Атомное наследие Сталина - [2]

В 1919 году Эрнст Розерфорд осуществил первую в мире ядерную реакцию. Он бомбардировал ядра азота альфа-частицами и превратил их в ядра кислорода, при этом альфа-частица (ядро гелия) расщепилась, половина ее была захвачена ядром азота, а другая половина стала ядром водорода. Этот блестящий эксперимент впервые показал, что атом делим, более того, атомы могут в определенных условиях разрушаться, превращаться в другие атомы. Ученые многих стран старались повторить и расширить результаты добытые Резерфордом, но прошло долгих 13 лет, прежде чем в физике атомного ядра произошло следующее выдающееся открытие.

27 февраля 1932 года английский физик Джеймс Чедвик, работая в Кембридже в лаборатории Резерфорда, открыл нейтрон, существование которого давно предсказывал Резерфорд. Чедвик работал на самой совершенной аппаратуре. Лаборатории Резерфорда оказывали значительную финансовую поддержку крупные английские и иностранные фирмы. Большинство других ученых обходились самодельными приборами и аппаратурой или заказывали их ремесленникам.

Нейтроны стали новым объектом всестороннего изучения, они позволили предсказать, обосновать, а затем и осуществить цепную ядерную реакцию.

Крупный успех выпал в 1934 году на долю итальянского ученого Энрико Ферми в Риме. Бомбардируя различные мишени нейтронами, он открыл явление состоящее в том, что нейтроны с большей вероятностью вступают в ядерную реакцию, если они предварительно замедляют скорость своего движения, проходя через слой воды или парафина. В дальнейшем это открытие использовалось при осуществлении управляемых ядерных реакций в реакторах целевого и ядерного назначения.

В том же 1934 году французские физики Ирен и Фредерик Жолио-Кюри открыли искуственную (наведенную) радиоактивность. Они облучали алюминиевую фольгу радием и заметили, что после облучения, фальга становится радиоактивной. Это сулило большие сложности в освоении и использовании атомной энергии: конструктивные материалы, из которых создавались ядерные установки, после облучения, особенно нейтронного, становились радиоактивными, что затрудняло дальнейшие работы по ремонту и обслуживанию оборудования, ибо люди в таких случаях нуждались в надежной биологической защите.

В 1935 году канадский доктор наук Артур Демпстер обнаружил наличие двух изотопов урана: уран-235 и уран-238. Оказалось, что в природном уране большинство составляет уран-238, а урана-235 содержится всего около 0,7 %.

Следующий крупный шаг к секретам атомного ядра сделали в декабре 1938 года немецкие ученые Отто Ган и Фриц Штрассман. Бомбардируя ядра урана нейтронами, они открыли, что ядра урана расщепляются на ядра элементов бария, который имеет массу ядра равную почти половине массы ядра урана. Ожидая совсем иного результата — получения нового элемента с большей массой ядра, ученые долго не могли поверить в свое открытие. Позже Ган вспоминал: «После того как статья была отправлена по почте, все это показалось мне столь невероятным, что захотлось вернуть статью из почтового ящика.» Открытие Гана и Штрассмана прямо указывало на возможность использования ядерной энергии, которая оказалась столь велика, что во много крат превосходила энергию всех извстных химических реакций.

10 апреля 1939 года советские ученые Георгий Флеров и Лев Русинов сделали сообщение о том, что при расщеплении ядра урана испускается от одного до трех нейтронов. Через 12 дней подобное сообщение сделал Жолио-Кюри, но он оценил среднее число испускаемых нейтронов в 3,5. В настоящее время эта цифра определена как 2,5. Эти сообщения подтвердили возмозжность осуществления цепной ядерной реакции в уране.

В начле 1940 года советские ученые Г.Флеров и Константин Петржак открыли спонтанное (самопроизвольное) деление ядер урана. Чтобы исключить влияние космических лучей на резльтаты экспериментов, ученые проводили их глубоко под землей в московском метро. Это открытие было важным для конструирования ядерных бомб и атомных реакторов, так как нейтроны спонтанного деления вносили заметный вклад в развитие цепной ядерной реакции.

Таким образом, к концу тридцатых годов мировая наука приблизилась к пониманию многих самых существенных явлений необходимых для осуществления цепной ядерной реакции в уране. Большинство ученых сходились в следующем:

— Если реакция мгновенная (взрыв), то должна быть обеспечена критическая масса урана-235 и достаточно интенсивный источник нейтронов. Нейтроны вызовут расщепление части ядер урана, те, в свою очередь, испустят более чем по одному нейтрону и расщепят еще большее количество ядер, реакция будет нарастать и закончится взрывом.

— Для мирного использования атомной энергии в реакторе необходим природный или слегка обогащенный изотопом 235 уран в виде стержней, между которыми находится замедлитель нейтронов, например, тяжелая вода. Между урановыми стержнями должны располагаться стержни из материала, хорошо поглащающего нейтроны, чтобы с их помощью можно было поддерживать цепную реакцию на заданном уровне. Если в реактор внести источник нейтронов, то они будут замедлены слоем замедлителя, что увеличит их эффективность в ядерной реакции, при делении ядер урана возникнут новые нейтроны, но их число будет контролироваться регулирующими стержнями, так что выделение энергии в реакторе можно удержать на заданном уровне.