Читаем Химия — просто полностью

Расчёт цепной ядерной реакции был произведён в 1939 году советскими учёными Ю. Б. Харитоном и Я. Б. Зельдовичем. В 1940 году молодые советские физики К. А. Петржак и Г. Н. Флёров открыли явление спонтанного деления ядер урана. В том же году американские учёные Э. Макмиллан и Ф. Абельсон, облучая уран нейтронами на циклотроне (ускорителе частиц), созданном Эрнестом Лоуренсом, впервые получили нептуний и плутоний, а также открыли деление плутония при реакции Pu²³⁹ + n¹. Однако всё было не так радужно, как казалось поначалу.

Эрнест Лоуренс

Нильс Бор показал, что два основных природных изотопа урана взаимодействуют с нейтронами по — разному: уран-235 хорошо делится под действием потока быстрых нейтронов, а уран-238 — нет. И это при том, что последний является основным природным изотопом урана. Надежды учёных рушились. А тут ещё грянула война. Беспощадная ко всему и всем.

Схема циклотрона, ускорителя частиц, изобретённого Эрнестом О. Лоуренсом в 1932 году и широко используемого с 1930 — х по 1950-е годы

С началом Второй мировой войны учёные разных стран стали предпринимать попытки реализации цепной реакции деления урана, но быстро обнаружили, что для замедления нейтронов эффективны только тяжёлая вода и особо чистый графит. Поэтому остро встала задача: либо достать где-то много сверхдорогой тяжёлой воды и особо чистого графита, либо срочно научиться отделять изотопы урана друг от друга.

Работавшие в Великобритании Отто Фриш и Рудольф Пиерлс первыми предприняли попытку разделить изотопы урана, после чего представили британскому правительству два доклада: «О создании супербомбы, основанной на ядерной цепной реакции в уране» и «Меморандум о свойствах радиоактивной супербомбы». В первом докладе они сделали вывод, что 5-килограммовая бомба из урана-235 по мощности будет эквивалентна нескольким тысячам тонн динамита и что конструктивно она может состоять из двух кусков U-235, каждый менее критического размера. Для создания куска больше критического размера их просто надо будет привести в контакт, что и приведёт к взрыву. В докладе отмечалось также, что защититься от такой бомбы будет практически невозможно и что побочным продуктом станет радиация, «смертельная для живых организмов даже в течение длительного времени после взрыва».

Во втором докладе отмечалось, что «вследствие распространения радиоактивных веществ за счёт ветра, бомба не может быть использована без того, чтобы не вызвать большие жертвы среди мирного населения». Британская комиссия по военному использованию урана в своём итоговом отчёте от 15 июля 1941 года пришла к заключению, что создание атомной бомбы возможно и что строительство завода, способного произвести необходимое количество урана-235 для создания трёх бомб к концу 1943 года, обойдётся казне в сумму около 5 миллионов фунтов стерлингов. Однако на практике строительство такого предприятия в Великобритании в условиях постоянных бомбардировок со стороны Германии оказалось невозможным.

В Соединённых Штатах Америки в начале Второй мировой войны работам по делению урана не уделялось большого внимания. В феврале 1940 года в университете Миннесоты физик Альфред Ниер использовал для разделения U-238 и U-235 масс-спектрометр. Полученный продукт позволил Джону Даннингу, уже в Колумбийском университете, показать, что под воздействием медленных нейтронов действительно происходит деление ядер U-235. Основной американский проект, разработанный учёными Энрико Ферми и Лео Сциллардом, заключался в строительстве того, что впоследствии назвали «ядерным реактором». На проведение работ правительством США была выделена сумма в 6000 долларов.