меню
главная
История ядерной физики
Война или мир?

Человек всю свою историю искал источники энергии: огонь очага, лошадиная сила, водная или паровая турбина, двигатель внутреннего сгорания… Между тем источник огромной энергии – повсюду, вокруг нас. Это – атомы.

А. А. Беккерель

Первые сигналы о том, что внутри атомов скрыты невообразимые запасы энергии, поступили в самом конце XIX века. В 1896 году французский ученый Антуан Анри Беккерель, пытавшийся обнаружить рентгеновское излучение при флюоресценции солей урана, открыл явление радиоактивности – беккерелевы лучи.

Радиоактивность – это неустойчивость ядер некоторых атомов, их способность к самопроизвольному распаду, что сопровождается испусканием ионизирующего излучения или радиацией. Радиация – это частицы и гамма-кванты, энергия которых так велика, что при воздействии на вещество они создают ионы.

Как выяснилось, радиоактивные элементы естественного происхождения присутствуют повсюду в окружающей человека среде. В настоящее время это явление широко используется в науке, технике, медицине, промышленности.

Позднее, в 1939 году Ганом и Штрассманом было открыто явление деления тяжелых атомных ядер. А в 1940 году советские физики К.А.Петржак и Г.И.Флеров обнаружили спонтанное деление ядер урана.

При реакции деления высвобождается очень большая, если не сказать чудовищная энергия – в виде кинетической энергии ядер-осколков, электронов, гамма-квантов, нейтрино, нейтронов. Человек в ХХ веке обуздал эту энергию, заключив ее в: 1) корпус атомной бомбы и 2) в атомный реактор, где цепная реакция деления тяжелых ядер стала управляемой.

Это сейчас. А тогда, на рубеже ХIХ и ХХ веков люди еще не знали, к чему приведет открытие Беккереля. Огромную роль в исследовании этого явления внесли супруги Кюри. Но, пожалуй, первыми до конца осознали, что попало им в руки, были все-таки Ф.Содди и Э.Резерфорд.

Потому что уже в 1903 году Ф.Содди написал: «Атомная энергия обладает несравненно большей мощностью, чем молекулярная энергия, и это должно заставить нас рассматривать планету, на которой мы живем, как склад взрывчатых веществ, обладающих невероятной взрывной силой».

Правда, спустя пять лет Ф.Содди писал уже иное – о возможности с помощью атомной энергии «превратить всю планету в цветущий сад»..

Что ж, теперь только от самого человека зависит, как именно будет использован атом, этот источник всепобеждающей энергии.

«Отец» ядерной физики
Эрнест Резерфорд

Именно так называют сэра Эрнеста Резерфорда, великого британского физика, лауреат Нобелевской премии. Британец своим знаменитым опытом рассеяния α-частиц доказал существование в атомах ядра и электронов вокруг него и создал планетарную модель атома.

…Резерфорд родился в 1871 году в Новой Зеландии, в семье фермера, выращивавшего лен. Отец — Джеймс Резерфорд, иммигрировал из Шотландии. В те годы шотландцы эмигрировали в Канаду, но семье Резерфорда не повезло, и бесплатный билет на пароход правительство предоставило лишь до… Новой Зеландии.

Эрнест был четвертым ребенком в семье из 12 детей. Имел удивительную память, богатырское здоровье и силу. С отличием окончил начальную школу, получив 580 баллов из 600 возможных и премию в 50 фунтов стерлингов для продолжения учебы. В колледже Резерфорд увлекся наукой и начал исследовательскую работу.

Наиболее одаренным молодым подданным британской короны в колониях предоставлялась особая стипендия, дававшая возможность поехать для дальнейшего продвижения в науке в Англию. В 1895 году Резерфорд прибывает в Англию и становится первым докторантом в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета.

Не было бы счастья: так как стипендии не хватало даже на еду, Резерфорд стал работать репетитором и ассистентом у Дж. Томсона по теме изучения процесса ионизации газов под действием рентгеновских лучей. В 1898 году Резерфорд открывает альфа- и бета-лучи. А с 1898 года ученый делает первые шаги в исследовании только что открытого явления радиоактивности урана и тория.

В том же году Резерфорд занимает должность профессора университета Макгилла в Монреале (Канада), где плодотворно сотрудничает с Фредериком Содди, в то время младшим лаборантом химического факультета, впоследствии (как и Резерфорд) нобелевским лауреатом. В 1903 году Резерфорд и Содди выдвинули и доказали революционную идею о возможности превращения одних химических элементов в другие в процессе радиоактивного распада.

Теория двух авторов о преобразовании элементов стала взрывом в ученом мире. В те времена господствовала идея о неизменности и неделимости атома, который существовал в исходном веществе с «сотворения мира». Последующие работы физиков и химиков показали, какие законы природы управляют атомными превращениями. Так родилась ядерная физика…

В 1908 году Резерфорду была присуждена Нобелевская премия по химии «за исследования в области распада элементов в химии радиоактивных веществ».

В 1914 году Резерфорд удостоен дворянского титула и становится «сэром Эрнстом». В Букингемском дворце король посвятил его в рыцари: он был облачен в придворный мундир и препоясан мечом.

Свой геральдический герб пэр Англии барон Резерфорд Нельсон (так стал зваться великий физик после возведения в дворянское звание) увенчал изображением экспоненты — кривой, показывающей убывание со временем числа радиоактивных атомов.

С 1925 по 1930 года ученый занимал пост президента Лондонского Королевского общества.

Советский физик-легенда Петр Капицa прозвал Резерфорда «Крокодилом«, объяснив придуманное им прозвище так: «Это животное никогда не поворачивает назад». И добавлял, что «в России на Крокодила смотрят со смесью ужаса и восхищения».

Эрнест Резерфорд был похоронен в Вестминстерском аббатстве, рядом с могилами великих Ньютона, Дарвина и Фарадея. Резерфорд является одним из самых уважаемых в мире ученых.

Прародительница и жертва
Мария Склодовская-Кюри

Начало новой эры в истории человечества – эры изучения и использования атомной энергии – положила Мария Кюри, знаменитый физик и химик, первая женщина дважды лауреат Нобелевской премии, один из первых исследователей явления радиоактивности.

Мария Склодовская родилась в семье учителя в Варшаве. Самостоятельно занималась в лаборатории Музея промышленности и сельского хозяйства. В 1891 году Мария Склодовская стала студенткой Сорбонны, на факультете естествознания. Проявив выдающиеся способности и огромное трудолюбие, в 1894 году Мария получает два диплома лиценциата – по физике и математике.

В 1895 году Мария выходит замуж за Пьера Кюри. В этом же году она начинает работать в его лаборатории в школе физики и химии. Мария Кюри изучает открытое в 1896 году Беккерелем явление радиоактивности. Ее интересует, что именно является источником непрерывного испускания лучей и непрерывной, следовательно, потери энергии. К своим исследованиям она привлекает мужа.

Супруги Кюри прежде всего установили, что источником лучей являются атомы урана. Перепробовав все другие известные тогда химические элементы, супруги Кюри нашли, что наряду с ураном один лишь торий дает такие лучи. Этому новому свойству атомов некоторых элементов было дано название радиоактивность.

Напряженная совместная работа привела к блестящему результату: Кюри открыли полоний (назван в честь Польши, дань уважения родине Марии), а затем радий.

В 1899-1900 годах Пьер и Мария устанавливают, что лучи, испускаемые радием, принадлежат к трем различным категориям: альфа, бета и гамма лучи.

С 1900 по 1906 год идет работа по выделению чистых солей радия. Мария и Пьер делают открытие физиологического воздействия радия на организм. Начинается промышленное производство радия. Радий делается предметом исследования крупнейших ученых мира. В 1903 году Пьеру и Марии Кюри присуждается Нобелевская премия.

В 1906 году, прожив 47 лет, едва получив благоприятные условия для научной работы, Пьер Кюри погибает в результате несчастного случая на улице. По поводу гибели великого ученого объявляется национальный траур.

После гибели мужа Мария Кюри продолжает исследования. Она преподает в Сорбонне, где читает первый и единственный курс лекций по радиоактивности. Мария Кюри назначается профессором факультета естествознания Сорбонны – впервые в истории французской высшей школы женщина получает профессорскую кафедру.

В 1911 году Марии Кюри присуждают Нобелевскую премию по химии. Большое открытие, мировая известность, две премии Нобеля вызывают у многих современников удивление личностью Мари. Ее называли «посланницей Франции», «национальной славой».

В 1914 году открывается институт радия с двумя отделениями: радиоактивной лабораторией под руководством Марии Кюри и лабораторией биологических исследований и радиотерапии, где крупный ученый-медик профессор Клод Рего организует изучение рака, а также лечение больных.

В этом же году начинается война. На средства Союза женщин Франции Мария создает первый «радиологический автомобиль». В обыкновенном автомобиле Мария размещает рентгеновский аппарат и динамо, которое приводится в действие автомобильным мотором и дает необходимый ток. С августа 1914 года эта передвижная станция объезжает госпиталь за госпиталем. С 1914 по 1918 год Мария Кюри создает 200 рентгеновских установок.

С 1919 года по 1934 год Мария Кюри продолжает свои исследования в институте радия. Она активно занимается общественной деятельностью, участвует в создании института радия в Варшаве.

Однако в 1934 году Мария Кюри серьезно заболевает и уже не встает с постели. Малоэффективная борьба с неведомой болезнью ведет к утомительному лечению, анализы ставят в тупик специалистов. Ей прописывают компрессы и банки. Ставят диагноз злокачественной острой анемии. 4 июля 1934 года Мария Кюри умирает.

Науке еще предстояло сказать свое слово и установить истинного виновника в гибели Марии Кюри. Этим виновником стал… радий. Мария Кюри умерла от лучевой болезни, возникшей в результате многолетней работы с радиоактивными веществами.

В те далекие годы, на заре атомного века, первооткрыватели радия не знали о действии излучения. Радиоактивная пыль носилась в их лаборатории. Сами экспериментаторы спокойно брали руками свои препараты, не ведая о смертельной опасности. Преданность науке привела к тому, что жизнь Марии Кюри была в прямом смысле принесена ей в жертву.

Рождение ядерного оружия

То, какие беспрецедентные запасы энергии таит в себе вещество на уровне атомного строения, впервые рассчитал один из самых гениальных людей, живших на планете.

В 1905 Альберт Эйнштейн издал свою легендарную теорию относительности. Согласно этой теории, соотношение между массой и энергией выражено уравнением E = mc^2, где энергия (E) равна этой массе, умноженной на квадрат скорости света (c). Очень малое количество вещества эквивалентно огромному количеству энергии. Так, 1 кг вещества был бы эквивалентен энергии, выпущенной при взрыве 22 мегатонн тротила.

Альберт Эйнштейн

В 1938 г. в результате экспериментов немецким химикам Отто Хану и Фритцу Страссманну удается разбить атом урана при помощи бомбардировки нейтронами. А уже британский физик Отто Фриш объяснил, как при делении ядра атома выделяется энергия.

В начале 1939 года французский физик Жолио-Кюри сделал вывод, что возможна цепная реакция, которая приведет к взрыву чудовищной разрушительной силы и что уран может стать источником энергии, как взрывчатое вещество.

Это заключение и стало толчком для разработок по созданию ядерного оружия. Мир был накануне Второй мировой войны, и целый ряд стран лихорадочно искал возможность обладания таким мощным оружием. Над созданием атомного оружия трудились физики Германии, Англии, США, Японии. Однако тормозом для исследований стала нехватка урановой руды.

Перед началом Второй мировой войны Альберт Эйнштейн написал президенту США Франклину Рузвельту. В нем якобы говорится о попытках нацистской Германии очистить Уран-235, что может привести их к созданию атомной бомбы. Сейчас стало известно, что германские ученые были тогда далеки от проведения цепной реакции.

Правительством США также было принято решение – в кратчайшие сроки создать атомную бомбу. Этот проект вошел историю как «Manhattan Project». С 1939 по 1945 годы на проект Манхэттен было потрачено более двух млрд долларов. В штате Теннеси был построен огромный завод по очистке урана: газовая центрифуга отделяла легкий Уран-235 от более тяжелого Урана-238.

В пустынных просторах штата Нью-Мексико, США в 1942 году был создан американский ядерный центр. Над проектом работало множество ученых, главным же был Роберт Оппенгеймер. Под его началом были собраны лучшие умы того времени не только США и Англии, но практически всей Западной Европы. Над созданием ядерного оружия трудился огромный коллектив, включая 12 лауреатов Нобелевской премии. Работа в Лос-Аламосе, где находилась лаборатория, не прекращалась ни на минуту.

В Европе тем временем шла Вторая мировая война, и Германия проводила массовые бомбардировки городов Англии, что подвергало опасности английский атомный проект «Tub Alloys», и Англия добровольно передала США свои разработки и ведущих ученых проекта, что позволило США занять ведущее положение в развитии ядерной физики (создания ядерного оружия).

16 июля 1945 года яркая вспышка озарила небо в горах на севере от Нью-Мехико. Облако радиоактивной пыли, напоминающее гриб, поднялось на 30 тысяч футов. На месте взрыва остались фрагменты зеленого радиоактивного стекла, в которое превратился песок. Так было положено начало атомной эре.

В 1944 году в США был создан авиаполк «летающих крепостей» Б-29. К лету 1945 года американцам удалось собрать две атомные бомбы, получившие названия «Малыш» и «Толстяк». Президент США Г.Трумэн стал первым политическим руководителем, кто принял решение на применение ядерных бомб. С военной точки зрения необходимости таких бомбардировок Японии не было. Но политические мотивы в этот период превалировали над военными. Однако США хотели продемонстрировать всему миру, каким мощным оружием они обладают (для устрашения), и первыми целями для ядерных ударов были выбраны японские города Хиросима и Нагасаки.

Взрвы американской атомной бомбы в Хиросиме

Утром 6 августа 1945 г. над Хиросимой американский самолет сбросил бомбу, которая на парашюте медленно спускалась и вдруг на высоте 600 м над землей взорвалась. Это был «Малыш». 9 августа еще одна бомба была сброшена над Нагасаки.

Людские потери и масштабы разрушений от этих бомбардировок шокируют: мгновенно погибли от теплового излучения (температура 5000 градусов С) и ударной волны – 300 тысяч человек, еще 200 тысяч получили ранения, ожоги, облучились. Эти жертвы потрясли весь мир.

Считается, что это событие положило начало гонке ядерных вооружений. С середины 1945 года и по 1953 год США монопольно владели ядерным оружием и могли достичь мирового господства путем ликвидации СССР в ходе ядерной войны.

К 1948 году в Комитете начальников штабов был составлен план ядерной войны с СССР, получивший кодовое название «Чариотир». Он предусматривал, что только за первые 30 дней намечалось сбросить 133 ядерные бомбы на 70 советских городов…

Мир вместо войны

К счастью, Третьей мировой войны, только на сей раз ядерной, удалось избежать. Благодаря неимоверному напряжению усилий ученых Советского союза, когда в общую работу включились целые отрасли и города, коллективы НИИ, нашей стране всего через четыре года после американцев удалось стать ядерной державой.

Впрочем, огромную роль здесь сыграли и успехи советской разведки, а также тот факт, что по ту сторону баррикад, среди разработчиков американской атомной бомбы оказались здравомыслящие люди, которые понимали: без ядерного паритета мир находится на пороге катастрофы. Они помогли созданию этого паритета мировых сил ценой… предательства, здраво рассудив, что измена здесь является меньшим злом.

Среди Лос-Аламовских ученых над созданием атомной бомбы работал немецкий коммунист Клаус Фукс. Он в течение 1945 -1947 годов четырежды передавал сведения по практическим и теоретическим вопросам создания атомной и водородных бомб, чем ускорил их появление в СССР.

 П. Л. Капица
  А. Ф. Иоффе

Через 12 дней после сборки первой атомной бомбы в Лос-Аламосе мы получили описание ее устройства из Вашингтона и Нью-Йорка. Детальный доклад Фукса («Чарльз») был доставлен диппочтой и содержал текст с описанием конструкции бомбы. Поэтому позднее сообщение о том, что американцы взорвали атомное устройство, и не произвело особого впечатления на И.Сталина. Однако последствия бомбардировок Хиросимы и Нагасаки потрясли его.

Сталин приказал Л. П. Берии продумать вопрос о создании собственного ядерного оружия. В 1945 году был образован специальный комитет по атомной энергии под руководством Л. П. Берия. Его заместителем назначили наркома боеприпасов Б. Л. Ванникова. В комитет вошли видные ученые А. Ф. Иоффе, П. Л. Капица и И. В. Курчатов.

В районе г. Семипалатинска был построен испытательный полигон. Утром 29 августа 1949 года на этом полигоне было подорвано первое советское ядерное устройство под кодовым названием «РДС-1». Американский план атаки на 70 городов СССР с использованием атомных бомб был сорван из-за угрозы ответного удара. Событие на Семипалатинском полигоне известило мир о создании в СССР ядерного оружия, что положило конец американскому монополизму на владение новым для человечества оружием.

Обеспечив это глобальное равновесие мировых сил, впоследствии СССР первым в мире приступил к освоению уже мирного атома, показав человечеству, что гигантская ядерная энергия может служить задачам созидания.