Цепь событий на пути взрывного открытия

Кто открыл цепную ядерную реакцию — ​для обозревателя «СР» Андрея Резниченко вопрос дискуссионный. Он убежден, что это результат коллективных усилий. Фредерик Жолио­-Кюри, Георгий Флеров, Лев Русинов, Энрико Ферми, Лео Силард, Яков Зельдович, Юлий Харитон и Игорь Курчатов внесли равновеликий вклад в понимание и осуществление этого процесса.

Весной 1939 года Фредерик Жолио-­Кюри экспериментально показал, что при делении ядер урана выделяется более одного нейтрона — ​необходимое условие самоподдерживающейся реакции. Почти тогда же аналогичные результаты получили советские физики Георгий Флеров и Лев Русинов, а вскоре американские исследователи во главе с Энрико Ферми подтвердили эти данные.

Идею цепной реакции в 1933 году сформулировал Лео Силард. Он предположил, что, если при делении атома выделяются нейтроны, способные вызывать новые акты деления, возможен процесс с самоподдерживающимся ростом числа реакций. В 1934 году Силард запатентовал принцип ядерного реактора. В том же году супруги Фредерик и Ирен Жолио­-Кюри открыли искусственную радиоактивность и в своих работах упомянули возможность «взрывных превращений». В декабре 1938 года Отто Ган и Фриц Штрассман обнаружили деление ядер урана под действием нейтронов. В январе 1939 года Лиза Мейтнер и Отто Фриш объяснили механизм явления и ввели термин nuclear fission — ​«ядерное деление».

Узнав о результатах Гана и Штрассмана, группа Фредерика Жолио­-Кюри в Коллеж де Франс начала измерять количество нейтронов, выделяющихся при делении урана. В марте 1939 года исследователи установили, что при каждом акте деления испускаются в основном два-три нейтрона, что делает возможной цепную реакцию. Результаты были опубликованы в журнале Nature и получили широкий отклик. 4 мая 1939 года Жолио-­Кюри с соавторами подал патенты на методы получения энергии из цепной реакции и на устройство «усовершенствованных взрывных зарядов», фактически описав принцип атомной бомбы.

Практически в то же время в Ленинградском физико-­техническом институте (ЛФТИ) под руководством Игоря Курчатова проводились сходные исследования. Георгий Флеров и Лев Русинов в 1939 году экспериментально определили, что при делении урана выделяются как минимум два нейтрона, а в ряде случаев — ​три и более. Эти результаты, представленные на семинарах ЛФТИ и опубликованные в отечественных журналах, подтвердили ключевой физический факт, лежащий в основе цепной реакции. В 1940 году Георгий Флеров и Константин Петржак открыли явление спонтанного деления ядер урана — ​процесс, происходящий без внешнего воздействия. Их работа, опубликованная в «Докладах АН СССР», получила международное признание и стала важной частью теории ядерной стабильности. Параллельно теоретики Яков Зельдович и Юлий Харитон рассчитали условия, при которых цепная реакция может поддерживаться в уране. Они ввели понятие критической массы и определили роль замедлителей нейтронов — ​графита и тяжелой воды.

В Колумбийском университете (Нью-­Йорк) Энрико Ферми и Лео Силард в январе 1939 года также провели опыты с ураном и подтвердили выделение нескольких нейтронов. Их статьи в журнале Physical Review весной 1939 года окончательно закрепили экспериментальное обоснование цепной реакции.

Летом того же года Силард при участии Альберта Эйнштейна направил президенту США Франклину Рузвельту письмо, в котором сообщил о военном потенциале открытия. Это обращение стало отправной точкой американского атомного проекта.

2 декабря 1942 года под руководством Ферми была запущена «Чикагская поленница» — ​первый в мире реактор, достигший состояния самоподдерживающейся цепной реакции. В Советском Союзе аналогичный эксперимент провели 25 декабря 1946 года: реактор Ф‑1, построенный под руководством Курчатова, был первой в Европе действующей уранграфитовой установкой.

Почему результаты советских ученых не обрели большую известность? Работы Флерова и Русинова публиковались в журналах на русском языке, не распространявшихся за рубежом, тогда как статья Жолио­-Кюри сразу вышла в Nature. С начала войны исследования в области ядерной физики в СССР были засекречены. Публикации 1939–1940 годов долго оставались недоступными. Французская группа открыто заявила о возможности цепной реакции и подала патенты. Советские физики ограничились фиксацией эмиссии нейтронов. В период холодной войны западная историография фокусировалась на собственных достижениях, а советская — ​на идеологических оценках, что мешало объективному признанию приоритетов.

Георгий Флеров не только участвовал в ранних экспериментах, но и в 1942 году обратил внимание правительства на прекращение публикаций об уране за рубежом. Его письмо Сталину сыграло решающую роль в запуске советского атомного проекта. Открытие спонтанного деления (Флеров и Петржак, 1940 год) стало фундаментальным вкладом в ядерную физику.