Цепная реакция на быстрых нейтронах с использованием чистого урана-235 — если считать, что у атомной бомбы изначально и был какой-то секрет, то теперь он стал известен Фришу.
Отто поделился своими мыслями с Пайерлсом, который в начале июня 1939 года доработал формулу расчета критической массы материала, необходимой для поддержания цепной ядерной реакции. Составлена эта формула была французским физиком-теоретиком Франсисом Перреном. Для смеси изотопов с большим содержанием U238 Пайерлс использовал свою измененную формулу, но, поскольку счет велся на тонны, для создания оружия такой вариант не подходил.
Теперь же Фришу необходимо было проводить вычисления совсем другого порядка — с участием чистого урана-235 и не медленных, а быстрых нейтронов. Проблема заключалась в том, что никто пока не знал, какой должна быть доля U235, чтобы обеспечить успешное участие в реакции быстрых нейронов. А не знали этого ученые потому, что пока еще не удавалось получить достаточное количество урана-235 в чистом виде.
В такой ситуации оставалось только выдвигать предположения. Результаты, полученные Бором и Уилером, ясно давали понять, что ядро U235 легко расщепляется медленными нейтронами. Далее логично было предположить, что воздействие быстрых нейтронов ничуть не менее эффективно, и возможно даже, что ядро урана-235 делится при любом контакте с ними. Впоследствии Пайерлс так написал про эту гипотезу: «Судя по всему, из данных, которые получили Бор и Уилер, следовало сделать именно такой вывод: каждый нейтрон, попадающий в ядро 235-го [урана], вызывает его распад». Подобное допущение чрезвычайно упрощало расчеты. Теперь оставалось только высчитать, какое количество урана-235 необходимо для того, чтобы он легко расщеплялся быстрыми нейтронами.
Ученые подставили в формулу Пайерлса новые числа и были сражены наповал полученным результатом. О тоннах урана теперь и речи быть не могло. Критическая масса, согласно расчетам, составляла всего несколько килограммов. Для вещества с плотностью, как у урана, объем такого количества не превышал бы величины мячика для гольфа[30]. По оценкам Фриша, столько U235 можно получить за несколько недель, использовав порядка ста тысяч трубок аппаратов Клузиуса-Дикеля, подобных тому, который он собрал в бирмингемской лаборатории.
«Тут мы все переглянулись, осознав, что создать атомную бомбу все-таки возможно».
Деление быстрыми нейтронами
Физик Джозеф Ротблат, родившийся в Польше и живший в Ливерпуле, пришел примерно к такому же выводу, что и его коллеги. Прочитав об открытии деления ядра, он начал в Варшавском университете собственные эксперименты, чтобы подтвердить образование свободных нейтронов. Ротблат быстро осознал, какую угрозу несет атомная бомба. Его стали преследовать мысли о том, что нацисты могут использовать это оружие для своих черных целей: «У меня не было ни малейшего сомнения в том, что они без всяких колебаний используют любую технику, какой бы бесчеловечной ни было ее применение, если это даст им столь желанное мировое господство».
В Варшавском университете у Ротблата для проведения экспериментов на уровне атомных ядер не было практически никакого современного оборудования. Он также знал о том, что Джеймс Чедвик, ведущий ядерный физик-испытатель Британии, получивший в 1935 году Нобелевскую премию по физике за открытие нейтрона, занимается сборкой первого в Англии циклотрона. Аппарат сооружался в подвале лаборатории Ливерпульского университета, в которой работал Чедвик, а его конструкция была позаимствована у циклотронов Лоуренса. Ротблат тоже мечтал когда-нибудь построить циклотрон в Варшаве. Весной 1939 года он обратился к Чедвику с просьбой разрешить ему ненадолго присоединиться к группе последнего. Джозеф хотел понаблюдать за финальным этапом постройки циклотрона. Английский ученый ничего не имел против, и полный воодушевления Ротблат, получив скромный грант на работу за границей, отправился в свою первую поездку за пределы родной Польши. Джозеф совсем недавно женился, но все же решил не брать с собой свою молодую супругу Толу. Он думал, что разлучаются они совсем ненадолго.
30
Не стоит забывать, что критической массой называется такое количество расщепляемого вещества, в котором выделение нейтронов равно их поглощению без дальнейшего расщепления ядер или испускания нейтронов в окружающую среду. Таким образом, масса урана-235, равная критической, не взрывоопасна. Для взрыва необходимо, чтобы масса вещества превышала критическую. Такую массу иногда называют сверхкритической.