Искушение Отто Гана

Опубликовано в еженедельнике ОИЯИ "Дубна"  № 33 (2019)

К 100-летию первой искусственной ядерной реакции и 80-летию открытия цепной ядерной реакции.

Недалеко то время, когда человек получит в свои руки атомную энергию, такой источник силы, который даст ему возможность строить свою жизнь, как он захочет. Сумеет ли человек воспользоваться этой силой, направить на добро, а не на самоуничтожение? Дорос ли он до умения использовать ту силу, которую неизбежно должна дать ему наука?

В.И. Вернадский, 1911 г.

В канун Рождества 1938 года, опуская в почтовый ящик конверт с короткой статьей для журнала "Нейчур", известный немецкий радиохимик, будущий лауреат Нобелевской премии Отто Ган на секунду задумался...

А началось все с Резерфорда. Заинтересовавшись протонной, или, как говорили тогда, H-радиоактивностью, следы которой как будто бы обнаружил его ученик Марсден, Резерфорд после ряда неудачных попыток пришел к выводу, что он спровоцировал первую в мире рукотворную ядерную реакцию:

He + N  O + H

Раздробить атом! Об этом основоположник ядерной физики мечтал еще с того времени, когда открыл атомное ядро и задумался о его структуре. Ядро водорода было положено в основу мироздания. В память о Джеймсе Прауте, за сто лет до этого предположившем, что атомы всех элементов, за исключением водорода, имеют структуру, делимы и состоят из атомов водорода, сей кирпичик мироздания был назван протоном.

С этого, можно сказать, и началась физика частиц. Перебирая сочетания протонов и электронов (последние тоже должны были входить в ядро, чтобы протоны не разлетелись), Резерфорд обратил внимание на пару протон-электрон и указал на ее отличительную особенность - высокую проникающую способность.

С излучением такого рода потом сталкивались дважды - сначала немецкий физик Боте в 1930 году, а два года спустя - супруги Жолио-Кюри, - но правильно истолковал его Джеймс Чадвик, еще один ученик Резерфорда: он повторил опыт супругов Жолио-Кюри и опознал в излучении предсказанные Резерфордом нейтроны.

Это был золотой век ядерной физики. Открытия следовали одно за другим. Думали тогда о практических применениях? Конечно. Со времени открытия радиоактивности внутриатомная энергия, так бездарно расточавшаяся, волновала воображение мыслителей и поэтов. Но расчеты раз за разом отрезвляли их горячие головы; отвечая в 1933 году на вопросы журналистов, Резерфорд со всей определенностью сказал, что в обозримом будущем оснований для оптимизма нет.

А вот успехи в чистой науке впечатляли. Супруги Жолио-Кюри, облучая алюминий альфа-частицами, поучили первый радиоактивный изотоп. Воодушевленный этим результатом, Энрико Ферми со своими сотрудниками ("парни с улицы Панисперна", как окрестили их итальянские журналисты) приступил к опытам с нейтронами и в считанные месяцы получил длинный список новых радиоактивных изотопов; дойдя до урана, Ферми зафиксировал двойной бета-распад, из чего сделал осторожный вывод, что впервые в истории человечества состоялся синтез "заурановых" элементов. Однако прямых доказательств не было, и никто из радиохимиков ни в одной лаборатории мира, в том числе в знаменитой лаборатории Отто Гана в Берлине, новых элементов, даже в микроколичествах, не выделил, и эта неопределенность затянулась на четыре года, пока летом 1938-го Ирен Жолио-Кюри и Павле Савич не обнаружили при облучении урана нейтронами следы химического элемента, похожего на лантан - и, как выяснилось позже, это и был лантан. Дальше - словами человека, который ко всей этой истории имеет самое непосредственное отношение.

Ф.Жолио-Кюри: "Я вспоминаю свою встречу на конгрессе Национального химического объединения в Риме в 1938 г. с крупным немецким ученым профессором Ханом, который работал в области химии трансурановых элементов и, между прочим, с хорошей стороны показал себя и во время войны. Я сообщил ему часть результатов, полученных Ирен Кюри и Савич. Во время беседы он поделился со мной своими сомнениями в отношении точности результатов, полученных в Париже. Но по возвращении в Берлин Хан вновь обратился к этим опытам. Так как его сотрудница Лиза Мейтнер была изгнана из Германии по расовым соображениям, то он вел работу совместно со Штрассманом. В итоге он обнаружил в трансуранах не только вещество, обладающее химическими свойствами лантана, но и другое вещество, химические свойства которого оказались одинаковыми со свойствами бария. Для объяснения этих результатов он выдвинул гипотезу, согласно которой при столкновении нейтрона с ядром урана последнее может распасться на два осколка, представляющих собой два радиоактивных атома".

Поражала даже не энергия деления ядра, на три порядка превышавшая то, что наблюдается при альфа-распаде, - казалось невероятным, что какой-то нейтрон, да еще в тепловом диапазоне энергий, может разбить массивное атомное ядро.

Но главный сюрприз был впереди. Мысль об избыточных нейтронах, рождающихся при делении ядра, пришла в голову почти сразу, и сразу многим, а уже в апреле было установлено, что при делении ядра урана в среднем рождается больше одного свободного нейтрона, и путь к созданию ядерного оружия был открыт.

1 сентября вышла статья Бора и Уилера с изложением теории деления атомного ядра, и в этот же день германские войска с боями вошли в Польшу...

...Много лет спустя Ган вспоминал, что уже опустив конверт в ящик, он вдруг ощутил желание достать его обратно.

Александр РАСТОРГУЕВ