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 явление{253}.
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 статьи{254}. 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 именем{255}.[60] 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»{256}. 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 мае{257}. 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»{258}. 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 подкритического состояния к надкритическому, потому что этот переход может произойти очень быстро. Зельдович и Харитон писали о том, что расчетное время между поколениями нейтронов в случае медленных нейтронов составляет миллисекунды и десятки микросекунд — для быстрых нейтронов{259}.
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»{260}.
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 условие{261}.
60
В письме в редакцию говорится: «С помощью 15 слоев ионизационных камер, откалиброванных для детектирования продуктов деления урана, мы наблюдали шесть импульсов в час, которые мы приписали спонтанному делению урана. Серия контрольных измерений, как представляется, исключила другие возможные объяснения: абсорбционные свойства совпадают с продуктами деления урана, бомбардируемого нейтронами. Такого рода импульсы отсутствуют в случае урана и тория. Среднее время жизни урана от десяти до шестнадцати или семнадцати лет». См. также: