Поэтому и наблюдались на первый взгляд странные явления в опытах Амальди и Понтекорво. Когда облучаемый образец находился в свинцовом ящике, то нейтроны, ударяясь о ядра атомов свинца, почти не изменяли своей энергии и направления полета. А если образец помещался на деревянный стол, то дерево, содержащее много легких ядер водорода и углерода, сильно замедляло и рассеивало нейтроны. Некоторые из них после нескольких соударений возвращались назад уже сильно замедленными. Они-то и захватывались очень охотно ядрами атомов серебра. Поэтому и увеличивалась его радиоактивность. В парафине еще больше атомов водорода. И, как и ожидал Ферми, радиоактивность серебра, облученного в парафине, увеличилась еще больше.
Но Ферми хотел окончательно убедиться в правильности своей теории, которую он изложил своим друзьям. Для проверки выбрали бассейн с золотыми рыбками, находившийся рядом с лабораторией, в которой они работали. По теории Ферми, вода, содержащая много водорода, должна еще лучше замедлять нейтроны, чем парафин. Опять провели опыт с серебряным стаканчиком. И что же? Радиоактивность серебра стала еще больше. Теперь сомнений не было — поведением нейтронов можно управлять, используя вещества с разным атомным весом. Так было открыто явление замедления нейтронов.
Это открытие «мальчуганов» Ферми было очень важным. Первая цепная реакция, которую осуществил Ферми через восемь лет, в 1942 г., была бы невозможна без явления замедления нейтронов.
Эмигранты
Шли годы. Ферми продолжал свои исследования по искусственной радиоактивности элементов. Руководимая им группа молодых ученых открывала все новые и новые явления, происходящие с веществами, обстреливаемыми нейтронами. И Ферми решил навести порядок в наблюдаемых явлениях искусственной радиоактивности. Облучая последовательно элементы таблицы Менделеева, он классифицировал их по степени радиоактивности. Это была первая систематизация искусственных радиоактивных изотопов.
Наступил 1938 год. Он принес мировую славу Энрико Ферми. Шведская академия наук постановила: «Профессору Энрико Ферми, проживающему в Риме, за идентификацию новых радиоактивных элементов, полученных нейтронной бомбардировкой, и за сделанное в связи с этой работой открытие ядерных реакций под действием медленных нейтронов присуждается Нобелевская премия». Это было признание больших заслуг талантливого итальянца. У Ферми рождались все новые и новые идеи. Хотелось работать, двигаться дальше, в глубь нового, неизведанного.
Но вспомним, какое это было время. По Европе расползалась коричневая чума. Гитлер и Муссолини готовились к войне. Раздувались антисемитизм и человеконенавистничество. Единственным признаком ценности ученых для фашизма были не их заслуги в науке, а принадлежность к «высшей расе», приверженность идеям нацизма.
Фашистское засилье проникло и в тишину лабораторий физического корпуса Римского университета. Ректором университета был назначен псевдоученый, заядлый фашист, мракобес. Начались гонения на прогрессивных ученых. Стало трудно работать. В такой обстановке, конечно, невозможно было с прежним воодушевлением отдаваться научным исследованиям.
И группа «мальчуганов» начала постепенно распадаться. Уехал в Америку Разетти, стал думать об эмиграции в Америку и Ферми. Так было со многими европейскими учеными. Один за другим потянулись они в Америку. Из Германии бежали Лива Мейтнер и великий Эйнштейн, из Дании — Нильс Бор, из Венгрии — Лео Сциллард, Эуген Вигнер, Эдвард Теллер, из Италии — Ферми, Сегре, Понтекорво...
Наступил сентябрь 1935 г. Гитлер напал на Польшу. Началась вторая мировая война. У многих бежавших от ужасов гитлеризма ученых остались дома родные, близкие. Оставлена своя родина, в которой бесчинствовали фашисты. Как помочь ей, как помочь родным и близким? Как помочь уничтожить фашизм?
Блестящая плеяда европейских ученых-физиков, собравшаяся в те годы в Америке, располагала знаниями того, что энергия, скрытая в ядре атома, может стать огромной разрушающей силой. Ведь к тому времени работами Жолио-Кюри, Зельдовича и Харитона, Ферми, Лизы Мейтнер было уже установлено, что можно осуществить цепную реакцию деления ядер урана — ядерный взрыв. Если бы это удалось осуществить, то цепная реакция могла бы стать мощным оружием против гитлеровских полчищ. И Ферми, которого особенно занимала эта мысль, решил действовать.
Но действовать нужно было немедленно. Нельзя было терять ни минуты. Ферми знал, что в Германии остались известные ученые — Ган и Штрассман. Стало также известно, что гитлеровцы заинтересовались работами Гана по урану. Значит, и Германия работает над новым оружием. Итак, нужно спешить.
Историческое письмо
Но для работы нужны деньги. Много денег. Как заинтересовать американское правительство в необходимости проведения работ по атомному оружию? Ведь на эмигрантов-ученых смотрели как на нежелательных иностранцев. И ученые-эмигранты обратились к Эйнштейну. Иного выхода не было. Только ему, ученому с мировым именем, может быть, поверят американские толстосумы.
Мы уже писали о том, после каких мучительных раздумий Эйнштейн согласился подписать письмо Рузвельту. И только горячее убеждение друзей, что бомба будет использована против фашизма, заставило Эйнштейна сделать это.
Письмо начиналось так: «Сэр! Последняя работа Э. Ферми и Л. Сцилларда, с которой я ознакомился в рукописи, позволяет надеяться, что элемент уран в ближайшем будущем может быть превращен в новый важный источник энергии...»
Письмо призывало американское правительство начать финансирование работ по исследованию урана, как источника энергии. В нем предлагался план работ и излагалось состояние проблемы. Рузвельт получил письмо. Серьезность международной обстановки, огромный авторитет Эйнштейна нельзя было игнорировать. «Надо действовать»,— сказал Рузвельт своему помощнику.
Манхеттенский проект
Американские генералы сразу почувствовали, какую «золотую рыбку» они могут поймать, используя знания эмигрантов-физиков. Доллары потекли рекой. Так родился Манхеттенский проект, т. е. огромный комплекс организационных мероприятий, исследовательских и промышленных работ, направленных на создание атомной бомбы. Два миллиарда долларов было израсходовано на эти работы.
Работы велись по двум направлениям. Каждое из этих направлений преследовало цель получить делящийся материал для атомной бомбы. Таких материалов было два — уран-235 и плутоний. Каждое из направлений ставило своей целью получение одного из этих материалов.
Вспомним, что уран-235 жадно поглощает нейтроны, разваливаясь при этом на два осколка и освобождая огромную энергию. Ученые подсчитали, что если бы можно было получить кусок урана, состоящий только из атомов урана-235, то в таком куске была бы возможна цепная реакция взрывного характера. Для этого нужно несколько килограммов такого изотопа. Но ядер урана, содержащих 235 нейтронов и протонов, в 140 раз меньше, чем ядер урана, содержащих 238 нейтронов и протонов. В этом-то и заключалась основная трудность выделения в чистом виде ура- на-235. Химическими способами разделить уран-235 и уран-238 невозможно. Ведь изотопы любого элемента имеют одинаковые химические свойства, присущие данному элементу. Для этого нужны новые способы. В частности, диффузионный метод разделения изотопов. В чем он заключается?
Ядро урана-235 немного, всего лишь на три единицы, легче атомного веса ядра урана-238. Легче — значит, немного подвижнее. И если какое-либо газообразное химическое соединение урана пропускать через пористую перегородку, то молекулы этого газообразного химического соединения будут по-разному себя вести. Молекулы, в состав которых входит легкий изотоп урана, более подвижны, и они быстрее пройдут через перегородку. Тогда на одной стороне перегородки количество ядер легкого изотопа урана в смеси изотопов уже станет не в 140, а, скажем, в 139,5 раза меньше. Другими словами, смесь изотопов урана немного обогатилась ураном-235. Если полученную смесь еще раз пропустить через перегородку, то количество легких ядер станет еще больше. Повторяя этот процесс несколько тысяч раз, можно получить чистый изотоп — уран-235. Остается только выделить такой уран в чистом виде из газообразного химического соединения, и делящийся материал для бомбы готов.
