История развития атомной энергетики

отражение в монографии Марии Кюри и в книге Резерфорда «Радиоактивные

вещества и их излучение». Коловрат-Червинским было написано около 250

научных трудов. Он был одним из первых крупных ученых дореволюционной

России, который после Октябрьской революции развернул в нашей стране работы

по радиологии. Смерть в 1921 г. в возрасте 49 лет прервала его работу в

Государственном рентгенологическом и радиологическом институте.

В 1910 г. в Одессе была создана радиологическая лаборатория, в Томске

спустя некоторое время была организована аналогичная лаборатория.

После 1917 г. был создан Радиевый институт под руководством В. И.

Вернадского, заместителем которого стал В. Г. Хлопин. В послереволюционные

годы было создано радиевое производство на базе отечественных

месторождений.

Без участия в этих работах русских ученых-радиологов всех направлений

не было бы базы для создания отечественной радиевой промышленности и

развития советской радиологии, а в будущем советской атомной науки и

промышленности.

История высвобождения и использования внутриядерной энергии атома не

могла идти самостоятельным, каким-то отдельным путем, это история развития

многих наук, прежде всего физики и химии.

В открытии и высвобождении внутриядерной энергии атома приняли участие

ученые многих стран мира, разных национальностей и разнообразных профессий.

Этот невиданный ранее источник энергии, скрывающийся в недрах атома,

принадлежит всему человечеству.

В 1900 г. немецкий физик-теоретик М. Планк (1858-1947) ввел новую

универсальную постоянную, названную им элементарным квантом действия. Введя

понятие кванта энергии, он сформулировал квантовую гипотезу, положив тем

самым начало квантовой теории, или, коротко, атомизации действия. В первые

годы эта теория не имела «шумного успеха», пока ее не применил А. Эйнштейн

и не показал ее Незаменимость для понимания явлений, происходящих в

микромире.

В 1910-1914 гг. А. Эйнштейн (1879-1955) создал общую теорию

относительности, в которой сформулировал новый подход к проблеме

пространства и времени. Принцип относительности Эйнштейна – закон такой же

абсолютной силы и значения, как и закон сохранения энергии. Позже Эйнштейн

был вынужден эмигрировать из Германии и отказаться от немецкого

гражданства. Он уехал в 1932 г. из гитлеровской Германии, стал эмигрантом,

переселился в США и приступил к работе в Принстоне в Институте высших

исследований. Принимал участие в антивоенном движении, выступал против

фашизма.

Но фашизм наступал. Гитлеровская Германия в марте 1938 г. захватила

Австрию, в марте 1939 г. аннексировала Чехословакию.

Великобритания и Франция шли на уступки территориальным притязаниям

гитлеровского правительства, надеясь этим удовлетворить поползновения

гитлеровской Германии и направить ее военную силу против СССР.

Общественность всех стран чувствовала, что мировая война становится

неизбежной. Ученые США, в частности, понимали, к каким тяжелым последствиям

она может привести, поскольку гитлеровская Германия обладала очень сильным

научным и техническим потенциалом. Немецкие ученые вплотную подошли к

возможности применения внутриядерной энергии атомов урана в военных целях.

Именно в Германии впервые было осуществлено деление ядер урана. Вот почему

ученые – физики-эмигранты, и среди них Сцилард и Теллер, - убеждали

Альберта Эйнштейна обратиться к президенту Соединенных Штатов Ф. Рузвельту

с предложением развернуть в США работы по созданию ядерного оружия, ядерной

бомбы, с тем чтобы опередить Германию.

После длительных размышлений и внутренней борьбы Эйнштейн предложил

начать работы по созданию ядерной бомбы, хотя по натуре своей он был

убежденным пацифистом.

2 августа 1939 г. Альберт Эйнштейн направил письмо президенту США

Франклину Делано Рузвельту.

Ф. Д. Рузвельту

Президенту Соединенных Штатов

Белый дом, Вашингтон

Сэр!

Некоторые недавние работы Ферми и Сциларда, прочитанные мной в

рукописи, заставляют меня ожидать, что уран может быть в ближайшем

будущем превращен в новый и важный источник энергии. Некоторые аспекты

возникшей ситуации, по-видимому, требуют бдительности и, при

необходимости, быстрых действий со стороны правительства. Я считаю

своим долгом обратить Ваше внимание на следующие факты и рекомендации.

В течение последних четырех месяцев благодаря работам Жолио во Франции,

а также Ферми и Сциларда в Америке стало реальным получение ядерной

реакции при больших количествах урана, вследствие чего можно освободить

значительную энергию и получить большие количества радиоактивных

элементов. Можно считать почти достоверным, что это будет достигнуто в

ближайшем будущем. В свою очередь это может способствовать созданию

бомб, возможно, исключительно мощных бомб нового типа. Одна бомба этого

типа, доставленная на корабле и взорванная в порту, полностью разрушит

весь порт с прилегающей к нему территорией. Такие бомбы могут оказаться

слишком тяжелыми для воздушной перевозки.

Соединенные Штаты обладают малым количеством урана. Ценные

месторождения его находятся в Канаде и Чехословакии. Серьезные

источники – в Бельгийском Конго. Ввиду этого было бы желательным

установление постоянного контакта между правительством и группой

физиков, исследующих в Америке проблемы цепной реакции.

Для такого контакта Вы могли бы уполномочить лицо, пользующееся Вашим

доверием, неофициально выполнять следующие обязанности:

а) поддерживать связь с правительственными учреждениями, информировать

их об исследованиях и давать им необходимые рекомендации, в особенности

в части обеспечения Соединенных Штатов ураном;

б) содействовать ускорению экспериментальных работ, ведущихся сейчас за

счет внутренних средств университетских лабораторий, путем привлечения

частных лиц и промышленных лабораторий, обладающих нужным

оборудованием.

Мне известно, что Германия в настоящее время прекратила продажу урана

из захваченных чехословацких рудников.

Необходимость таких шагов, быть может, станет понятна, если учесть, что

сын заместителя германского министра иностранных дел фон Вайцзеккер

прикомандирован к Физическому институту Общества кайзера Вильгельма в

Берлине, где в настоящее время повторяются американские работы по

урану.

Искренне Ваш Альберт Эйнштейн

Олд Гров Ред, Нассау-Пойнт-Пеконик, Лонг Айленд

2 августа 1939 г.

В интервью японской газете в 1951 г. А. Эйнштейн так объяснил свою

роль в создании ядерной бомбы:

«Мое участие в создании ядерной бомбы состояло в одном-единственном

поступке, я подписал письмо президенту Рузвельту, в котором подчеркивал

необходимость проведения в крупных масштабах экспериментов по изучению

возможности создания ядерной бомбы. Я полностью отдавал себе отчет в том,

какую опасность для человечества означает успех этого мероприятия. Однако

вероятность того, что над той же самой проблемой с надеждой на успех могла

работать и нацистская Германия, заставила меня решиться на этот шаг. Я не

имел другого выбора, хотя я всегда был убежденным пацифистом...»

Письмо А. Эйнштейна не сразу привело к действиям администрации США.

Рузвельт распорядился о создании Консультативного комитета по урану в

тот же день, когда ответил на письмо Эйнштейна, но решение о развертывании

крупномасштабной программы создания ядерного оружия было принято только в

октябре 1941 г., после получения сведений о работе англичан в этом

направлении.

Нападение японских военно-воздушных сил на Пирл-Харбор 8 декабря 1941

г. привело к тому, что США объявили войну Японии, Германии и Италии. После

вступления США в войну программа создания ядерной бомбы перешла из стадии

научных исследований в стадию практических разработок.

В середине 1942 г. администрация США поняла, что «...несколько

килограммов урана-235 или плутония-239 представляют собой взрывчатку,

эквивалентную по своей мощи нескольким тысячам тонн обычных взрывчатых

веществ» (из доклада В. Буша 17 июня 1942 г. президенту США Ф. Д.

Рузвельту).

В результате указаний президента США 13 августа 1942 г. был создан

специальный округ инженерных войск под названием Манхэттенский в Лос-

Аламосе, штат Нью-Мексико, в пустыне, недалеко от Санта-Фэ. Руководителем

Манхэттенского проекта был назначен бригадный генерал инженерных войск Л.

Гровс, а научным руководителем – физик-теоретик Юлиус Роберт Оппенгеймер.

С этого времени началась работа огромного масштаба, поглотившая

колоссальные средства, материальные ресурсы, человеческие усилия и

приведшая к созданию ядерной бомбы невиданной мощи в июле 1945 г.

Но вернемся к истокам освоения нового источника энергии.

В 1911 г. Э. Резерфорд (1871-1937) сделал в Манчестере доклад

«Рассеяние альфа- и бета-лучей и строение атома». X. Гейгер и Э. Марсден

провели экспериментальную проверку идеи Резерфорда о строении атома. Они

подтвердили существование ядра атома как устойчивой его части, несущей в

себе почти всю массу атома и обладающей положительным зарядом.

В 1913 г. Н. Бор (1885-1962) опубликовал серию статей «О строении

атомов и молекул», открывших путь к атомной квантовой механике. Примерно в

это же время начались, как известно, первые трудности электромагнитной

концепции микромира. Уже квантовая механика несла в себе совершенно новые

взгляды на микропроцессы. Так, в основу многих уравнений квантовой механики

входило значение массы микрочастиц, а открытие спина (от английского spin –

вращение), т. е. собственного момента количества движения, у электрона С.

Гаудсмитом и Дж. Уленбеком (1925 г.) и выдвижение принципа запрета В. Паули

(1925г.) противоречили существовавшим представлениям в физике. Но наиболее

важной оказалась гипотеза нейтрино, выдвинутая в 1931 г. Паули с целью

объяснения кажущихся аномалий в энергетическом распределении электронов,

вылетающих при бета-распаде. Нейтрино было четвертой элементарной частицей

(после электрона, фотона и протона), с которой столкнулась физика того

времени.

В. Паули предположил, что при бета-распаде из ядра вылетает не одна

частица – электрон (как предполагалось ранее), а две – электрон и частица,

названная Паули нейтрино.

На основе опытов Дж. Аллена, выполненных 10 лет спустя, в 1942 г. было

установлено, что нейтрино имеет массу покоя, значительно меньшую (1/30)

массы электрона, и полностью лишено электрического заряда и магнитного

момента.

Если природа трех ранее открытых элементарных частиц (электрона,

фотона и протона) могла считаться электромагнитной, то в отношении нейтрино

сказать это было почти невозможно. Однако до 1932 г. электромагнитная

теория господствовала. Решающим шагом в признании новой физической идеи

стало открытие Чедвиком (1932 г.) пятой частицы - нейтрона.

История открытия нейтрона достаточно поучительна. Еще в 1920 г.

Резерфорд выдвинул предположение о существовании нейтральной частицы. В

1930 г. В. Боте и Г. Бекер сообщили о проникающем излучении, появляющемся

при бомбардировке альфа-частицами ядер легких элементов. Особенно

значительный эффект получался при бомбардировке бериллия. В качестве

детектора излучения был использован счетчик Гейгера. Боте и Бекер

предположили, что наблюдаемое излучение представляет собой поток гамма-

квантов высокой энергии.

Почти одновременно с этими немецкими учеными Ирен и Фредерик Жолио-

Кюри повторили их опыты, используя источник полония большой активности.

Детектором служила ионизационная камера. Используя разные экраны, они

убедились в «сверхпроникающей» способности исследуемого излучения. Помещая

на пути потока частиц экраны из водородсодержащих веществ (парафина в том

числе), они ожидали, что поток уменьшится, но он даже увеличился. Ученые

пришли к выводу, что столкнулись с каким-то новым явлением. Продолжая

опыты, они убедились, что излучение Боте-Бекера способно выбивать ядра из

атомов водорода, гелия и азота. Они установили, что выбитые частицы

приобретали значительную энергию и что в пространство излучаются электроны

высоких энергий. Жолио-Кюри опубликовали результаты своих опытов и

выяснилось, что энергия излучения Боте-Бекера гораздо больше энергии гамма-

излучения.

В феврале 1932 г. ученик Резерфорда Дж. Чедвик после ознакомления с

результатами опытов Жолио-Кюри измерил с помощью электронного оборудования,

пропорционального усилителя, отдельные импульсы, возникающие при

прохождении ядер и электронов через счетчик, и разделил их. Оборудование,

которым пользовался Чедвик, было более совершенным, и результаты его опытов

показали, что первоначальное предположение Боте и Бекера, а также И. и Ф.

Жолио-Кюри об электромагнитной природе сверхпроникающего излучения неверно.

Чедвик установил, что это излучение состоит из электрически

нейтральных частиц с массой, примерно равной массе ядра протона. Это были

нейтроны.

Открытие нейтрона является результатом работы ученых трех стран:

Германии, Франции и Англии. История открытия нейтрона лишний раз

иллюстрирует, что путь к высотам науки изобилует сложностями и весьма

тернист.

Открытие нейтрона указало на существование в природе нового типа сил –

ядерных. Значение этого открытия для развития ядерной физики необычайно

велико, оно позволило преодолеть трудности, стоявшие на пути познания

строения ядра атома. Нейтрон – это «золотой ключик», открывший двери в

ядерную энергетику.

Открытие нейтрона стимулировало появление фундаментальных направлений

науки, таких как физика атомного ядра, физика элементарных частиц.

Впоследствии самостоятельной областью физики стала нейтронная физика.

При этом следует отметить, что открытие нейтрона не было случайным, на

его существование указывало много сопутствующих фактов, и потому его

обнаружение – закономерное следствие знаменитых опытов Резерфорда 1919 г.

по искусственному расщеплению ядер альфа-частиц, работ Боте и Бекера, И. и

Ф. Жолио-Кюри. Но обнаружил нейтрон Дхеймс Чедвик. Свое открытие Чедвик

опубликовал в статье «Возможное существование нейтрона», которую он

направил в печать 17 февраля 1932 г.

Этот день по праву считается днем открытия нейтрона.

О гениальном английском физике Эрнесте Резерфорде (1871-1937)

говорилось уже не раз, но в связи с открытием нейтрона Дж. Чедвиком, его

учеником и сотрудником Кавендишской лаборатории, следует сказать о нем и о

его вкладе в физическую науку.

Э. Резерфорд заложил основы учения о радиоактивности и строении атома.

Он первым осуществил искусственное превращение элементов, установил, что

корпускулярное излучение состоит из альфа- и бета-лучей.

В 1903 г. совместно с Ф. Содди Резерфорд объяснил радиоактивность как

спонтанный распад атома вещества, при котором он меняет свое место в

периодической системе элементов. Резерфорд доказал, что в центре атомов

существует массивное положительно заряженное ядро, он же предложил

планетарную модель атома, в центре которого находится положительно

заряженное ядро, а вокруг него по орбитам движутся отрицательно заряженные

электроны. (Здесь хочется напомнить о гениальных догадках древнегреческих

философов, которые указывали, что атомы непрерывно движутся.) За 12 лет до

открытия нейтрона Резерфорд высказал предположение о существовании

нейтральной частицы - нейтрона, и в 1932 г. оно подтвердилось.

В Кавендишской лаборатории Резерфорда работали и стажировались молодые

ученые из разных стран и в том числе и русские ученые П. Л. Капица, К. И.

Синельников, А. И. Лейпунский, Ю. Б. Харитон.

Итак, 1932 год стал годом великих открытий в ядерной физике. В этом

году возникла физика нового типа, имеющая дело со строением атомов и

исследующая неизвестные до того времени силы и взаимодействия частиц в ядре

атома. Три открытия 1932 г. считаются особенно важными для дальнейшего

развития атомной и ядерной физики:

1. открытие нейтрона;

2. обнаружение позитрона К. Андерсоном в космических лучах. Это была

первая открытая учеными античастица;

3. открытие американским химиком Г. Юри вместе с Ф. Брикведце и Г.

Мерфи дейтерия – тяжелого водорода, стабильного изотопа водорода с

массовым числом 2. При создании первой американской бомбы Юри

руководил производством тяжелой воды (с дейтерием) и участвовал в

работах по разделению изотопов урана.

Хотя мы и называем 1932 год годом великих открытий, но роль этих

замечательных открытий в развитии науки была определена гораздо позднее.

Тогда за ними лишь следовали события, которые служили как бы продолжением

этих открытий.

Первым наиболее выдающимся открытием, совершенным после того, как

Чедвик доказал существование нейтрона, было открытие Ирен и Фредериком

Жолио-Кюри в 1934 г. искусственной радиоактивности. В этом могли видеть

некоторую закономерность. Ведь Жолио-Кюри сделали важный шаг к открытию

Страницы: 1, 2, 3, 4