жил,— временем, когда поощрялись грандиозные планы и экстравагантные обещания светлого будущего.
Иоффе хотел, чтобы его институт стал крупнейшим центром европейской науки. Он придавал большое значение контактам с иностранными учеными, полагая, что обмен визитами, международные съезды, конференции и семинары очень важны для нормального развития науки. Личные контакты, с точки зрения Иоффе, были лучшей формой общения и основным стимулом для творческой работы. Он делал все возможное для поощрения такого рода контактов и с 1924 по 1933 г. какое-то время проводил в ежегодных поездках по Европе и Соединенным Штатам95. Иоффе утверждал, что советская физика перестала быть провинциальной именно благодаря его контактам с зарубежными учеными. В 20-е и в начале 30-х годов он командировал за границу около тридцати сотрудников своего института для проведения там исследовательских работ и не раз оплачивал эти поездки из гонораров и выплат за консультации, которые получал на Западе. Оставшуюся часть денег он использовал для покупки научной литературы и оборудования для института96. Иоффе также приглашал в Советский Союз иностранных ученых для проведения исследовательских работ и участия в конферен-
циях.
В 1930 г. Яков Френкель писал своей жене из Нью-Йорка, что «физики образуют узкую касту, члены которой хорошо известны друг другу во всех частях земного шара, но подчас совершенно не
46
Глава первая
известны даже своим ближайшим соотечественникам»97. Однако в середине 30-х годов общение с зарубежными учеными стало более затрудненным. После 1933 г. и вплоть до 1956 г. Иоффе был лишен возможности ездить за границу. В 1936 г. он с сожалением говорил о том, что ограничения на заграничные командировки тормозят интеллектуальное развитие молодых физиков, но эти его жалобы не имели никакого эффекта. Прекращение поездок самого Иоффе с очевидностью расценивалось как наказание за то, что Георгий Гамов в 1933 г. стал невозвращенцем. Гамов был одним из ведущих молодых физиков-теоретиков и в 1933 г. вместе с Иоффе принял участие в Сольвеевском конгрессе, состоявшемся в Бельгии. Он решил остаться за границей вместе со своей женой98.
Капица тоже испытал на себе последствия изменений, произошедших в политике. Он работал в Кембридже, стал членом Трини-ти-колледжа (в 1925 г.), членом Королевского общества и членом-корреспондентом Российской Академии наук (в 1929 г.). Летом 1931 г. Николай Бухарин, который потерпел поражение от Сталина в борьбе за лидерство в партии и был в то время главой научно-исследовательского сектора Высшего совета народного хозяйства (ВСНХ), посетил Кембридж. Резерфорд познакомил его с работами Кавендишской лаборатории. Капица пригласил его к себе домой на обед. В разговоре, состоявшемся после обеда, Бухарин попросил Капицу вернуться в Советский Союз и пообещал, что ему будут в этом случае обеспечены самые благоприятные условия для работы. Капица уклонился от прямого ответа и остался в Кембридже99.
Осенью 1934 г., когда Капица в очередной раз приехал в Советский Союз, Советское правительство воспрепятствовало его возвращению в Кембридж. Он был чрезвычайно подавлен этим. В течение двух лет Капица был лишен возможности вести научную работу, так как занимался организацией нового института — Института физических проблем в Москве. Оборудование его лаборатории в Кембридже было к тому времени выкуплено Советским правительством. Он возобновил работу в области физики низких температур и магнитных явлений, которой занимался в Кембридже100.
В письмах, которые Капица в то время писал своей жене в Кембридж (он вторично женился в 1927 г.) и советским руководителям, он обрисовал неблагополучную картину состояния научного сообщества Москвы. Он был ожесточен, чувствуя, как его бывшие друзья и коллеги, включая Иоффе, избегали его, полагая, что с ним опасно иметь дело. Капица был обескуражен контрастом между
Институт Иоффе
47
Москвой и Кембриджем. В Москве нет настоящего научного сообщества, писал он, и у московских физиков нет места, где они могли бы собираться для обсуждения своих работ. В этом одна из причин того, почему советские физики стремились получить признание за границей в большей степени, чем дома. «...Если в политическом и хозяйственном отношении мы самое сильное государство,— писал он, — то в отношении прогресса науки и техники мы полная колония Запада»101. Наука в Советском Союзе недооценивалась, и руководство страны не относилось к ученым с должным уважением102.
Сокращение контактов с иностранными учеными в середине 30-х годов было следствием ухудшения внутриполитического положения в стране. После убийства Сергея Кирова, первого секретаря Ленинградской партийной организации, 1 декабря 1934 г. начались массовые репрессии, кульминация которых приходится на 1937-1938 гг., годы беспощадных чисток, когда было арестовано от семи до восьми миллионов людей103. Западные физики, приезжавшие в эти годы в Советский Союз, не могли не видеть террора, воцарившегося в советском обществе, и страха, охватившего их советских коллег104. Дэвид Шенберг, физик из Кембриджа, который в 1937— 1938 гг. работал в новом институте Капицы, писал позднее, что чистка была «подобна чуме, и вы никогда не могли знать, кого схватят следующим»105. Множество ученых были в эти годы настигнуты адской машиной Народного комиссариата внутренних дел (НКВД). Особенно тяжело пострадал от этого Украинский физико-технический институт (об этом будет рассказано в следующей главе). По некоторым оценкам, в 1937-1938 гг. в Ленинграде было арестовано более ста физиков106. Какова бы ни была точная цифра, очевидно, что чистка очень сильно ударила по физическому сообществу.
Несколько ведущих сотрудников института Иоффе были арестованы. В их числе оказались П. И. Лукирский, заведующий отделом электроники и рентгеновских лучей, В. К. Фредерике, заведующий лабораторией жидких кристаллов, М. П. Бронштейн, блестящий молодой теоретик. Лукирский был освобожден из заключения в 1942 г., но Бронштейна расстреляли в 1938 г., а Фредерике умер в лагере107. Никто в те ужасные годы не мог чувствовать себя в безопасности, но чистка «работала» по законам случайности, и Иоффе с Френкелем не попали в ее жернова.
В первые послереволюционные годы между большевиками и учеными такого ранга, который имел Иоффе, было заключено мол
48
Глава первая
чаливое соглашение: если ученые вкладывают свои знания в дело построения социалистического общества, большевики будут помогать им в реализации их планов постижения и преобразования природы. Эти отношения никогда не были простыми и с течением времени все более усложнялись. При ретроспективном взгляде 20-е годы представляются, несмотря на большие трудности, золотым веком. Семенов писал о них как о «чудесном» и «поистине романтическом периоде». Другие ученые так же оценивали институт Иоффе тех лет, — особенно это относится к молодым физикам, работавшим в расширявшемся институте108.
30-е годы оказались гораздо более трудным десятилетием. Советское руководство предъявляло все возрастающие требования к ученым в отношении их участия в индустриализации страны, но экономическая система препятствовала внедрению новой техники. Сталинские репрессии легли тяжелым бременем на научное сообщество, его международные контакты были прерваны. Иоффе получил поддержку государства в своих усилиях, направленных на развитие советской физики, и благодаря его огромной работе эта наука буквально расцвела в довоенные годы. Но он и его коллеги испытывали ограничения и подвергались преследованиям такого масштаба, которого он не мог себе и представить, когда в феврале 1923 г. выступал с оптимистической речью о науке и технике на собрании, посвященном открытию нового здания своего института.
Глава вторая
Ядерная предыстория
I
Открытие радиоактивности в Париже в 1896 г. было первым шагом на извилистом пути к разработке ядерных вооружений. Анри Беккерель обнаружил, что соли урана испускают излучение, которое (подобно рентгеновским лучам, открытым годом раньше) может проходить сквозь картон, вызывать потемнение фотографической пластинки, а также ионизировать воздух. Природа и источник этого излучения оказались благодатной областью для исследований. Мария и Пьер Кюри нашли два новых элемента — полоний и радий, причем радиоактивность последнего была в миллионы раз больше радиоактивности урана. Они также установили, что радиоактивность является свойством атомов определенных элементов. В начале нашего века Эрнст Резерфорд и Фредерик Содди обнаружили, что радиоактивные элементы распадаются, так как их атомы испускают частицы, поэтому в каждый данный момент времени часть атомов радиоактивных элементов превращается в атомы другого элемента.
Несмотря на сложный, запутанный характер, исследования радиоактивности сразу же завладели воображением публики. Радиоактивные элементы нашли практическое применение в физических исследованиях и в медицине. Они были к тому же еще и потенциальным источником большого количества энергии, — как раз это и привлекало к ним наибольший интерес. Содди принадлежал к числу наиболее красноречивых и влиятельных пророков существования энергии, заключенной в атомах радиоактивных элементов. «Радий,— писал он,— научил нас, что запасам энергии, необходимой для поддержания жизни, в мире нет предела, за исключением ограниченности наших знаний»1.
50
Глава вторая
Владимир Вернадский, русский минералог, обладавший широкими научными и философскими интересами, тоже был вдохновлен открытием радиоактивности. В лекции, прочитанной на общем собрании Академии наук в декабре 1910 г., он высказал убеждение, что пар и электричество изменили структуру человеческого общества. «А теперь,— утверждал Вернадский,— перед нами открываются в явлениях радиоактивности источники атомной энергии, в миллионы раз превышающие все те источники сил, какие рисовались человеческому воображению»2. Он настаивал на том, что в России должны быть нанесены на карту месторождения радиоактивных минералов, «ибо владение большими запасами радия дает владельцам его силу и власть», несравнимо большую, чем та, которую имеют владеющие золотом, землей или капиталом3.
Вернадский был одной из самых заметных фигур в русской науке. Он родился в Санкт-Петербурге в 1863 г. в состоятельной семье, его отец был профессором политической экономии и активным представителем либеральной интеллигенции. Во время революции 1905 г. Вернадский помог основать либеральную партию конституционных демократов (кадетов). В следующем году он был избран в Академию наук за свои исследования в области минералогии. Он верил в науку как в силу, развивающую цивилизацию и демократию, и хотел, чтобы голос русской научной общественности был услышан при решении важных проблем современности. Он несколько раз пытался организовать в России некий эквивалент Британской ассоциации развития науки, но безуспешно4.
Благодаря Вернадскому в 1911 г. началось изучение имевшихся в России радиоактивных минералов, поддержанное государством и частными лицами, внесшими свои пожертвования. Академия наук направила экспедицию на Урал, Кавказ и в Среднюю Азию для поисков урановых месторождений5. Летом 1914 г. академическая экспедиция нашла «слаборадиоактивные ванадаты меди и никеля» в Ферганской долине в Средней Азии и пришла к заключению, что некоторые из этих месторождений могут разрабатываться в промышленных масштабах6. Но эти месторождения не были разработаны, и до 1917 г. единственный в России урановый рудник принадлежал частной компании «Ферганское общество по добыче редких металлов», учрежденной в 1908 г. В конце XIX века во время строительства Среднеазиатской железной дороги геологоразведчики обнаружили медные руды в Тюя-Муюне в Ферганской долине. Когда в этих рудах нашли урановую смолку, была создана
Ядерная предыстория
51
Ферганская компания, которая и разрабатывала рудник вплоть до 1914 г. Руда доставлялась в Петербург, где из нее извлекали урановые и ванадиевые препараты, которые экспортировали в Германию. В оставшейся породе содержался радий, но в компании не знали, каким образом можно его оттуда извлечь, и не предоставляли русским ученым доступа к его запасам7. Вернадский был очень озабочен сложившейся ситуацией и в своей лекции в декабре 1910 г. настаивал: радиевые руды «должны быть исследованы нами, русскими учеными. Во главе работы должны стать наши ученые учреждения государственного или общественного характера»8.
Первая мировая война ограничила возможности поисков радиоактивных минералов. Однако в марте 1918 г. Л. Я. Карпову, главе Отдела химической промышленности Высшего совета народного хозяйства, сообщили о том, что Ферганская компания все еще имеет в Петрограде запасы рудных остатков и урановой руды. По сделанным оценкам, они способны были дать 2,4 грамма радия, который мог бы быть использован медицинскими учреждениями и Главным артиллерийским управлением Красной армии. Карпов приказал конфисковать этот запас и попросил Академию наук создать завод для извлечения из него радия. Академия согласилась с этим предложением и основала новый отдел, ответственный за все вопросы, связанные с редкими и радиоактивными минералами9. Вернадский был назначен председателем этого отдела, хотя самого его в это время не было в Петрограде. Один из рекомендованных им людей, геолог Александр Ферсман, был выбран заместителем председателя отдела, а другой, радиохимик Виталий Хлопин, стал секретарем отдела10. В мае 1918 г. радиоактивные материалы были вывезены из Петрограда, которому угрожали германские войска. Эти материалы «путешествовали» по стране вплоть до мая 1920 г., когда добрались до завода в пос. Бондюжском (ныне г. Менделеевск) Вятской губернии. Именно там в 1921 г. из российской урановой руды был выделен радий с помощью оригинального процесса, разработанного Хлопиным".
Вернадский не принял участия в этих работах, так как он покинул территорию, находившуюся под контролем большевиков, и только в марте 1921 г. вернулся в Петроград. В сентябре 1917 г. он стал товарищем министра просвещения Временного правительства, а вскоре после большевистского переворота уехал из Петрограда на Украину, которая еще не была занята красными. Он был настроен против большевиков, но чувствовал, как скажет позднее, что «мо-
ралыго неспособен к участию в гражданской войне»12*. Из Киева Вернадский написал Ферсману, что хочет делать все от него зависящее для обеспечения того, чтобы «научная (и вся культурная) работа в России не прерывалась, а усиливалась»13**. Летом 1918 г. он принял участие в организации Украинской академии наук в Киеве и был избран первым ее президентом.
По дороге в Ростов, где находилось правительство генерала Деникина, выяснилось, что Вернадский уже не сможет вернуться в Киев. И тогда он отправился в Крым, где его сын Георгий стал профессором нового Таврического университета, созданного в Симферополе. Там Вернадский был избран ректором этого университета. Он намеревался, прежде чем Красная армия займет Крым, отплыть оттуда в Константинополь на английском корабле, но профессора и студенты университета просили его не оставлять их, и он остался, хотя некоторые другие и были эвакуированы из города. Его сын уехал в Константинополь и после того, как провел несколько лет в Чехословакии, направился в Соединенные Штаты, став там профессором истории в Йельском университете. Сам Вернадский был арестован и поездом отправлен в Москву вместе с женой и дочерью. Луначарский, опасаясь, что местная ЧК по-своему обойдется с заключенными, убедил Ленина послать в Крым телеграмму с приказом доставить Вернадского и некоторых других профессоров университета в Москву. Когда они прибыли туда, их отпустили, и в апреле 1921 г. Вернадский вернулся в Петроград. Здесь его на три дня задержали, но потом он возобновил свою многогранную деятельность14.
Вскоре Вернадский направил свои усилия на организацию института, который должен был объединить все проводившиеся в России работы по радию. Эти планы он обдумывал уже давно, и теперь, когда радиевый завод начал выпускать свою продукцию, пришло время их осуществлять. С помощью Хлопина и Ферсмана в январе 1922 г. на базе радиевого отдела института Неменова был создан Радиевый институт. Этот институт состоял из трех отделов: химического, который возглавил Хлопин, минералогического и геохимического (под руководством В. И. Вернадского) и физического (под руководством Л. В. Мысовского)15.
* Цитата дается в переводе с английского, так как автор воспользовался англоязычным источником. — Прим. пврев. ** См. предыдущее примечание.
Ядерная предыстория
53
Вернадский очень широко определял задачи института. «Радиевый институт, — писал он, — должен быть сейчас организован так, чтобы он мог направлять свою работу на овладение атомной энергией»16. С характерной для него проницательностью Вернадский уже тогда осознавал опасность, которую могло повлечь за собой обладание ею. В феврале 1922 г. он писал: «Мы подходим к великому перевороту в жизни человечества, с которым не могут сравниться все им раньше пережитые. Недалеко время, когда человек получит в свои руки атомную энергию, источник такой силы, которая даст ему возможность строить свою жизнь, как он захочет. Это может случиться в ближайшие годы, может случиться через столетие. Но ясно, что это должно быть. Сумеет ли человек воспользоваться этой силой, направить ее на добро, а не на самоуничтожение? Дорос ли он до умения использовать ту силу, которую неизбежно должна дать ему наука? Ученые не должны закрывать глаза на возможные последствия их научной работы, научного прогресса. Они должны себя чувствовать ответственными за все последствия их открытий. Они должны связать свою работу с лучшей организацией всего человечества. Мысль и внимание должны быть направлены на эти вопросы. А нет ничего в мире сильнее свободной научной мысли»17. Здесь виден не только интерес Вернадского к проблеме атомной энергии, но также и его убеждение в важности свободной научной мысли, — к этой теме он все время возвращался в своих работах.
Вернадский не принимал большого участия в управлении Радиевым институтом в первые годы его существования, поскольку в мае 1922 г. уехал из Петрограда, чтобы читать курс лекций по геохимии в Сорбонне, и возвратился в Советский Союз только в 1926 г. В Париже он написал несколько монографий, в том числе монографию о биосфере, опубликованную на русском и французском языках. В ней он стремился дать точный анализ области распространения биосферы, определив ее как часть атмосферы Земли, в которой существует живая материя, а также описать наблюдаемые в ней геохимические и биохимические процессы. Он предпринял некоторые шаги к тому, чтобы продлить пребывание на Западе для продолжения своих исследований, но в мае 1926 г. в конце концов вернулся в Ленинград. На Вернадского произвел большое впечатление тот интерес к науке, который он обнаружил в Москве, и он счел, что коммунистические идеи потеряли свою силу. В конце
54
Глава вторая
1925 г. он написал своему другу, что «коммунистическая утопия, идеологически нежизнеспособная, не опасна»18.
После возвращения в Ленинград Вернадский не делал секрета из своих взглядов на марксизм как на вышедшую из моды теорию социального и политического устройства. В конце 20-х годов он сыграл ведущую роль в попытках предотвратить «большевизацию» Академии наук. Он не возражал против идеи связать науку и промышленность, но настойчиво противился попыткам управления ею со стороны партии, поскольку боялся, что это приведет к удушению интеллектуальной свободы. Он выступал против деятельности марксистских философов науки и заявлял, что «ученые должны быть избавлены от опеки представителей философии»19. Эти политические и философские взгляды Вернадского подверглись нападкам в печати, и одним из клеймивших его был А. М. Деборин, избранию которого в Академию Вернадский воспротивился. Некоторые из ближайших сотрудников Вернадского были отправлены в лагеря. В 1930 г. был арестован Б. Л. Личков, один из его помощников. Вернадский делал все от него зависящее, чтобы помочь жертвам репрессий. Он и писал письма властям, и оказывал финансовую поддержку семьям репрессированных20.
И в этот страшный период Вернадский продолжал свои исследования. Его все более увлекала концепция ноосферы. Термин «ноосфера» он услышал в Париже от ученого-иезуита Тейяра де Шардена. По Вернадскому, ноосфера представляла собой арену, на которой научная мысль начинает осуществлять еще более мощное и глубокое влияние на биосферу21. «Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше»22. Переход к ноосфере составляет основную тему книги Вернадского, которую он написал в 1938 г. и назвал «Научная мысль как планетное явление». Эта книга не могла быть опубликована при жизни Вернадского: в ней он подверг резкой критике то, как поддержанная государством философская догма диалектического материализма препятствовала в Советском Союзе свободной научной мысли23. Тем не менее Вернадский оставался оптимистом, полагая, что новая эра положит начало процессу, когда наука станет более мощной силой, и он верил в то, что эта новая эра будет более демократичной, поскольку наука усилит демократическую основу государства24.
Ядерная предыстория
55
Наибольшая доля ответственности в связи с руководством деятельностью Радиевого института пришлась на Хлопина, особенно после 1930 г., когда Вернадский организовал в Москве новую биогеохимическую лабораторию. Виталий Хлопин был примерно на 30 лет моложе Вернадского, а его отец, хорошо известный врач, был другом Вернадского и активным членом партии кадетов. В 1912 г. в Петербургском университете Хлопин получил ученую степень по химии и с 1915 года начал работать в минералогической лаборатории Вернадского. В 1933 г. он был избран членом-корреспондентом Академии наук, а в 1939 г. стал ее действительным членом. В том же году он сменил Вернадского на посту директора Радиевого института. Хлопин не обладал широким видением науки, характерным для Вернадского, и сконцентрировал свои собственные усилия на химии радиоактивных элементов. Это направление стало наиболее развитым в институте25. Сразу после основания института был учрежден Государственный радиевый фонд: весь радий, произведенный в Советской России, объявлялся собственностью государства и его надлежало хранить в институте. Завод в Бондюжском был передан под контроль института, но в 1925 г. этот завод был закрыт, а производство радия перенесено в Москву на завод редких металлов. В 1924 г., после десятилетнего перерыва, была возобновлена добыча руды в Тюя-Муюне, но эта руда имела низкое содержание радия, и в конце 1930 г. рудник закрыли. В Ферганской долине и в районе Кривого Рога на Украине обнаружили несколько новых месторождений урана, однако разрабатывать их начали много позднее26. В 20-х годах радий был обнаружен и в буровых скважинах нефтеносных полей Ухты в области Коми на севере России, и именно эти месторождения стали основным источником радия в период между двумя мировыми войнами. Для определения же того, каковы запасы урана в Советском Союзе, было сделано очень мало27. За извлечение радия отвечало ОГПУ, предшественник НКВД. «Выясняется интереснейшее явление,— писал Вернадский в своем дневнике. — Удивительный анахронизм, который я раньше считал бы невозможным. Научно-практический интерес и жандармерия. Возможно ли это для будущего?»28
II
Радиоактивность открывала новые возможности для изучения строения атома. После открытия Резерфордом и Содди радиоак
56
Глава вторая
тивного распада стало очевидным, что атом не является неделимым. В 1911 г. Резерфорд выдвинул идею, что у атома имеется ядро, в котором сосредоточена его основная масса. Восемью годами позднее ему удалось за счет бомбардировки ядер азота альфа-частицами превратить их в ядра кислорода. Впервые было осуществлено искусственное превращение ядер и тем самым начат новый этап исследования атомной структуры — путем бомбардировки ядер частицами.
До 1917 г. русские физики не проводили серьезных исследований в области радиоактивности29. В декабре 1919 г. Д. С. Рождественский, директор только что созданного Государственного оптического института, выступил с сообщением о работе, выполненной им в области изучения сложных атомов методом спектрального анализа. Это была первая выдающаяся российская работа в области строения атомов, и в Петрограде тяжелых военных лет она вызвала воодушевление30. Рождественский попросил у Луначарского разрешения отправить Эренфесту и Лоренцу в Лейден радиограмму о выполненной им работе. К своему большому огорчению, позже он узнал, что такие исследования уже были проведены западными физиками31. За докладом Рождественского последовало создание комиссии по изучению теоретических проблем строения атомов, но ничего более значительного это за собой не повлекло32.
Интерес к ядерной физике резко усилился в Советском Союзе после annus mirablis*, 1932 г. В этом году было сделано несколько важных открытий. Джеймс Чедвик в Кавендишской лаборатории открыл нейтрон. Джон Кокрофт и Е. Т. С. Уолтон, тоже сотрудники Кавендишской лаборатории, расщепили ядро лития на две альфа-частицы33. Определенное отношение к проведению этого эксперимента имел Георгий Гамов, входивший в штат сотрудников Радиевого института. В 1928 г. он развил на основе новой квантовой механики теорию альфа-распада. Из нее следовало, что частицы со сравнительно небольшой энергией могут за счет туннельного эффекта проникнуть сквозь кулоновский барьер, окружающий ядро, а потому имеет смысл построить установку, которая могла бы разогнать частицы до нескольких сотен тысяч электрон-вольт (кэВ), не дожидаясь того времени, когда их энергии могут достигнуть величины в десятки миллионов электрон-вольт (МэВ). Кокрофт и Уолтон при
* «Год чудес». — Прил. ред.
Ядерная предыстория
57
няли это предложение* и построили аппарат, способный ускорять протоны до энергии в 500 кэВ, которые они и использовали для расщепления ядра лития. В том же году Эрнест Лоренс в Беркли использовал новое устройство, которое он изобрел,— циклотрон — для ускорения протонов до энергии в 1,2 МэВ. В Калифорнийском технологическом институте Карл Андерсон идентифицировал положительный электрон, или позитрон. Гарольд Юри из Колумбийского университета открыл изотоп водорода с атомной массой 2 — дейтерий.
Советские ученые с большим энтузиазмом встретили известие об открытиях, сделанных в 1932 г. Они внимательно следили за тем, что делалось на Западе, и быстро откликались на эти новые достижения. Дмитрий Иваненко, теоретик из института Иоффе, выдвинул новую модель атомного ядра, включив в нее нейтроны34. В Украинском физико-техническом институте группа физиков повторила опыт Кокрофта и Уолтона еще до конца 1932 г. В том же году в Радиевом институте решили построить циклотрон, а Вернадский, хотя и безуспешно, пытался заручиться поддержкой для кардинального расширения института35. В декабре 1932 г. Иоффе в своем институте создал группу ядерной физики и в следующем году получил от народного комиссара тяжелой промышленности Серго Орджоникидзе 100 ООО рублей на новое оборудование, необходимое для ядерных исследований36.
Иоффе решил созвать Всесоюзную конференцию по атомному ядру, чтобы завязать более тесные связи между различными научными центрами Советского Союза, работающими в области ядерной физики37. На эту конференцию, собравшуюся в сентябре 1933 г., он пригласил несколько иностранных физиков. Среди докладчиков были Фредерик Жолио-Кюри, Поль Дирак, Франко Расетти (сотрудник Энрико Ферми) и Виктор Вайскопф, в то время ассистент Вольфганга Паули в Цюрихе. Эта конференция сделала очень много для стимулирования советских ядерных исследований. Среди молодых физиков, принимавших участие в ее работе, было несколько человек, которые позднее сыграли ведущую роль в атомном проекте: Игорь Тамм, Юлий Харитон, Лев Арцимович и Александр Лейпунский38.
Иоффе не принуждал своих молодых коллег перейти к работе в области ядерной физики, но он поддержал их, когда они приняли
* Предложение было сделано Ф. Хаутермансом. - Прим. ред.
такое решение. До 1932 г. только одна работа, выполненная в институте, могла бы быть отнесена к области ядерной физики. Это было исследование космических лучей, которое проводил Дмитрий Скобельцын. А к началу 1934 г. в отделе ядерной физики института было уже четыре лаборатории, в которых работало около 30 сотрудников. Ядерная физика стала второй по важности после физики полупроводников областью исследований39. По мнению Хари-тона, который был студентом Иоффе и в рассматриваемое время работал в руководимом Семеновым Институте химической физики, поддержка работ в области ядерной физики была смелым поступком со стороны Иоффе, «потому что в начале 30-х годов все считали, что ядерная физика — это предмет, совершенно не имеющий никакого отношения к практике и технике. ...Занятие же таким далеким, как казалось, от техники и практики делом было очень нелегким и могло грозить разными неприятностями»40.
Всем было известно, что внутри ядра заключено огромное количество энергии, но никто не знал, каким образом эта энергия может быть освобождена (если такая возможность вообще существует) и использована. В 1930 г. Иоффе писал, что использование ядерной энергии могло бы привести к решению проблемы энергетического кризиса, перед лицом которого человечество может оказаться через две или три сотни лет, но он не мог утверждать, что практические результаты будут достигнуты в течение ближайшего или даже более отдаленного времени41. «...В те годы еще и мыслей не могло быть о ядерном оружии или ядерной энергетике,— писал Анатолий Александров, который в это время работал в институте Иоффе, — но в физике ядра открылись новые крупные проблемы и интересные задачи для исследователей»42.
В 1936 г. на мартовской сессии Академии наук Мысовский утверждал, что, хотя радиоактивные элементы и находят практическое применение в медицине, биологии и промышленности, можно считать, что высказанные ранее идеи о том, что ядерные реакции могут явиться мощным источником энергии, оказались ошибочными43. Игорь Тамм не был согласен с этим. Очевидно, сказал он, что внутри ядра скрыт совершенно неисчерпаемый запас энергии, которой рано или поздно овладеют. «...Я не вижу никаких оснований,— добавил он,— сомневаться в том, что рано или поздно проблема использования ядерной энергии будет решена», но пока что нельзя задаться разумными вопросами о том, каким образом окажется возможным овладеть этой энергией, поскольку проблемы фи
Ядерная предыстория
59
зики ядра еще как следует не поняты. Тем не менее он с оптимизмом относился к возможностям атомной энергии, но утверждал,— всего лишь за девять лет до Хиросимы — что «действительно наивна мысль о том, что использование ядерной энергии является вопросом пяти или десяти лет»44.
III
В 30-е годы институт Иоффе был ведущим центром исследований в области ядерной физики. Первым заведующим отделом ядерной физики в нем стал Игорь Курчатов, который в 1943 г. стал и научным руководителем советского ядерного проекта и занимал этот пост до самой своей смерти в I960 г. Курчатов родился в январе 1903 г. в городе Симский Завод на Южном Урале. Его отец был землемером, а мать — учительницей. В 1912 г. семья переехала в Крым, в Симферополь, из-за болезни дочери Курчатовых. Это не помогло ей, и она вскоре умерла от туберкулеза. Курчатов поступил в гимназию в Симферополе, а в 1920 г. стал студентом Таврического университета (ректором которого как раз в это время был избран Вернадский), где изучал физику. Преподавание физики в университете было в лучшем случае бессистемным, хотя в первый год обучения Курчатова там читал лекции Френкель, а профессор С. Н. Усатый, родственник Иоффе, специально переехал из Севастополя в Симферополь, чтобы преподавать физику. Курчатов закончил курс обучения на год раньше положенного срока, в 1923 г.45 Впоследствии Курчатов уехал в Ленинград для учебы на кораблестроительном факультете Политехнического института. Чтобы обеспечить себе средства к существованию, он нашел работу в магнитно-метеорологической обсерватории в Павловске (пригород Ленинграда) и по полученным там результатам опубликовал статью, посвященную радиоактивности снега. Летом 1924 г. он ушел из Политехнического института и вернулся на юг, чтобы поддержать семью, поскольку его отец был сослан на три года в Уфу — по причинам, которые остались неясными46. Позднее в том же году Курчатов переехал в Баку, чтобы работать в местном Политехническом институте, где в течение года он был ассистентом Усатого, который тоже переехал в Баку из Симферополя. Еще студентом Курчатов подружился со своим однокурсником, Кириллом Синельниковым, который к этому времени уже работал в институте Иоффе. Синельников рассказал Иоффе о Курчатове, и весной 1925 г. двадцати
60
Глава вторая
двухлетний Курчатов получил от Иоффе приглашение работать в его институте47.
Институт Иоффе был поистине его «детским садом». Иоффе делал все от него зависящее, чтобы дать своим молодым сотрудникам хорошую подготовку по физике. Он организовал регулярно собиравшиеся семинары, благодаря которым они шли в ногу с текущими исследованиями; на журналах, поступавших в библиотеку института, он помечал статьи, которые им следовало бы прочесть, причем требовал от них объяснения, если они этого не делали. Раз в неделю Иоффе посещал каждую лабораторию, чтобы быть в курсе того, что там делалось48.
Атмосфера, царившая в институте, сочетала в себе преданность науке, жизнерадостность и энтузиазм. Исаак Кикоин писал: «Мы работали с утра до утра, и других интересов, кроме науки, для нас не существовало. Даже девушкам не часто удавалось оторвать нас от занятий, а когда мы женились, то были уже настолько "испорчены" привычкой много работать, что женам приходилось мириться с этим»49. Наум Рейнов, работавший в одной из институтских мастерских, рисует менее серьезную картину. Он был поначалу удивлен тем, что ученые не приходили на работу в определенные часы и болтались по коридорам, куря и обмениваясь шутками. Вскоре, однако, он пришел к заключению, что эти люди были одержимы наукой50. Условия жизни были тяжелыми. Когда в 1930 г. в институт пришел Анатолий Александров, ему пришлось делить ночлег в холодной комнате еще с восемью сотрудниками и закрываться одеялом с головой, чтобы уберечь свои уши от нападения крыс51.
Курчатов поначалу работал в руководимой Иоффе лаборатории физики диэлектриков. Эта область была основной в тематике института, поскольку изоляционные свойства диэлектриков при сверхвысоких напряжениях могли найти важное применение в электроэнергетике. Под руководством Иоффе Курчатов вместе с Синельниковым и еще одним физиком проводил опыты, которые, казалось, позволяли надеяться, что напряжение пробоя будет расти с уменьшением толщины исследуемого материала. Эта работа была составной частью фундамента для развития злополучной идеи Иоффе о тонкослойном изолирующем материале52.
В процессе проведения этого исследования Курчатов обратился к изучению аномальных диэлектрических свойств сегнетовых солей, и его работы привели к открытию особого класса кристаллов, которые в электрическом поле ведут себя точно так же, как фер
61
Ядерная предыстория____,__-
ромагнетики — в магнитном. Это явление теперь носит название ферроэлектричества* (Курчатов дал ему русское название «сегне-тоэлектричество» — в честь французского химика Сенье). Курчатов изучал его в Ленинграде вместе со своими коллегами, в числе которых был его брат Борис, а в Харькове — вместе с Синельниковым53. Эти работы принесли Курчатову известность. Харитон позднее назвал их «изящными и красивыми»54.
Несмотря на успех этого исследования, в конце 1932 г. Курчатов решил переключиться на работу в области ядерной физики. Это было резкое и неожиданное изменение тематики и означало прекращение исследований по физике полупроводников, которые он проводил с Иоффе. Кроме того, это был отход от работ, имевших большие перспективы в плане непосредственных приложений, к области, которая в то время считалась очень далекой от практических применений. Но Курчатов, видимо, считал, что он уже сделал в области сегнетоэлектричества все, что планировал, а ядерная физика была многообещающим направлением исследований. Возможно, здесь он находился под влиянием своего друга Синельникова, который 1928-1930 гг. провел в Кембридже, а к рассматриваемому времени возглавлял высоковольтную лабораторию в Харькове. Так или иначе, Курчатов начал действовать «решительно, быстро, без оглядки назад, как, впрочем, он всегда поступал в подобных случаях»55.
В 1932 г. не только Курчатов переключился на исследования по ядерной физике. Абрам Алиханов, которому, как и Курчатову, было в то время около 30 лет, в том же году, оставив работы по рентгеновским лучам, занялся физикой ядра и был поставлен во главе позитронной лаборатории, где совместно со своим братом Артемом Алихановым он изучал рождение электрон-позитронных пар, а позднее — спектры бета-лучей56. Еще один молодой физик, Лев Ар-цимович, поступивший в институт двумя годами ранее (в возрасте двадцати одного года), тоже обратился к изучению физики ядра и возглавил высоковольтную лабораторию. Арцимович работал в тесном контакте с братьями Алихановыми57. Четвертой лабораторией отдела ядерной физики руководил Дмитрий Скобельцын, который был несколько старше этих трех своих коллег: он родился в Петербурге в 1892 г. Скобельцын приступил к изучению космических лучей в начале 20-х годов и провел два года в Париже, в институте Марии Кюри58. По своим манерам он был холоден и сдержан, тогда
* В английской научной литературе. — Прим. ред.
как Алиханов был вспыльчивым, а Арцимович — остроумным и порой даже злоязычным человеком, интересующимся всем на свете59.
Курчатова называли «генералом», потому что он любил проявлять инициативу и отдавать команды. По воспоминаниям близких друзей, одним из его любимых слов было «озадачить»60. У него были энергичные манеры, и он любил спорить. Он мог выразительно выругаться, но, если доверять памяти тех, кто с ним работал, он никого не оскорблял. У него было хорошее чувство юмора61. В 1927 г. Курчатов женился на Марине Синельниковой, сестре своего друга. Поначалу она огорчалась из-за привычки мужа проводить целые вечера в лаборатории, но потом примирилась с этим62. Сохранилось одно или два мимолетных впечатления о Курчатове тех лет. Они принадлежат жене Синельникова, англичанке, с которой тот познакомился в Кембридже. В письмах к своей сестре она рисует Курчатова как преданного своей работе и в общем довольно решительного и целеустремленного человека. Но она пишет также и о том, что он «такой добродушный, как игрушечный медвежонок, — и никто не может сердиться на него»63.
В описаниях характера Курчатова всегда присутствует ощущение некоторой дистанции, как если бы за человеком с энергичными манерами стоял другой, которого не так-то легко разглядеть. Он мог оградить себя неким щитом, отделываясь шуточками или выбирая ироничный тон по отношению и к себе, и к другим. Все воспоминания о Курчатове доносят до нас, наряду со свидетельствами о его сердечности и открытости, также и впечатление о его серьезности и сдержанности. В воспоминаниях одного из коллег, работавших с Курчатовым в 50-е годы, он предстает как человек закрытый, многослойный, а потому идеально подходящий для проведения секретных работ64.
Большую часть 1933 г. Курчатов посвятил изучению литературы по ядерной физике и подготовке приборов для будущих исследований. Он организовал строительство маленького циклотрона, с помощью которого можно было получить, правда, лишь очень слабый пучок частиц и который не годился для проведения опытов. Он также построил высоковольтный ускоритель протонов кокрофт-уол-тоновского типа и использовал его для изучения ядерных реакций с бором и литием. Весной 1934 г., после ознакомления с первыми заметками Энрико Ферми и его группы о ядерных реакциях, вызываемых нейтронной бомбардировкой, Курчатов переменил направление своих работ. Он оставил опыты с протонным пучком и начал
Ядерная предыстория
63
изучать искусственную радиоактивность, возникающую у некоторых изотопов после их бомбардировки нейтронами65. Между июлем 1934 г. и февралем 1936 г. Курчатов и его сотрудники опубликовали 17 статей, посвященных искусственной радиоактивности. Наиболее существенным и оригинальным его достижением в это время была гипотеза, что наличие нескольких периодов полураспада некоторых радиоизотопов могло быть объяснено ядерной изомерией (т. е. существованием элементов с одной и той же массой и с одним и тем же атомным номером, но с различной энергией)66. Другим исследованным Курчатовым явлением было протон-нейтронное взаимодействие и селективное поглощение нейтронов ядрами различных элементов.
В середине 30-х годов эти вопросы были центральными в исследованиях по ядерной физике. Морис Гольдхабер, который тогда занимался этими же проблемами в Кавендишской лаборатории, сказал, что в мире в то время было несколько центров, где велись серьезные исследования по ядерной физике. «Это была Кавендиш-ская лаборатория, которую я считаю лучшей, затем римская школа, когда там был Ферми, считалась первоклассной; окружение Жо-лио-Кюри в Париже. Затем Курчатов и его люди. Они делали хорошие работы. Я всегда считал, что именно Курчатов являлся крупнейшей фигурой в области атомной энергии в России, так как я читал его статьи. Он не очень отставал от нас, с учетом разницы во времени получения журналов. Курчатовская школа всегда выпускала интересные статьи»67.
Курчатов и его коллеги составляли часть интеллектуального сообщества физиков-ядерщиков, хотя к тому времени личные контакты с западными физиками стали весьма затруднительными.
Однако Курчатов не чувствовал удовлетворения, так как понимал, что идет путями, проложенными Ферми, и не прокладывает своих собственных68. В 1935 г. он полагал, что открыл явление резонансного поглощения нейтронов. Однако они разошлись с Арци-мовичем, с которым Курчатов в то время сотрудничал, в интерпретации полученных результатов. В результате еще до того, как ими были выполнены решающие опыты, Ферми и его сотрудники опубликовали статью, в которой сообщили о существовании этого явления. Курчатов был разочарован этим, потому что ленинградские физики стремились внести свой вклад в общее дело и доказать, что они работают не хуже других исследовательских групп69.
64
Глава вторая
Курчатов испытывал трудности, связанные с нехваткой источников нейтронов, необходимых для проведения исследований. Единственным местом в Ленинграде, где они имелись, был Радиевый институт. Поэтому Курчатов организовал совместную работу с Мы-совским, возглавлявшим в этом институте физический отдел70. В отношениях между Радиевым институтом и остальными физиками-ядерщиками существовала некоторая натянутость. Вернадский относился к Иоффе без особого почтения, считал его честолюбивым и недобросовестным человеком71. Игорь Тамм вызвал гнев Вернадского, когда предложил в 1936 г., чтобы циклотрон Радиевого института был передан в институт Иоффе. Физики, возразил на это предложение Вернадский, медлили с осознанием важности явления радиоактивности, у них по-прежнему нет адекватного понимания этой области. Радиевый институт, утверждал он, должен работать над проблемами ядерной физики, которая и развилась-то из исследований явления радиоактивности. Циклотрон, который теперь уже скоро начнет функционировать, необходим для работ, ведущихся в Радиевом институте, и не должен быть отнят у него. Этого и не случилось в действительности72. Но запуск циклотрона затягивался, и лишь в феврале 1937 г. на нем был получен пучок протонов с энергией около 500 КэВ. В июле 1937 г. их энергия достигла величины, примерно равной 3,2 МэВ. Однако циклотрон работал нестабильно73. Курчатов был расстроен таким положением дел, потому что планировал использовать циклотрон для своих собственных исследований. Весной 1937 г. он начал работать в циклотронной лаборатории Радиевого института, проводя в ней один день в неделю, и постепенно стал лидером в этой работе. Циклотрон начали использовать для проведения экспериментов в 1939 г., но лишь к концу 1940 г. он стал функционировать нормально74.
Физики-ядерщики института Иоффе настаивали на строительстве собственного циклотрона75. Курчатов и Алиханов уже в 1932 г. обсуждали вопрос о строительстве большого циклотрона, но эта идея была оставлена, так как Радиевый институт еще раньше принял решение строить свою установку. Все же в январе 1937 г. Иоффе обратился к народному комиссару тяжелой промышленности Серго Орджоникидзе с просьбой о финансировании строительства циклотрона в своем институте, а также о том, чтобы командировать двух физиков в Беркли (США) для изучения работы циклотронов (письмо было отправлено за месяц до самоубийства Орджоникидзе)76. Наркомат поддержал этот план, и в июне 1939 г., спустя
Ядерная предыстория
65
примерно два с половиной года после того, как Иоффе отправил свое письмо, было принято представительное постановление об ассигновании необходимых для строительства циклотрона средств77. В Беркли, однако, никто не поехал.
В конце 30-х годов Курчатов организовал семинар по нейтронам, на котором обсуждались работы, выполненные в институте, а также статьи, представленные его сотрудниками в физические журналы. Исай Гуревич, один из участников этого семинара, говорил позднее, что «не будь его — и на грандиозные задачи, которые пришлось разрабатывать во время войны и после нее, понадобились бы еще годы сверх тех, что ушли на это. Потому что тот семинар был школой нейтронной физики, без которой ничего бы не вышло»78. В работе семинара принимали участие полтора десятка человек, многие из которых потом сыграли большую роль в атомном проекте79.
Иоффе направлял многих молодых физиков за рубеж для выполнения исследований. В их числе он рекомендовал и Курчатова. Курчатов планировал поездку в США зимой 1934-1935 гг., ив сентябре 1934 г. Френкель написал Эрнесту Лоренсу, обратившись к нему с просьбой организовать Курчатову приглашение в Беркли. Лоренс написал Курчатову 1 октября, приглашая его в свою лабораторию «на некоторое время»80. Но Курчатов не поехал за границу, быть может потому, что ссылка его отца делала его политически неблагонадежным для НКВД. С середины 30-х годов личные контакты советских физиков с их западными коллегами все больше сокращались. Так, на конференции по ядерной физике 1933 г. примерно половина докладов была прочитана иностранными учеными, а в 1937 г. на такой же конференции они сделали только пять из двадцати восьми докладов. Наконец, в работе ядерной конференции, состоявшейся в 1938 г., иностранцы вообще не принимали участия81. Советские физики, тем не менее, продолжали считать себя частью международного сообщества физиков и внимательно следили за иностранными журналами.
IV
Ленинград не был единственным местом, где проводились исследования по ядерной физике. Другим важным центром, сосредоточивавшим такие работы, был Украинский физико-технический институт в Харькове (УФТИ), созданный Иоффе в 1928 г. при поддержке украинских властей. Иоффе предполагал организовать
66
Глава вторая
первоклассный физический институт, который установил бы тесные связи с промышленностью Украины, и он направил туда несколько своих сотрудников из Ленинграда. Именно они образовали ядро нового института82. Курчатов в 30-е годы проводил в нем по два-три месяца в году83.
Иоффе старался, чтобы в Харьков переехал его давний друг, Эренфест, и писал ему, что институт нуждается в «широко образованном физике», но хотя Эренфест и проработал в этом институте несколько месяцев, он не остался там навсегда84. Однако в Харькове работало несколько иностранных физиков. В их числе был и Александр Вайсберг, венский коммунист, который возглавил низкотемпературную экспериментальную станцию, Мартин Руэман, руководивший одной из низкотемпературных лабораторий, Фридрих Хаутерманс, яркий и оригинальный физик из Германии, Фриц Лан-ге, тоже немецкий физик, позднее работавший над проблемой разделения изотопов с помощью центрифуг85.
Первым директором УФТИ стал Иван Обреимов, оптик, один из первых студентов Иоффе. Он был прекрасным физиком, но не оказался сильным директором86. В 1932 г. его заменил на этом посту Александр Лейпунский, которого относили к числу самых способных молодых советских физиков. Научные интересы Лейпунско-го были связаны главным образом с атомной и ядерной физикой. В 1932 г. он и Синельников вместе с двумя коллегами повторили эксперимент Кокрофта и Уолтона. В середине 30-х годов Лейпунский более года провел в Кавендишской лаборатории. Он был членом партии, что было в 30-е годы нетипичным для серьезных физиков. Коллеги высоко ценили его, считалось, что он будет играть важную роль в советской науке87.
Расцвет УФТИ начался уже в первой половине 30-х годов. Это был богатый и хорошо обеспеченный оборудованием институт, и к середине десятилетия по размеру бюджета и числу сотрудников он перегнал институт Иоффе88. Его ведущие ученые были талантливы и хорошо образованны. Шубников, возглавивший исследования в области низких температур, с 1926 по 1930 г. работал в лаборатории низких температур в Лейдене, одном из ведущих европейских центров в этой области науки. Он имел репутацию очень талантливого экспериментатора. Ландау, наверное, самый блестящий в своем поколении советский физик, вплоть до середины 30-х годов руководил теоретическим отделом УФТИ. Институт посещали многие иностранные физики, в том числе Нильс Бор, Джон Кокрофт и Поль
Ядерная предыстория
67
Дирак89. Виктор Вайскопф в 1932 г. проработал в нем восемь месяцев90. Институт выпускал советский физический журнал на немецком языке.
Александр Вайсберг писал в своей книге «Обвиняемый», ставшей классическим свидетельством о «большой чистке», что вплоть до 1935 г. институт был «оазисом свободы в пустыне сталинского деспотизма» и что, если бы в нем «оставили в покое ученых, в должное время они достигли бы выдающихся результатов»9'. Но после того как в 1934 г. в институте появился новый директор, атмосфера в нем была омрачена личными склоками и политическими интригами. Жена Синельникова в июле 1935 г. в письме к сестре писала, что «институт полон интриг. Раньше они были связаны с отношениями между учеными и административным отделом, но теперь кажется, что уже все перемешалось, и некоторые из ученых для достижения своих целей используют грязные методы»92. В сентябре она писала о том, что, видимо, «нужно взорвать весь институт, а затем начать все сначала»93. Когда Виктор Вайскопф в конце 1936 г. приехал в Харьков, некоторые из физиков-эмигрантов, с которыми он разговаривал, советовали ему отказаться от должности профессора, которую ему предлагали в Киеве. Вместо этого он выбрал Рочестерский университет в Нью-Йорке94.
Ситуация в институте, которая уже в 1935 и 1936 гг. была, по-видимому, не лучшей, продолжала ухудшаться. Многие из ведущих сотрудников УФТИ были арестованы во время «большой чистки» и обвинены в фантастических заговорах против государства95. В результате институт был опустошен. Вайсберг вспоминает, что в беседах со своими сокамерниками он так определил этот ущерб: «Послушайте, — сказал я, — наш институт является одним из самых значительных учреждений такого рода в Европе. И в самом деле, вероятно, нет другого такого института, в котором было бы столько разных и прекрасно оборудованных лабораторий. Советское государство не жалело средств. Часть наших ведущих ученых обучалась за рубежом. Их постоянно посылали на средства государства к крупнейшим физикам во все мировые центры — для пополнения знаний и опыта. В нашем институте было восемь отделов, каждый из которых возглавлял способный человек. А каково создавшееся сейчас положение? Заведующий лабораторией физики кристаллов Обреимов арестован, арестован и заведующий лабораторией низких температур Шубников. Руэман, который возглавлял вторую низкотемпературную лабораторию, выслан из страны. Лейпунский, заве
68
Глава вторая
дующий лабораторией расщепления ядер, арестован. Арестованы и руководитель Отдела рентгеновских лучей Горский, и заведующий отделом теоретической физики Ландау, и я сам — заведующий низкотемпературной экспериментальной станцией. Насколько мне известно, продолжает работать только Слуцкий, заведующий отделом ультракоротких волн»96. Избежал ареста также Синельников, руководивший лабораторией высоких напряжений.
Ландау до своего ареста переехал в Москву и возглавил теоретическую группу нового института Капицы. В день его ареста, 28 апреля 1938 г., Капица написал Сталину письмо с просьбой об освобождении. Он указывал, что Ландау и Фок — два самых сильных советских теоретика и что их потеря будет очень ощутимой как для Института, так и для советской и мировой науки. «Конечно, ученость и талантливость, как бы велики они ни были, не дают права человеку нарушать законы своей страны, и, если Ландау виноват, он должен ответить, — продолжал Капица. — Но я очень прошу вас, ввиду его исключительной талантливости, дать соответствующие указания, чтобы к его делу отнеслись очень внимательно». Письмо Капицы было и смелым, и умным. Он объяснил, каким образом Ландау мог нажить себе врагов: «...Следует учесть характер Ландау, который, попросту говоря, скверный,—писал Капица. — Он задира и забияка, любит искать у других ошибки и когда находит их, в особенности у важных старцев, вроде наших академиков, то начинает непочтительно дразнить»97. Капица продолжал прилагать усилия, чтобы защитить Ландау, который был освобожден ровно через год после своего ареста. Капице пришлось написать короткое письмо на имя Л. П. Берии, нового главы НКВД, в котором он поручился за лояльное поведение Ландау98.
Шубникова, Розенкевича и Горского расстреляли 8, 9 и 10 ноября 1937 г." Лейпунский был арестован в июле 1938 г. и освобожден месяцем позже. Обреимов, которого арестовали тоже в 1938 г., благодаря усилиям Капицы был выпущен на свободу в мае 1941 г. Вайсберга и Хаутерманса передали в руки гестапо вскоре после заключения в августе 1939 г. советско-германского пакта100. Результаты проведенной в институте чистки оказались сокрушительными: потенциал УФТИ необычайно понизился, и он утратил то положение исследовательского центра, о котором мечтали ведущие ученые несколькими годами ранее. В канун открытия деления ядер советские руководители разрушили один из наиболее важных физических институтов страны.
Ядерная предыстория
69
V
В начале и середине 30-х годов ведущие физические институты были частью сети научно-исследовательских институтов в структуре промышленных комиссариатов. Академия наук не имела в своем составе ни одного большого физического института. В начале 30-х годов Георгий Гамов попытался создать Институт теоретической физики на базе физического отдела Ленинградского физико-математического института, но Иоффе и Рождественский подавили его инициативу. Все же в результате возникшей дискуссии Академия наук в 1932 г. предложила организовать физический институт Сергею Вавилову101. (Сергей Вавилов — брат Николая Вавилова, всемирно известного генетика и растениевода, который был главной мишенью нападок Лысенко. Николая Вавилова арестовали в 1940 г., и он умер в тюрьме в январе 1943 г.) Вавилов, интересы которого были связаны с явлениями люминесценции и природой света, был одаренным организатором и намеревался превратить маленький физический отдел, где работала группа исследователей, в большой институт. Проблематика исследований института охватывала бы все важные области физики. Когда в 1934 г. Академия переехала в Москву, физический отдел, руководимый Вавиловым, переместился туда вместе с ней и стал отдельным институтом — Физическим институтом Академии наук (ФИАН). Многие ведущие физики Москвы, включая Мандельштама и Тамма, вошли в его штат102.
Поскольку Вавилов хотел, чтобы его институт занимался исследованиями наиболее важных областей физики, он уговорил некоторых из своих молодых сотрудников, в том числе Павла Черенкова и Илью Франка, начать работать в области ядерной физики. По предложению Вавилова Черенков исследовал люминесценцию растворов солей урана, возникающую под действием гамма-лучей. При этом он открыл «черенковское излучение» — голубое свечение, испускаемое под действием пучка высокоэнергичных заряженных частиц, проходящих через прозрачную среду, подобно головной волне, образующейся при движении судна по воде. Тамм и Франк вскоре развили теорию, объясняющую данный эффект. За эту работу в 1958 г. они с Черенковым получили Нобелевскую премию по физике103.
Вавилову, как и Иоффе, приходилось защищать ядерную физику от критики. Институт периодически проверяли комиссии, ко
70
Глава вторая
торые, как вспоминал позднее Илья Франк, критиковали институт с двух сторон. «Если это была ведомственная комиссия, то она отмечала, что поскольку ядерная физика — наука бесполезная, то нет оснований для ее развития. При обсуждениях в Академии наук мотив критики был иной. Ядерной физикой не занимается здесь никто из признанных авторитетов, а у молодых ничего не выйдет»104.
Вавилов старался усилить группу, занимавшуюся исследованиями в области ядерной физики, приглашая сотрудников из других институтов. Перед переездом Академии в Москву в исследованиях по ядерной физике в лаборатории Вавилова принял участие Мысов-ский, но он не хотел уезжать из Ленинграда. После 1934 г. консультантом лаборатории стал Скобельцын. В январе 1939 г. он переехал в Москву, с тем чтобы стать постоянным сотрудником ФИАНа105.
Вавилов, однако, хотел большего и не оставлял попыток сделать свой институт головным в области ядерных исследований. Он поднимал перед Иоффе вопрос о возможности перевода некоторых физиков-ядерщиков из Ленинграда в Москву, доказывая, что наиболее подходящие условия для работы по ядерной физике могут быть созданы в Академии, а не в промышленном секторе106. Некоторые полагали, что Вавилов стремится все взять в свои руки и разрушить ленинградскую школу ядерной физики107. Именно так это воспринимал Иоффе. Он был очень подавлен перспективой возможного переезда в Москву его физиков-ядерщиков, которых он поддерживал и защищал108. Вавилов, говорил Иоффе, «считает, что в Ленинграде нужно вовсе закрыть ядерную лабораторию, а я считаю, что одной московской ядерной лаборатории на весь Союз будет мало»109. Однако никто из ядерщиков института Иоффе, кроме Скобельцына, не поддался на уговоры Вавилова.
Но Вавилов не прекратил попыток превратить свой институт в центр исследований по физике ядра. В конце 1938 г. он сделал доклад на заседании Президиума Академии наук, по которому была принята резолюция, где отмечалось «неудовлетворительное организационное состояние этих работ (по ядерной физике.— Прим. ред.), выражающееся в раздробленности ядерных лабораторий по различным ведомствам, в нерациональном распределении мощных современных технических средств исследования атомного ядра по институтам, в неправильном распределении руководящих научных работников в этой области и т. п.»110. Президиум полагал, что вся работа в области атомных ядер и космических лучей должна про
Ядерная предыстория
71
водиться в Академии наук СССР, а также в Академиях наук Украины и Белоруссии. Он просил правительство разрешить ФИАНу начать в 1939 г. строительство нового здания, с тем чтобы ядерные исследования как можно скорее были сконцентрированы в Москве. Было также решено учредить Комиссию по атомному ядру, которая бы планировала и организовывала ядерные исследования. Ее председателем должен был стать Вавилов, а членами, помимо прочих,— Иоффе, Алиханов и Курчатов111.
Решения Президиума стали ударом для Иоффе. Его институт еще не вошел в структуру Академии, и потому существовала вероятность того, что в случае, если планы Президиума осуществятся, он потеряет свою ядерную группу, тем более что промышленные наркоматы не были заинтересованы в работах по ядерной физике. Более того, вновь созданная Комиссия предоставила Вавилову широкие права для организации работ в этой области. Это было плохо для Иоффе, поскольку Вавилов явно старался получить физтехов-ский циклотрон112. Однако прежде чем комиссия смогла приступить к серьезной работе, значимость ядерной физики существенным образом возросла благодаря открытию в конце 1938 г. деления ядер.
VI
В этой главе рассматривалась реакция российских ученых на открытие радиоактивности и серию открытий — annus mirabilis 1932. Вернадский больше, чем кто-либо другой, настаивал на проведении исследований по радиоактивности и на разведке урановых месторождений. Его воодушевление частично было обусловлено убежденностью в том, что результатом этих исследований станет возможность использовать атомную энергию в практических целях. Однако к 30-м годам такая перспектива оказалась более отдаленной, чем это представлялось на заре века. В 1932 г. советских ученых влекла к изучению ядра не надежда на получение каких-либо практических результатов, но перспектива исследования интересных физических явлений. Они могли надеяться, что их работа будет полезной, но полагали, что практические результаты, даже если в конце концов и удастся к ним прийти, появятся в далеком будущем.
Именно ученые, а не те, кто формировал научную политику, проявили инициативу в расширении исследований по ядру и отстояли право заниматься ими, несмотря на скептицизм части практи
72
Глава вторая
чески мыслящих администраторов. Советские физики считали себя частью международного сообщества. Они с пристальным вниманием следили за тем, что делается за рубежом, хотели внести свой вклад в поток новых открытий и получить в этой области исследований признание западных коллег. Рудольф Пайерлс, который хорошо знал сообщество советских физиков 30-х годов, утверждал, что, когда они подошли к проблеме выбора направления исследований, у него в то время «не создалось впечатления, что в том, как делалась наука, было какое-то действительное различие» между Советским Союзом и другими странами113.
Физика, как это видно из настоящей главы, представляла собой сферу относительной интеллектуальной автономии в обществе, где господствовал тоталитарный режим. Эта интеллектуальная автономия поддерживалась комплексом общественных отношений — властью, социальным статусом, наградами, отличавшимися от того, что имело место в обществе в целом. Несмотря на усилия партийных идеологов, членство в партии и положение, занимаемое в партийной иерархии, не имели веса. Как говорил Френкель, «ни Энгельс, ни Ленин не являются авторитетами для физиков». Речь здесь шла не об отношении физиков к режиму (оно было различным), а об их отношении к объединению физиков как интеллектуальному предприятию. Аргументация в пользу интеллектуальной автономии основывалась на том, что существуют пределы влияния на нее партийного руководства, что физики имеют право сами решать, какие физические теории верны и какие проблемы интересны, а также надеяться на признание со стороны международного сообщества физиков. Решение о расширении исследований по ядру, принятое после 1932 г., свидетельствует о том, что советские физики действовали именно так.
Разумеется, верно, что ученые должны были объяснить властям сделанный ими выбор. Одна из возможностей действовать таким образом состояла в том, чтобы указать на потенциальную практическую полезность атомной энергии и тем самым засвидетельствовать свою приверженность целям и ценностям режима. В сентябре 1937 г. во вступительном слове, с которым Иоффе обратился к участникам 2-й Всесоюзной конференции по атомному ядру, он сказал: «Для нас, советских физиков, является основной истиной, что всякая наука, в том числе физика, может развиваться и ставить величайшие проблемы только в том случае, если она самым тесным образом на деле связана с теми практическими приложениями, ко
Ядерная предыстория
73
торые из нее вытекают». Он утверждал далее, что только овладение тайнами атомного ядра могло бы привести к осуществлению давней мечты об источнике дешевой энергии или мечты алхимиков о получении драгоценных металлов из более доступных114. В октябре следующего года физическая группа Академии наук приняла резолюцию о том, что ядерная физика должна в ближайшем будущем сконцентрироваться на работе, связанной с практическими техническими проблемами, но не уточнила, что это за проблемы113. Такого рода утверждения были не более чем благонамеренными высказываниями, рассчитанными на то, чтобы задобрить власти и обосновать просьбы о выделении средств.
Более реалистичное представление о позиции физиков можно получить из описания заседания ученого совета ФИАНа, состоявшегося в 1938 г. На нем обсуждались планы лабораторий по проведению прикладных исследований, например, по спектральному анализу металлов, радиогеодезии, люминесцентным лампам.
Когда очередь дошла до лаборатории атомного ядра, ее сотрудники начали бормотать что-то неопределенное о возможности измерения толщины стенок резервуаров по данным о рассеянии гамма-лучей, испускаемых радиоактивными источниками, которые имелись в институте. Один из членов совета, ныне хорошо известный физик, не смог удержаться и сказал: «Использование физики для нужд народного хозяйства — серьезное дело, и мы делаем много действительно существенного. Но не следует превращать его в игру. Физика атомного ядра — очень важная область фундаментальных научных исследований, и ее нужно развивать, но она не имеет и неизвестно когда еще будет иметь хоть какое-либо прикладное значение»116. Все присутствовавшие согласились с выступавшим, и заседание было продолжено.
Несмотря на имевшиеся трудности, советские исследования по ядерной физике в 30-е годы были весьма успешными. Виктор Вайскопф, высоко ценивший советских физиков, приехав в Советский Союз, увидел, что они ни в чем не отставали от зарубежных в понимании структуры ядер117. Иоффе в заключительных комментариях, сделанных им на конференции по ядерной физике 1937 г., сказал, что в Советском Союзе к этому времени было уже более ста ученых, работавших в области физики ядра. Это примерно в четыре раза превышало численность занятых соответствующими проблемами ко времени проведения первой конференции, состоявшейся в 1933 г. Из тридцати работ, представленных на конференцию
74
Глава вторая
1937 г., сказал он, многие имеют «фундаментальное значение» и свидетельствуют о «широком развитии нашей науки»118. Месяцем позже Президиум Академии с несомненным удовлетворением отметил рост «молодых научных кадров» в ядерной физике119.
Глава третья
Реакция на деление
I
Когда Энрико Ферми и его сотрудники в 1934 г. начали изучать искусственную радиоактивность, возникающую при бомбардировке различных элементов нейтронами, они обнаружили признаки образования трансурановых элементов, т. е. элементов, которые в периодической таблице Менделеева должны располагаться после урана. Химики других стран, а также Виталий Хлопин в Ленинграде, пытались выявить эти элементы с помощью радиохимического анализа и полагали, что и в самом деле обнаружили существование трансурановых элементов. Немецкий химик Ида Ноддак высказала предположение, что заключение Ферми ошибочно и что уран мог расщепиться на элементы из середины периодической таблицы, но никто не обратил внимания на ее аргументы1. Однако в декабре 1938 г. Отто Ган и Фриц Штрассман из берлинского Химического института кайзера Вильгельма открыли, что при бомбардировке урана нейтронами он расщепляется на элементы, находящиеся в середине периодической таблицы, а не превращается в элементы более тяжелые, чем уран. Это было совершенно неожиданное открытие. Ган и Штрассман были уверены в правильности результатов проведенного ими анализа, но в своей работе они написали, что «как химики-ядерщики, в определенном смысле близкие к физике», они еще не могут решиться прийти к заключению, которое «противоречит всем прежним представлениям ядерной физики»2.
Статья Гана и Штрассмана появилась в номере «Ди Натурвис-сеншафтен» от 6 января 1939 г., но еще до ее публикации Ган написал своей ближайшей сотруднице Лизе Мейтнер и сообщил ей об этом эксперименте. Мейтнер бежала из Германии после принятия расовых законов и в то время жила в Швеции. Она показала письмо Гана своему племяннику физику Отто Фришу, который прово
76
Глава третья
дил у нее рождественские каникулы. Фриш тоже бежал от нацистов и работал в Институте Нильса Бора в Копенгагене. Пытаясь объяснить результаты экспериментов Гана и Штрассмана, Мейтнер и Фриш пришли к выводу, что «ядро урана могло и в самом деле походить на подвижную и нестабильную каплю, готовую разделиться под действием самого незначительного импульса, например, удара нейтроном»3. После разделения обе капли разлетаются за счет сил взаимного электрического отталкивания, при этом суммарная их масса (по сравнению с исходным ядром) оказывается меньше (в энергетическом эквиваленте) на 200 МэВ. При химических реакциях с наибольшим выходом энергии высвобождается всего лишь несколько электрон-вольт, а в прочих процессах радиоактивного распада выделяется только несколько миллионов электрон-вольт. Следовательно, эта новая реакция, которую Фриш и Мейтнер назвали «делением», оказывается значительно более мощной. Их работа была опубликована в номере журнала «Нэйчер» от 18 февраля.
Новость об открытии деления атомного ядра быстро распространялась. 16 января 1939 г. Энрико Ферми, только что бежавший из Италии, поскольку его жене-еврейке угрожали фашистские расовые законы, узнал об этом в Нью-Йорке от Нильса Бора, который в этот день прибыл туда из Европы. Примерно в это же время Фредерик Жолио-Кюри прочел в Париже статью Гана и Штрассмана, а 26 января Бор рассказал об открытии участникам конференции в Вашингтоне — столице Соединенных Штатов. Это открытие вызвало большое оживление научных исследований: к декабрю 1939 г. было опубликовано более сотни статей по делению ядра4. Однако это оживление в условиях нависающей над Европой угрозы войны омрачалось предчувствием опасности, связанной с практическим применением деления ядра.
Советские физики узнали об открытии, когда до них дошли иностранные журналы5. Новости породили ту же реакцию, что и на Западе: необычайное возбуждение и возникновение новых направлений исследования. Хлопин и его сотрудники в Радиевом институте приступили к изучению химической природы продуктов деления. Открытие деления атомного ядра вызвало сильные сомнения в существовании трансурановых элементов. Но Хлопин продолжал глубоко интересоваться трансуранами и проводил опыты, чтобы выяснить, не обнаружатся ли они при расщеплении ядра6. В ходе этого исследования Хлопин открыл некоторые до этого времени неизвест
Реакция на деление
77
ные реакции распада подвергшихся делению ядер урана. Хотя он и не сумел выявить трансурановые элементы, он заключил, что цепочки радиоактивных превращений на самом деле свидетельствовали об их существовании7. 1 апреля 1939 г. он написал Вернадскому: «Опыты, которые удалось пока поставить, использовав циклотрон, делают весьма вероятным, что трансураны все же существуют, т. е. что распад урана под действием нейтронов течет различными путями». Он надеялся, что сможет дать окончательный ответ на вопрос о трансу ранах в ближайшие несколько недель, но ответ ускользнул от него: трансурановые элементы были впервые идентифицированы в Беркли в 1940 г.8
В институте Иоффе открытие деления атомного ядра также привело всех в волнение. Первая советская работа по делению ядра была сделана Яковом Френкелем, который использовал капельную модель ядра для теоретического объяснения деления ядер через понятие устойчивости тяжелых ядер. Он рассказал об этой работе на ядерном семинаре Курчатова, и вскоре его статья была опубликована в одном из советских журналов9.
Высвобождаются или нет свободные нейтроны в процессе деления, и если высвобождаются, то в каком количестве,— таков был первый вопрос, за решение которого взялась лаборатория Курчатова. Это был ключевой вопрос, потому что только в случае высвобождения более одного нейтрона окажется возможной самоподдерживающаяся цепная реакция. Данную проблему одновременно исследовали несколько групп ученых в Европе и Соединенных Штатах. Георгий Флеров и Лев Русинов пришли к выводу, что на одно деление приходится от одного до трех таких нейтронов. Они сделали первое сообщение об этом на семинаре Курчатова 10 апреля 1939 г., т. е. в тот же день, когда на нем выступил Френкель. К этому времени, однако, Жолио и два его сотрудника, Ганс фон Хальбан и Лев Коварский, уже опубликовали статью, в которой утверждали, что в процессе деления испускаются вторичные нейтроны, а 22 апреля они сообщили, что среднее число этих нейтронов на одно деление составляет три с половиной10.
Как только эти эксперименты были завершены, Курчатов решил проверить гипотезу, согласно которой медленные нейтроны вызывают деление только редкого изотопа урана — урана-23511. Медленные нейтроны приводили к процессу деления с гораздо большей вероятностью, чем быстрые, и в начале февраля Бор пришел к заключению, что медленными нейтронами делится уран-235, а не основ
78
Глава третья
ной изотоп природного урана — уран-238. Он опубликовал заметку об этом эффекте в номере журнала «Физикэл Ревью» от 15 марта12. Это было очень важное заключение, потому что изотоп урана-235 составляет 0,7^ природного урана. Бор, как и все, думал, что будет необычайно трудно выделить уран-235, и поэтому он очень скептически оценивал возможность практического использования атомной энергии. В марте он сказал своим коллегам, что «стране необходимо будет приложить все свои усилия для изготовления бомбы»13. Многие физики не были согласны с гипотезой Бора, по которой нейтронами делится только уран-235, но решающие эксперименты не могли быть выполнены до тех пор, пока в руках экспериментаторов не окажется обогащенный легким изотопом-235 образец урана. Тем не менее Курчатов предложил Русинову и Флерову исследовать этот вопрос. Они пришли к выводу, что Бор был прав, и доложили об этом на семинаре 16 июня 1939 г.14
Советские ученые задавались теми же вопросами, что и их западные коллеги, и то, что было сделано на Западе, находило у них живой отклик. Но их исследования оказывали лишь небольшое влияние на работы, которые велись за пределами Советского Союза. Работа, выполненная в 1939 г. в лаборатории Курчатова, не была опубликована вплоть до 1940 г. К этому времени она утратила то значение, которое могла бы иметь. Трудно было быть первыми в получении важных результатов, когда ученые в других центрах продвигались в своих исследованиях столь быстро. Проблема усложнялась еще и тем, что, прежде чем иностранные журналы становились доступными для советских ученых, проходило несколько недель15.
Самая важная теоретическая работа, выполненная в этот период в Советском Союзе, принадлежала Юлию Харитону и Якову Зельдовичу. В ней определялись условия, при которых может произойти ядерная цепная реакция. Статьи, опубликованные этими двумя учеными в 1939-1941 гг., предопределили ту ключевую роль, которую позднее им предстояло сыграть в развитии советского ядерного оружия. Харитон родился в 1904 г. в Санкт-Петербурге. Его отец был петербургским журналистом, а после революции — директором Дома писателей, важного центра литературной жизни. В 1921 г., когда Юлий Харитон был всего лишь студентом второго курса Политехнического института, Семенов пригласил его к себе на работу в институт Иоффе. В 1925 г. Харитон и Зинаида Вальта провели опыты по окислению паров фосфора при низких давлениях. Они
Реакция на деление
79
обнаружили, что при давлении кислорода ниже некоторого критического значения окисления не происходит. Когда Харитон и Валь-та опубликовали свои результаты, немецкий химик Макс Боден-штейн написал, что их результат невозможен и, должно быть, является следствием ошибки в эксперименте. Дальнейшие опыты Семенова подтвердили результаты, полученные Харитоном и Валь-та, и положили начало работе по цепным реакциям, за которую в 1956 г. Семенов получил Нобелевскую премию по химии16.
В 1926 г. Харитон отправился в Кембридж, где он по рекомендации Капицы был принят на работу в Кавендишскую лабораторию. Здесь он работал под руководством Эрнста Резерфорда и Джеймса Чедвика, выполняя исследования по чувствительности глаза к слабым импульсам света и по альфа-излучению17. Когда в 1928 г. Харитон вернулся в Ленинград, уже будучи доктором наук Кембриджского университета, он стал заведующим новой лабораторией, в которой изучались взрывчатые вещества. По пути в Советский Союз он останавливался в Германии, где в то время жила его мать. Много лет спустя он говорил, что этот визит убедил его в том, что политическая ситуация в Германии является угрожающей и что он должен заняться работой, которая была бы полезной для обороны страны18. Лаборатория Харитона стала частью нового Института химической физики, который в 1931 г. выделился из института Иоффе19.
Зельдович был на десять лет моложе Харитона. Он тоже родился в высокообразованной еврейской семье: его отец был юристом, а мать изучала языки в Сорбонне. Во время посещения института Иоффе семнадцатилетний Зельдович задал несколько вопросов, которые произвели очень благоприятное впечатление на одного из заведующих лабораторией. В результате Зельдович был приглашен туда на работу20. К тому времени, когда все было окончательно устроено, эта лаборатория стала частью Института химической физики.
Летом 1939 г. в автобусе по пути в Лесное Зельдович узнал от одного физика о статье, в которой французский физик Франсис Перрен пытался определить величину критической массы урана, необходимой для возникновения в ней цепной реакции21. Эта работа заинтересовала Зельдовича, и он рассказал Харитону о расчетах, выполненных Перреном. Вместе они проштудировали статью Пер-рена, но его анализ не показался им убедительным, и они решили, что сами исследуют эту проблему22. Заниматься этой темой пред-
80
Глава третья
ставлялось для них естественным, поскольку изучение цепных реакций было основным предметом исследований в институте Семенова.
Поначалу Зельдович и Харитон работали над этой проблемой ядерной физики по вечерам, но вскоре поняли, что задача настолько велика, что ее решению они должны посвятить все свое время. Они стали участвовать в работе Курчатовского семинара, на котором вскоре ознакомились с новейшими исследованиями в области ядерной физики. В октябре 1939 г. они направили в ЖЭТФ («Журнал экспериментальной и теоретической физики») две свои работы. В первой из них рассматривалась возможность развития цепной реакции, возникающей в уране-238 под воздействием быстрых нейтронов23. Бор утверждал, что уран-238 не делится медленными нейтронами; если бы цепная реакция на быстрых нейтронах имела место, то нейтроны, испускаемые при делении, вызвали бы последующее деление еще до их замедления. Зельдович и Харитон теоретически определили условия, при которых цепная реакция могла бы иметь место, и сделали заключение, основанное на имеющихся экспериментальных данных, что требуемые условия не могут осуществиться в уране-238, будь то окись урана или чистый металлический уран24.
В своей второй статье Зельдович и Харитон исследовали возможность цепной реакции на медленных нейтронах в природном уране25. Опыты, проведенные Ферми совместно с Лео Сцилардом и Гербертом Андерсоном в Колумбийском университете в Нью-Йорке и Жолио и его сотрудниками в Париже, показали, что на возможность цепной реакции в природном уране существенным образом влияет резонансное поглощение нейтронов в уране-238 до того, как они замедлятся и смогут вызвать деление урана-235. Ферми с сотрудниками провели свои опыты с ураном, помещенным в бак с водой. Они пришли к выводу, что «даже при оптимальной концентрации водорода остается крайне неопределенным, превзойдет ли выход нейтронов их полное резонансное поглощение»26. Иными словами, не было ясно, сможет ли водород существенно замедлить нейтроны таким образом, чтобы избежать резонансного захвата и тем самым сделать возможной цепную реакцию.
Зельдович и Харитон по-другому интерпретировали результаты, полученные Жолио и Ферми, основываясь на своей собственной теории, трактующей условия, необходимые для возникновения цепной реакции, и сделали вывод о том, что она не будет возможной в системе уран — вода. Зельдович и Харитон писали о том, что для
осуществления цепной реакции «необходимо для замедления нейтронов применять тяжелый водород или, быть может, тяжелую воду, или какое-нибудь другое вещество, обеспечивающее достаточно малое сечение захвата. ...Другая возможность заключается в обогащении урана изотопом 235». Если содержание урана-235 в природном уране будет повышено с 0,7 до 1,3%, то, по их расчетам, в качестве замедлителя могли бы быть использованы вода или водо-
род27
На 4-й Всесоюзной конференции по физике ядра, состоявшейся в ноябре 1939 г. в Харькове, Харитон доложил о работе, выполненной им совместно с Зельдовичем. Из его доклада следовало, что «из этих расчетов, которые на первый взгляд приводят к пессимистическим выводам, видно, однако, по какому пути можно идти для осуществления цепной реакции. Достаточно повысить в уране концентрацию изотопа 235, чтобы реакция оказалась возможной. Если, с другой стороны, в качестве замедлителя вместо водорода использовать дейтерий, то поглощения в замедлителе практически не будет, и реакция, очевидно, также будет осуществима. Оба пути кажутся сейчас довольно фантастическими, если вспомнить, что для осуществления реакции необходимы тонны урана. Однако принципиально возможность использования внутриядерной энергии открыта»28. На конференции возникла дискуссия об использовании деления ядра в качестве источника энергии или для взрывов, но никто из ее участников не считал, что это дело близкого будущего29.
Нильс Бор и Джон Уилер опубликовали важнейшую работу по теории деления в журнале «Физикэл Ревью» 1 сентября 1939 г., за два дня до начала войны в Европе*. Помимо прочего, эта работа содержала теоретическое обоснование гипотезы Бора, согласно которой именно уран-235 делится медленными нейтронами. Александр Лейпунский, который представил на Харьковской конференции обзор состояния исследований по ядру, большую его часть посвятил теории Бора и Уилера. Он сказал, что в течение очень долгого времени нельзя будет осуществить разделение изотопов, и утверждал, что цепная реакция на медленных нейтронах «весьма сомнительна». Более того, добавил он, ничего нельзя сказать о возможности реакции на быстрых нейтронах, поскольку отсутствуют данные о таких процессах, как замедление быстрых нейтронов30.
* Вторая мировая война началась 1 сентября 1939 г. - Прим. ред.
82 Глава третья
* Автор цитирует по англоязычному источнику. Здесь слова И. Тамма приводятся в обратном переводе с английского. - Прим. перев.
Большинство советских ученых скептически относились к возможности использования атомной энергии. Говорят, что Игорь Тамм в августе 1939 г., комментируя работу Зельдовича и Харито-на, сказал: «Знаете ли вы, что означает это новое открытие? Оно означает, что может быть создана бомба, которая разрушит город в радиусе, возможно, десяти километров [от эпицентра взрыва]»31*. Но такого рода оценка была исключением. Иоффе в докладе, сделанном в Академии наук в декабре 1939 г., отметил, что представляется маловероятным, что в этом случае возможно использование результатов ядерной физики в практических целях32. Капица в 1940 г. но этому же поводу заметил, что для осуществления ядерных реакций потребуется больше энергии, чем они могут отдать. Понадобится разделить изотопы, а для этого необходимо будет «затратить энергии больше, чем можно рассчитывать получить от ядерной реакции». Было бы весьма удивительным, сказал он, если бы возможность использовать атомную энергию превратилась в реальность33.
Исследования условий осуществления цепной реакции деления продолжались и после харьковской конференции. Курчатов предложил провести несколько экспериментов, которые могли бы установить; будет ли уран-238 делиться быстрыми нейтронами. Он поручил проведение одного из этих экспериментов Флерову и Константину Петржаку, молодому исследователю из Радиевого института. Задача опыта состояла в наблюдении за тем, как меняется величина потока нейтронов из урановой сферы, если внутри нее поместить источники нейтронов с различными спектрами энергий. Петржак и Флеров построили очень чувствительную ионизационную камеру для регистрации актов деления. Когда в начале 1940 г. они приступили к опытам, то, к своему большому удивлению, обнаружили, что ионизационная камера продолжает срабатывать, т. е. регистрировать деление, и тогда, когда они убрали источник нейтронов. Вскоре они пришли к заключению, что открыли спонтанное деление — деление, происходящее без бомбардировки нейтронами. Теоретически такой процесс был предсказан Френкелем, а также Бором и Уилером, но Петржак и Флеров первыми экспериментально доказали это явление34.
Реакция на деление
83
Курчатов предложил Петржаку и Флерову провести ряд контрольных опытов, чтобы исключить возможность ошибки в эксперименте. Один из этих опытов был проведен под землей — в помещении станции московского метро «Динамо», чтобы показать, что деление не вызывается космическими лучами. В конце концов Курчатов убедился в том, что они открыли спонтанное деление. В мае 1940 г. Хлопин и Курчатов доложили об этом открытии в Академии наук, и вскоре в советских журналах появились соответствующие статьи35. Курчатов, всегда придававший значение мнению иностранных физиков, послал короткое телеграфное сообщение об открытии в американский журнал «Физикэл Ревью», и оно было опубликовано в номере от 1 июля 1940 г. Флеров и Петржак хотели включить имя Курчатова в число авторов, поскольку это он предложил схему эксперимента и помогал им в анализе его результатов, но Курчатов отклонил это предложение. По-видимому, он опасался, что его молодые сотрудники не получат должного признания, если статья будет подписана и его именем36. В Советском Союзе это открытие привлекло большое внимание. Его рассматривали как свидетельство того, что Курчатов и его сотрудники работают теперь на том же уровне, что и ученые ведущих исследовательских центров на Западе. Позднее Флеров говорил: «...Тогда, до войны, в нас очень были сильны приоритетные страсти. Все дрались за первенство»37. Американец Уиллард Либби тоже пытался экспериментально обнаружить явление спонтанного деления, но потерпел неудачу. Это сделало успех советских физиков еще более приятным событием.
7 марта 1940 г. Зельдович и Харитон направили в ЖЭТФ свою третью статью, которая была опубликована в мае38. В первых двух статьях они исследовали условия для развития цепной реакции в системе бесконечного размера. Теперь они изучали кинетику цепной реакции в условиях, близких к критическим. Цепная реакция будет развиваться только в блоке критических размеров. Ядерная цепная реакция могла бы дать огромное количество энергии, писали они, и сделать возможным «некоторые применения урана»39. Поэтому вскоре можно было бы ожидать получения цепной реакции, несмотря на большие трудности, стоящие на этом пути. Но окончательный вывод об использовании деления ядер для получения энергии или для взрывов нельзя сделать, пока не будет понята кинетика цепной реакции. Особенно важно было понять переход от подкри-тического состояния к надкритическому, потому что этот переход может произойти очень быстро. Зельдович и Харитон писали о том,
84
Глава третья
что расчетное время между поколениями нейтронов в случае медленных нейтронов составляет миллисекунды и десятки микросекунд — для быстрых нейтронов40.
Вычисления Зельдовича и Харитона показали, что как только система приближается к критическому состоянию, тепловое расширение урана (которое позволило бы нейтронам покинуть блок урана) и испускание запаздывающих нейтронов способны оказывать решающее влияние на переход в критическое состояние, а это позволило бы гораздо легче регулировать этот переход. «Такие свойства системы (прежде всего регулировка через тепловое расширение) делают экспериментальное исследование и энергетическое использование цепного распада урана безопасным. Взрывное использование цепного распада требует специальных приспособлений для весьма быстрого и глубокого перехода в сверхкритическую область и уменьшения естественной терморегулировки»41.
В этой статье говорилось о физических процессах, которые должны оказаться определяющими при конструировании реакторов. Из нее также видно, что Зельдович и Харитон размышляли о цепных реакциях на медленных и быстрых нейтронах и что они предполагали возможность использования внутриядерной энергии как для бомб, так и для получения энергии. Хотя в их статье в явном виде не определялось условие для инициирования мощного ядерного взрыва (значительная сверхкритичность в начальном состоянии и размножение быстрых нейтронов), она, как утверждалось в более поздних комментариях к ней советских ученых, непосредственно указывала на это условие42.
II
В 30-е годы физики-ядерщики были истинным примером международного сотрудничества в науке, а драматический прогресс этого десятилетия был основан на открытиях, сделанных учеными в нескольких странах. О получаемых теоретических и экспериментальных результатах очень быстро становилось известно международному сообществу, и открытие, сделанное в одной лаборатории, стимулировало дальнейшие исследования в других. Это очень хорошо видно на примере реакции физиков на открытие деления. Вскоре, однако, ситуация стала меняться, так как ядерная физика начала превращаться из сферы исследований, далекой от практических приложений, в ключевой фактор международных отношений.
Реакция на деление
85
Первым человеком, увидевшим, что физики-ядерщики должны принять во внимание возможность применения результатов их исследований в военном деле, был Лео Сцилард, венгерский физик, который в 1933 г. эмигрировал в Англию, спасаясь от нацистов, преследовавших евреев. Сцилард сразу же понял, какое значение может иметь деление ядра, поскольку еще в 1933 г. пришел к идее цепной реакции, открывавшей путь к освобождению энергии атомного ядра. Ему не пришло в голову, что цепная реакция могла быть возможной в уране, не предвидел он и открытия деления. Но он был настолько обеспокоен перспективами, которые были связаны с ядерной цепной реакцией, что получил британский патент, полагая, что тем самым сумеет ограничить возможное использование своей идеи43.
В январе 1939 г. Сцилард, который к этому времени жил в Нью-Йорке, предложил Ферми засекретить исследования по делению ядра. Ферми полагал, что возможность использования цепных реакций отдаленна, и отреагировал на замечание Сциларда репликой: «Чепуха!»44. Тогда Сцилард написал Фредерику Жолио, чтобы тот высказался в пользу засекречивания исследований. Жолио проигнорировал это предложение и вместе со своими сотрудниками, Хальбаном и Коварским, опубликовал статью, в которой было показано, что при делении атомного ядра испускаются нейтроны45.
Сцилард не отказался от своих попыток и в марте убедил Ферми попросить редакцию журнала «Физикэл Ревью» задержать публикацию статьи физиков из Колумбийского университета о числе вторичных нейтронов, приходящихся на каждый акт деления. Побуждаемый Сцилардом, Виктор Вайскопф послал Хальбану телеграмму о том, что эта публикация откладывается, и спрашивал, готовы ли Жолио и его сотрудники сделать то же самое. Жолио отклонил это предложение. 7 апреля, в тот самый день, когда он телеграфировал Сциларду о своем окончательном решении, группа французских физиков послала в «Нэйчер» статью, в которой было подсчитано, что при одном делении испускается от трех до четырех нейтронов46.
Эта статья, опубликованная 22 апреля, оказала большое влияние на исследования, проводившиеся повсюду, поскольку в ней было показано, что цепная реакция и в самом деле возможна. Это побудило профессора Дж. П. Томпсона, работавшего в Имперском колледже в Лондоне, обратить внимание английского правительства на возможность создания атомной бомбы и на важность недопуще
86
Глава третья
ния Германии к урану, которым владела бельгийская компания «Юнион Миньер». Ответственность за решение проблемы урана была возложена на Комитет по научным изысканиям по противовоздушной обороне при Министерстве авиации. Было начато исследование на предмет возможности получения цепной реакции, но особой срочности в проведении этих работ не было, поскольку само создание бомбы представлялось делом будущего. Начавшаяся в сентябре 1939 г. война ограничила дальнейшее развитие исследований, поскольку большинство физиков оказались теперь вовлеченными в другие работы, связанные с обороной47.
Что касается немецких ученых, то и они в апреле поставили свое правительство в известность о практическом применении реакции деления ядер. Николаус Риль, бывший студент Гана и Мейтнер, возглавлявший теперь исследования в компании «Ауэр», обратил внимание Управления военных материалов на возможные приложения явления ядерного деления. Другие ученые писали в Министерство просвещения и в Министерство вооруженных сил. В сентябре 1939 г. Управление военных материалов утвердило проект исследований по делению ядер. Военное министерство подчинило себе берлинский Физический институт кайзера Вильгельма и сместило Петера Дебая с поста его директора. Начиная с этого времени все упоминания о возможности создания атомных бомб или урановых реакторов были запрещены в германской печати48.
Во Франции Жолио и его сотрудники в гораздо большей степени интересовались использованием цепных ядерных реакций для производства ядерной энергии и полагали, что это более близкая перспектива, чем атомная бомба. Однако, когда началась война, Жолио объяснил Раулю Дотри, министру вооружений, что исследования по проблеме урана могут привести или к созданию нового мощного оружия, или к получению источника огромной энергии. Дотри пообещал Жолио оказывать необходимую ему помощь и в марте 1940 г. направил Жака Аллье, инженера, который в это время работал в военной разведке, в Норвегию, поручив ему получить у Норвежской гидроэлектрической компании запас тяжелой воды. Это была единственная компания, производившая значительные количества тяжелой воды. Аллье сумел получить весь этот запас — 185,5 кг — и перевезти его в Париж. Но французские ядерные исследования были прерваны в мае 1940 г. вторжением немецких войск во Францию. Хальбан и Коварский с драгоценной тяжелой
Реакция на деление
87
водой бежали в Англию. Жолио остался в Париже, чтобы поддержать французскую науку во время нацистской оккупации49.
В Соединенных Штатах, все еще не вступивших в войну, Сцилард настаивал на расширении исследований, опасаясь, что в Германии уже начались работы над созданием атомной бомбы. Он придумал способ, которым можно было привлечь внимание Рузвельта к этой проблеме: следовало попросить Альберта Эйнштейна написать президенту письмо (оно было датировано 2 августа 1939 г.) и предостеречь его, сообщив, что данные современных исследований свидетельствуют о том, что могут быть созданы «мощные бомбы нового типа». В конце своего письма Эйнштейн заметил, что Германия запретила продажу урана из рудников Чехословакии, которую она оккупировала в марте. Реакцией на это письмо было принятое Рузвельтом в октябре 1939 г. решение учредить Урановый комитет50.
Кроме того, Сцилард продолжал свою кампанию за запрещение публикации результатов исследований по делению ядра, но в первые месяцы 1940 г. не достиг в этом большого успеха. Он воздержался от публикации одной из своих статей и убедил сделать то же самое одного-двух своих коллег. Однако в мае 1940 г. физики Эдвин Макмиллан и Филипп Абельсон, работавшие в Беркли, опубликовали в «Физикэл Ревью» сообщение об образовании в процессе деления урана элемента-93, который позднее был назван нептунием. В Европе и Америке это вызвало протесты со стороны физиков, которые полагали, что опасно публиковать статью, содержащую указание на возможность получения способных к делению трансурановых элементов. Если это так, то можно будет получить бомбу, не решая очень сложной задачи выделения урана-235. Вскоре редакторы основных американских научных журналов и ведущие ученые приняли решение о добровольном ограничении публикаций о делении51 .
Поведение советских ученых было совсем другим. Сведения о том, что они пытались предупредить свое правительство о возможности практического применения реакции деления ядер до лета 1940 г. отсутствуют, не было также создано какой-либо специальной организации, которая координировала бы исследования по делению атомного ядра52. В 1940 г. советские физики продолжали свободно публиковать работы по делению, и не предпринималось никаких попыток — ни со стороны их самих, ни со стороны государства — ограничить публикации. Контраст с реакцией ученых других стран поразителен и отражает стратегическую и политичес
88
Глава третья
кую установки, принятые в Советском Союзе. В отличие от Англии, Франции и Германии Советский Союз не был вовлечен в войну в Европе (хотя и вторгся в Польшу в сентябре 1939 г., а кроме того, с ноября 1939 г. по март 1940 г. находился в состоянии войны с Финляндией). В отличие от Соединенных Штатов в Советском Союзе не было большой группы физиков-эмигрантов, которые забили бы тревогу о нацистской атомной бомбе. Кроме того, выражение тревоги по отношению к перспективам создания немецкой атомной бомбы противоречило бы советско-германскому пакту, заключенному в августе 1939 г., и договору о дружбе, который последовал за ним в сентябре. Заключение договоров Советского Союза с фашистской Германией привело к тому, что западные физики решили прекратить обмен научной информацией по проблемам деления ядра со своими советскими коллегами.
Несмотря на поднятую учеными тревогу, к началу 1940 г. нигде не подготавливался полномасштабный проект, который определил бы развитие работ по атомной бомбе. Хотя цепная реакция и представлялась возможной, это все еще не было твердо установлено. Кроме того, никто точно не сформулировал условия возникновения взрывной цепной реакции. Также оставалось неясным, можно ли будет выделить уран-235 в количествах, достаточных для создания бомбы. Большинство физиков полагали, что понадобятся тонны обогащенного урана, и было широко распространено мнение, что процесс его получения будет слишком дорогостоящим53.
Прорыв в этом отношении произошел в марте 1940 г., когда Рудольф Пайерлс и Отто Фриш, работавшие в университете Бирмингема, составили меморандум «О конструкции "супербомбы", основанной на цепной ядерной реакции в уране»54, где сформулировали ряд основополагающих вопросов. Если вы имеете блок чистого ура-на-235, будет ли в нем развиваться цепная реакция на быстрых нейтронах? Если будет, то сколько урана-235 для этого потребуется? Каковы будут последствия такой цепной реакции? Каким образом можно выделить уран-235? На эти вопросы они предложили ответы, которые показали, что создание ядерной бомбы — гораздо более выполнимая задача, чем думали физики. Фриш и Пайерлс сделали вывод, что цепная реакция на быстрых нейтронах может развиться в куске металлического урана-235 весом в один килограмм, а разрушающий эффект от взрыва пятикилограммовой бомбы будет эквивалентен взрыву нескольких тысяч тонн динамита. Они отметили, что на основе цепной реакции на медленных нейтронах нельзя
Реакция на деление
89
создать эффективную бомбу, потому что уран разогревается и его тепловое расширение приведет к утечке нейтронов и тем самым к остановке реакции. Они предположили, что уран-235 может быть выделен методом термодиффузии, который кратко описали. Меморандум Фриша — Пайерлса побудил британское правительство учредить комитет, который должен был исследовать возможность создания атомной бомбы. Этот комитет, известный как Комитет Мод, координировал решение проблемы атомной бомбы в Великобритании и представил свой доклад в июле 1941 г.
Маргарет Гоуинг писала о меморандуме Фриша — Пайерлса, что поднятые в нем «вопросы сегодня могут казаться достаточно очевидными, но они не были такими в то время. В Америке они не были поставлены даже много месяцев спустя, пока британская работа не стала доступной американцам. Немецкие физики, включая блестящего теоретика Гейзенберга, по-видимому, вообще ими не задавались»55. Прошло несколько месяцев, прежде чем эти же вопросы были сформулированы советскими физиками.
III
Научный обозреватель газеты «Нью-Йорк Тайме» Уильям Лоу-ренс в 1940 г. внимательно следил за ядерными исследованиями, с особым вниманием относясь к происходящему в Германии. В конце апреля он узнал от Петера Дебая, который тогда посетил Соединенные Штаты, что большая часть сотрудников Физического института кайзера Вильгельма были ориентированы на работы по урану. Он счел это подтверждением своих подозрений о том, что нацистская Германия работает над созданием атомной бомбы. В то же время Лоуренс узнал, что два маленьких образца урана-235 были выделены Альфредом Ниром, работавшим в Миннесотском университете, и что эти образцы были использованы Джоном Даннингом из Колумбийского университета для экспериментального подтверждения того, что именно этот изотоп делится под действием медленных нейтронов. Лоуренс решил, что пришло время написать «сенсационную статью»56.
В воскресенье 5 мая 1940 г. газета «Нью-Йорк Тайме» поместила на своей первой странице статью Лоуренса под заголовком «Наука открыла громадный источник атомной энергии». Лоуренс писал об эксперименте Даннинга и утверждал, что «единственным шагом, который осталось сделать для решения проблемы нового источника
энергии, является усовершенствование методов извлечения этой субстанции (урана-235.— Д. X.)». Он подчеркнул исключительную взрывную мощность урана-235 и «возможное колоссальное влияние последствий этого открытия на исход войны в Европе». Он также сообщал — с некоторым преувеличением — что «каждому немецкому ученому, работающему в этой области,— физику, химику, инженеру... приказано бросить все остальные исследования и посвятить себя только этой работе»57.
Лоуренс надеялся, что его статья насторожит политических деятелей, показав им опасность того, что нацистская Германия может создать атомную бомбу. Когда из Вашингтона не последовало никакого отклика, он был этим обескуражен58. Но статья Лоуренса повлекла за собой событие, которого он не ожидал и о котором, возможно, так никогда и не узнал. Георгий Вернадский, который в то время преподавал историю в Йельском университете, зная, конечно, об интересе своего отца к проблемам урана и атомной энергии, послал ему статью Лоуренса. Когда Вернадский получил это письмо, он находился в санатории «Узкое», расположенном недалеко от Москвы. История, рассказанная Лоуренсом, произвела на него очень большое впечатление59. Вернадский был просто поражен сообщением Лоуренса об экспериментах с ураном-235. Первый вопрос, который пришел ему в голову, был о том, хватит ли у Советского Союза урановой руды для использования в качестве источника атомной энергии. Он и Хлопин, который тоже находился в «Узком», написали в Отделение геологических и географических наук, предлагая разработать план разведки залежей урана: «Уран из металла, находившего себе лишь ограниченное применение и рассматривавшегося всегда как побочный продукт при добыче радия, приобретает совершенно исключительное значение, — писали они.— ...Разведки известных месторождений и поиски новых производятся темпами совершенно недостаточными и не объединенными общей идеей»60.
В ответ на эту записку Академия, как сообщила 26 июня газета «Известия», сформировала «тройку», в которую входили Вернадский, Виталий Хлопин и Александр Ферсман, для разработки «проекта мероприятий, которые необходимо осуществить в связи с возможностью использования внутриатомной энергии»61. Несколькими днями позже Вернадский написал письмо вице-президенту Академии, в котором объяснил, почему он считает этот вопрос таким срочным: «По имеющимся известиям, полученным мною почти слу
Реакция на деление
91
чайно и в неполной форме из-за искусственных препятствий, установленных, к сожалению, для чтения зарубежной прессы, сейчас в США и в Германии идет энергичная и организованная работа в этом направлении, несмотря на мировые военные события. Наша страна ни в коем случае не может стоять в стороне и должна дать возможность и денежные средства для широко организованной и спешной работы в этой области первостепенного значения»62. Здесь Вернадский играл ту же роль, что и перед первой мировой войной, когда он настаивал на организации экспедиций для поисков урана. И снова Вернадский надеялся на помощь Хлопина и Ферсмана. 5 июля 1940 г. он писал сыну в Нью-Хэйвен: «Спасибо за присланную из Вашингтона вырезку из "Нью-Йорк Тайме" об уране. Это было первое известие об этом открытии, которое дошло до меня и до Москвы вообще. Я немедленно двинул дело. 26.VI образовалась в Академии "тройка" под моим председательством (Ферсман и Хлопин) с правом кооптации. Ферсман в Мурманске — но я начал работу немедленно. Надо использовать лето и осень. Не ожидал я, когда Содди впервые ярко выяснил возможность использования внутриатомной энергии (более 35 лет тому назад), что доживу до того времени, когда видится не только обсуждение, но и работа в этой области. Я думаю теперь, что открывающиеся возможности для будущего здесь большие, чем применение в XVIII веке пара и в XIX — электричества»63. В других письмах он опять проводил параллель между атомной энергией и электричеством. Именно эта перспектива — в большей степени, чем непосредственная опасность, исходящая от Германии, о чем написал Лоуренс,— побудила Вернадского к действиям. Его замечание о том, что в Соединенных Штатах и Германии работа движется быстро, «несмотря на мировые военные события», а не из-за них, подтверждало это.
12 июля Вернадский и Хлопин направили письмо Николаю Булганину, заместителю Председателя Совнаркома, ответственного ui химию и металлургию, в котором обращали его внимание на открытие деления атомного ядра и на огромное количество энергии, которое при этом освобождается64. Представляется, что это была первая попытка советских ученых предупредить одного из главных членов правительства о том, что открытие деления урана-235 мед-лепными нейтронами дает возможность управлять реакцией деления ядра. На пути практического использования атомной энергии, считали они, стоят весьма значительные трудности, которые «не имеют, однако, принципиального характера». Ученые просили прави
92
Глава третья
тельство предпринять шаги, «которые обеспечили бы Советскому Союзу возможность не отстать в разрешении этой важнейшей задачи от зарубежных стран». Перед Академией должна быть поставлена задача сконструировать устройство для разделения изотопов и ускорить проектирование нового «сверхмощного» циклотрона ФИАНа65.
Когда 16 июля Президиум Академии собрался для рассмотрения доклада Вернадского, ему было предложено вместе с Ферсманом и химиком С. И. Вольфковичем написать новую записку о работе Академии в этой области и о развитии методов разделения изотопов. Кроме того, им предлагалось составить письмо, адресованное правительству, о значении атомной энергии, об образовании Государственного уранового фонда и о разведке урановых месторождений66. Вернадский был удовлетворен результатами заседания, но он чувствовал, что не все разделяют его точку зрения. «Огромное большинство не понимает исторического значения момента,— записал он на следующий день в своем дневнике.— Любопытно, ошибаюсь я или нет?»67. Несколькими днями позже в письме к Личкову он говорил следующее: «...Уран получил значение как источник атомной энергии. У нас уран — дефицитный металл; радий мы добывали из глубоких рассолов, можно получить любое количество. Урана в этих водах нет»68.
Вернадский писал, что следует создать новую комиссию, при этом он должен «сделать заявление», что ее председателем целесообразно назначить Хлопина. Взяв на себя инициативу, Вернадский, которому в то время было 77 лет и который был занят другими научными проектами, теперь передавал Хлопину роль лидера.
На основе письма Вернадского правительство решило одобрить образование Комиссии по проблеме урана при Президиуме Академии наук69. Комиссия была учреждена 30 июля 1940 г. Ее председателем стал Хлопин, а Вернадский и Иоффе были назначены его заместителями. Помимо Хлопина членами Комиссии стали три бывших ученика Вернадского: Александр Ферсман, А. П. Виноградов, геохимик, который к этому времени был заместителем Вернадского в биогеохимической лаборатории, и Д. И. Щербаков, геолог, работавший в академическом Институте геологии. Из физиков, помимо Иоффе, в Комиссию вошли Курчатов, Харитон, Вавилов, Капица, Мандельштам и П. П. Лазарев (областью интересов последнего были скорее биофизика и геофизика, а не физика ядра). Наконец, в нее вошли А. Н. Фрумкин, директор Института физической химии
Реакция на деление
93
Академии наук, и Г. М. Кржижановский, возглавлявший в то время Энергетический институт Академии наук70.
Президиум Академии просил Комиссию определить, какие исследования надо будет проводить Академии, организовать работу по методам разделения изотопов урана, начать изучение управляемых ядерных реакций, а также координировать исследования в этой области, проводимые в Академии, и направлять их. Группе под руководством Ферсмана было предписано еще до конца года отправиться в Среднюю Азию, чтобы исследовать там месторождения урана и организовать в Ташкенте конференцию, посвященную геохимической разведке урана. Этой группе было также поручено составить план по созданию Государственного уранового фонда. Академии предлагалось созвать на базе Радиевого института конференцию по радиоактивности и ускорить работу с циклотронами Радиевого института, института Иоффе и ФИАНа. В определении функций Комиссии Академия следовала советам Вернадского.
Вскоре комиссия приступила к работе. На одном из первых ее заседаний, на котором присутствовали руководители промышленности и геологи, Хлопин объяснил, что проведенное недавно исследование «сделало вероятным осуществление так называемой цепной реакции», сопровождающейся выделением исключительно большого количества энергии. Он предупредил, что «на пути стоит очень много трудностей», а сам «механизм этой реакции недостаточно выяснен»71. Он объяснил, что такая реакция может быть осуществлена на уране-235. Однако необходимо было попробовать также осуществить цепную реакцию на уране-238, что «не является совершенно невозможным теоретически, возможно, что этот вопрос может быть решен, и в этом направлении работа ведется. С другой стороны, если этого сделать нельзя, то подсчеты показывают, что путем обогащения природного урана изотопом-235, даже не выделенным в чистом виде, а в смеси с изотопом-238, может быть воспроизведена такая цепная реакция. Это два направления, по которым физики должны работать»72.
Цепная реакция потребует «количеств, исчисляемых десятками килограммов этой смеси»,— сказал Хлопин, подчеркнув, что накопление запасов урана является теперь фундаментальной задачей, так как эти запасы в Советском Союзе «пока что не очень богаты»: «...Прежде всего надо выяснить, какими запасами мы можем располагать, то есть можем ли дать нужное количество. Затем, познакомившись с тем, в каком положении находится наша сырьевая 6а
94
Глава третья
за на сегодняшний день, выяснить, правильно ли проводятся геологические поиски урановых месторождений»73.
Урановая комиссия столкнулась с очень большими трудностями, связанными с обеспечением советских физиков соединениями урана и металлическим ураном, который был им нужен для проведения экспериментов. В других странах урановые соединения были побочными продуктами производства радия, но советская радиевая промышленность могла обеспечивать нужды страны в радии, извлекая его из воды буровых скважин нефтяных месторождений Ухты. Поэтому в 1940 г. в стране было очень мало урана, хотя в некоторых институтах и имелись небольшие запасы солей урана74. Сколько-нибудь серьезного спроса на уран не было, и очень мало было сделано для поиска его месторождений. Рудник в Тюя-Муюне был закрыт, и, хотя и было обнаружено несколько новых месторождений урана, они не обследовались систематическим образом75. Советские геологи не знали, какими запасами урана располагает страна76.
IV
Президиум Академии предложил Урановой комиссии к 20 сентября 1940 г. подготовить план исследований. 29 августа, до того, как Комиссия выполнила это указание, Курчатов, Харитон, Флеров и Русинов представили в Академию свой собственный план под названием: «Об использовании энергии деления урана в цепной реакции»77. Возможность использования атомной энергии в принципе установлена, писали они, но необходимы дальнейшие исследования.
Первой задачей было определение условий возникновения цепной реакции в металлическом уране. Это исследование должен был провести Флеров, и ему был необходим килограмм чистого металлического урана. Вторая задача вытекала из первой: если окажется, что цепная реакция в металлическом уране возможна, следует изучить нейтроны, испускаемые при делении урана-238. Для этих экспериментов понадобится 300 кг металлического урана. Эти два момента свидетельствовали о том, что Курчатов и его сотрудники, подстегиваемые, по-видимому, Флеровым, не потеряли надежды на возможность осуществления цепной реакции в смеси природного урана и воды. Следующие три направления исследований отражали их интерес к системам, состоящим из природного урана и замедлителя: следовало определить поперечные сечения захвата нейтронов тяжелым водородом (дейтерием), гелием, углеродом, кислородом и
Реакция на деление
95
Я видел комментарии людей, которые уже получили ссуду от г-на Бенджамина Ли, и решил подать заявку в соответствии с их рекомендациями, и всего через 5 дней я подтвердил свою ссуду на моем банковском счете на общую сумму 850 000,00 долларов, которую я запросил. отличная новость, и я советую всем, кому нужен настоящий кредитор, подать заявку по электронной почте: 247officedept@gmail.com или WhatsApp: + 1-989-394-3740. Теперь я счастлив, что получил запрашиваемую ссуду.
ReplyDelete