Цепная ядерная реакция

А может ли подобный процесс происходить при цепной ядерной реакции? Можно ли инициировать ядерную энергию, которая будет поддерживать сама себя и развиваться до бесконечности?

Для того чтобы вызвать такую реакцию, нужен всего лишь один нейтрон, то есть требуется ничтожная затрата энергии. В то же время в ходе распада ядер выделится огромное количество энергии. Значит, такая реакция может принести огромную выгоду.

Более того, поскольку цепная ядерная реакция развивается с огромной скоростью, распространяясь за миллионные доли секунды, и за кратчайший промежуток времени разбивается так много ядер, процесс приобретает форму взрыва. Его мощность в миллионы раз превысит обыкновенные химические реакции, при которых задействовано то же самое количество взрывчатых материалов, поскольку в них используется только электромагнитное взаимодействие, в то время как в первом случае используется гораздо более сильное ядерное взаимодействие.

Впервые о подобной ядерной реакции задумался венгерский физик еврейского про исхождения Лео Сциллард (1898—1964). Он работал в Германии и в 1933 году, когда пришел к власти Адольф Гитлер, был вынужден покинуть страну. Сциллард отправился в Великобританию и там в 1934 году открыл существование нескольких новых типов ядерных реакций.

Сциллард показал, что быстрые нейтроны могли поразить ядро с такой энергией, что при этом выделялись 2 нейтрона. Тогда, поглотив 1 нейтрон и выпустив 2 ядра, они становились более легкими изотопами того же самого элемента.

Но что произойдет, если каждый из 2 выпущенных нейтронов из первоначального ядра, подвергшегося бомбардировке, ударит новое ядро и побудит выделение по паре нейтронов из каждого? Тогда получится всего 4 нейтрона, разбежавшиеся по территории, и с каждым новым ударом нового ядра станет образовываться уже теперь 8 нейтронов и так далее по нарастающей. Другими словами, единичный нейтрон может стать причиной образования миллионов нейтронов, каждый из которых в свою очередь инициирует ядерную реакцию.

Предчувствуя приближение войны, Сциллард опасался, что лидеры Германии могут использовать ядерную цепную реакцию для изготовления сверхмощного оружия. Поэтому он тайно запатентовал свое открытие, надеясь, что цепную реакцию удастся использовать и в полезных целях. Передав свое изобретение британскому правительству, Сциллард надеялся, что, обладая им, оно сможет обуздать нацистов и сохранить мир.

Однако это не сработало. Чтобы вызывать выделение 2 нейтронов, требовался удар весьма высокоэнергетичного нейтрона. В противном случае выделившиеся из ядер нейтроны просто не обладали достаточной энергией, чтобы вызвать ядерную реакцию (происходящее можно сравнить с попыткой поджечь спичкой отсыревшее полено).

Но как насчет деления урана? Оно вызывалось медленными нейтронами.

Все это казалось весьма вероятным, и Ферми, выступавший на конференции по делению, поддержал эту гипотезу. В массивных ядрах на один протон приходилось больше нейтронов, чем в менее массивных ядрах. При их делении на два менее массивных ядра вполне могло образоваться достаточное число нейтронов.

Предположим, например, что уран-238 разбивается на барий-138 и криптон-86. Барий-138 состоит из 82 нейтронов, крип тон-86 из 50 нейтронов, в сумме составляя 132. Однако ядро урана-238 состояло из 146 нейтронов. Следовательно, при делении должно образоваться 14 нейтронов.

Тогда физики разных стран начали изучать деление урана, чтобы убедиться в том, действительно ли при нем испускаются нейтроны, и вскоре несколько ученых, включая и самого Сцилларда, пришли к выводу, что подобный процесс действительно имеет место. Это была та самая цепная ядерная реакция, существование которой предположил Сциллард.

В этой реакции участвовали только медленные нейтроны, и при расщеплении ядер образовывалось достаточно много энергии. Если запустить ядерную реакцию даже в небольшом куске урана, можно было получить совершенно невообразимую энергию. При расщеплении всего 1 грамма урана выделялось столько же энергии, сколько получалось при полном сгорании 3 тонн угля, причем всего лишь за кратчайшие доли секунды.

Приехавший в 1937 году в США Сциллард четко представлял огромную разрушительную силу оружия, которое позже получит название «атомная бомба». Он опасался того, что Гитлер может получить к ней доступ, прибегнув к шпионажу или от немецких физиков-ядерщиков.

Частично благодаря усилиям Сцилларда и преобладанию антифашистских настрое- ний приехавшие в США ученые с 1940 года стали добровольно засекречивать результаты своих исследований, чтобы избежать просачивания любой информации в Германию. Более того, Сциллард при посредничестве двух других венгерских беженцев, физиков Юджина Вигнера (1902 — 1995) и Эдварда Теллера (1908 — 1999) обратился к Эйнштейну, также бежавшему из Германии и приехавшему в Америку.

В то время Эйнштейн был самым известным физиком, жившим в США. Поэтому Сциллард и его коллеги считали, что именно его письмо, написанное президенту США, произведет должное впечатление. Эйнштейн подписал такое письмо, где говорилось о возможностях атомной бомбы и связанной с этим опасности, в заключение он настаивал на том, чтобы США не позволили возможным врагам овладеть им первыми.

Во многом благодаря этому письму в США была организована мощная исследовательская группа ученых, с которой сотрудничали исследователи в других западных странах. Все они преследовали одну цель — создать ядерную бомбу.