Так же много нового услышали участники совещания и о «цепи» — самоподдерживающейся ядерной реакции. «Цепь реальна и жизненна», — говорил Курчатов на семинарах. Ту же мысль он подчеркнул и на Всесоюзном совещании.
«После того как выяснилось, что каждый акт деления сопровождается вылетом по крайней мере двух нейтронов, стало возможным думать об осуществлении цепной реакции».
И далее: «Она (цепная реакция) могла бы быть реализована в том случае, если из сопровождающих деление нейтронов хотя бы один, в свою очередь, производил дальнейшее деление».
Игорь Васильевич говорил в докладе и о том, как практически получить цепь «для чистого урана и смеси урана с водой». Он подробно рассмотрел уран-водную систему и сформулировал условия для нее так: «Наиболее благоприятные условия для осуществления цепной реакции будут иметь место для вполне определенного соотношения числа атомов водорода и урана в смеси». Игорь Васильевич сослался на вывод из расчета возможности осуществить цепную реакцию в системе вода-уран, обогатив последний изотопом уран-235. Вот откуда идет исток современных уран-водных реакторов на обогащенном уране!
«Никаких ограничений в выборе систем для осуществления реакции» — таков девиз Игоря Васильевича. Недаром он тогда произнес знаменательную фразу: «Цепную реакцию деления изотопа урана-235 можно пытаться осуществить, пользуясь для замедления не только протонами, но и другими легкими ядрами». И как намек на направление поисков, звучит еще одно место доклада: «Вопрос о пригодности гелия, углерода, кислорода в качестве замедляющих ядер еще не выяснен до конца».
Ищите и найдете — как бы говорил Курчатов. Тем более что он прямо назвал углерод. Это же графит — замедлитель, с которым и была осуществлена первая цепная ядерная реакция!
Насколько широко советская наука уже тогда подходила к проблеме получения атомной энергии, можно видеть из анализа И. В. Курчатовым возможностей применения систем с тяжелой водой в качестве замедлителя.
В докладе отмечалось, что, используя обычную воду, можно получить цепь лишь на обогащенном уране, в котором сверх естественного содержания увеличен процент урана-235. Это значило, что надо сначала разделить изотопы, потом обогатить природный уран.
Тяжелая вода открывала иную перспективу.
Игорь Васильевич акцентировал внимание на том, что сечение захвата нейтронов дейтонами (ядра дейтерия, входящие в состав тяжелой воды) оказывается гораздо ниже, чем «критическое, которое было бы достаточно для развития цепей». Иными словами, замедляя нейтроны, тяжелая вода поглощает лишь незначительную их часть. Отсюда Курчатов делал вывод:
«Осуществление цепного распада урана-235 в необогащенной системе уран — тяжелый водород, следовательно, возможно».
Впрочем, тут же Курчатов говорит об огромных трудностях, стоящих на пути осуществления цепной реакции в системе с тяжелой водой в качестве замедлителя.
«В этой системе удается избежать разделения изотопов урана, но вместо этого возникает необходимость разделения изотопов водорода в больших количествах, так что реализация опыта и в этом случае сопряжена с большими практическими трудностями».
В докладе Курчатов разбирает также возможности цепной реакции на быстрых нейтронах в чистом уране. И это тоже говорит о его большой прозорливости. Ведь заряд будущих атомных бомб — это чистое ядерное горючее, которое делится под действием быстрых нейтронов,
Не случайно академик А. П. Александров впоследствии писал в «Правде»:
«Накануне Великой Отечественной войны измерения И. В. Курчатова показали, что на чистом уране-235 цепная реакция должна происходить без замедлителя — именно этот принцип позже был использован в ядерном оружии».
В заключение своего доклада Игорь Васильевич привел таблицу материалов, которые нужны для практического осуществления ядерной реакции, и наличие их во всех лабораториях мира. По расчетам советских ученых, для системы обогащенный уран — вода требуется 0,5 тонны урана, а его в лабораториях земного шара имелось... две тысячных миллиграмма. Для системы обычный уран — тяжелая вода предполагаемая потребность составляла 15 тонн тяжелой воды, а ее было во всех странах 0,5 тонны.
Это-то и заставило Игоря Васильевича в конце доклада заявить: «В заключение я еще раз хотел бы подчеркнуть, что хотя принципиально вопрос об осуществлении цепного ядерного распада и решен в положительном смысле, но на пути его практической реализации в исследованных сейчас системах возникают громаднейшие трудности... Быть может, ближайшие годы принесут нам другие пути решения задачи, но если этого не случится, то только новые, очень эффективные методы разделения изотопов урана или водорода обеспечат осуществление цепной ядерной реакции».
В этом заключении все — правда. И то, что ближайшие годы могут принести новое, — они принесут уран-графитовые системы, которые сам же Курчатов блестяще претворит в жизнь.
Справедлив и вывод о важности процессов эффективного разделения изотопов урана и водорода — эти процессы нашли сейчас широкое применение в атомной промышленности.
Первый план
В Ленинград Игорь Васильевич возвращался не один. С ним были Русинов, Флеров, Петржак, Хургин, Щепкин, Панасюк. У всех — приподнятое настроение, несмотря на холодную сырую погоду и целый день «мотания» по Москве в поисках «подарочков» и для циклотрона, и для педагогического, и для радиевого институтов.
Они и не предполагали, что это их последняя совместная поездка, что близка война. Они оживленно делились впечатлениями.
— Ну, теперь дела развернутся. Вы видели, как реагировал президиум? На все пойдет академия, лишь бы двинуть цепные реакции, — говорил Георгий Николаевич Флеров, рассовывая многочисленные свертки по полкам.
— Мне тоже так показалось, — согласился Игорь Васильевич, по привычке устраиваясь у столика. — Только бы нам самим не подкачать. Нужно разработать конкретнейший план действийи немедля представить его в президиум Академии наук.
— Лед тронулся, господа присяжные заседатели, — вставил Щепкин популярную в их среде фразу из «Золотого теленка».
Игорь Васильевич лучше, чем кто-либо, понимал решительность момента, который переживала наша ядерная наука. Время накопления данных в небольших лабораториях кончилось. Нужен иной размах, иной масштаб. Тонны урана, тонны тяжелой воды. Значит, нужны специальные заводы, крупные средства. А все ли ясно? Может быть, рано категорически ставить вопрос? Нет, время пришло, отвечал Курчатов.
Вскоре И. В. Курчатов совместно с другими учеными составил докладную записку в президиум АН СССР, представляют дую собой план работ по овладению атомной энергией.
— Если бы не война, не прекращение в связи с нею исследований, — говорит К.А. Петржак, — ни в чем бы мы не отстали от США, а, вполне вероятно, имели бы цепную реакцию и раньше 1942 года. Ведь уже в 1939 году мы в Ленинграде обсуждали все то, что Э. Ферми делал в 1942 году в США.
В лабораториях ЛФТИ, радиевого и педагогического институтов уточнялись все стороны реакций деления тяжелых ядер. В коллективы вливались свежие силы из выпускников ленинградских вузов.
Одним из новичков был Игорь Панасюк. Он начал работать в лаборатории Игоря Васильевича, еще будучи студентом политехнического института. Потом он ушел на советско-финскую войну. После войны окончил институт и стал научным сотрудником. По воспоминаниям Г. Н. Флерова, Панасюк был заядлым спорщиком, высказывал самые разные сомнения по поводу самопроизвольного распада ядер. Игорь Васильевич придумал тогда удачный маневр: он поручил Панасюку в качестве дипломного проекта тему именно о самопроизвольном делении урана и тория.
— Так ведь вопрос уже изучается, — удивился Панасюк.
— А вы примените новую методику, и это будет успех, — заметил Курчатов.
И действительно, в отзыве на дипломный проект И. С. Панасюка он писал:
«Опыты по самопроизвольному делению урана хотя и не принесли новых данных, но представляют ценность. Постановка опыта даже в немного измененной форме имеет существенное значение при исследовании этого очень интересного, но крайне редкого и трудно наблюдаемого явления.
Из опыта И. С. Панасюка с камерой, работающей при разных давлениях газа, прямо следует, что ионизация, приписываемая самопроизвольному делению урана, не может быть вызвана действием нейтронов при облучении газа альфа-частицами урана. Этот вывод делался и ранее на основе ряда соображений, теперь он обоснован непосредственным опытом...
В вопрос о самопроизвольном делении ядер тория внесена теперь большая определенность; показано, что длительность жизни ядра тория по отношению к делению не меньше 2*10^19 лет».
