Помоги проекту - поделись книгой:
2.13. Выше было установлено, что поперечное сечение захвата нейтронов меняется в очень широких пределах у различных веществ.
У некоторых оно очень велико по сравнению с максимальным поперечным сечением урана. Для осуществления цепной реакции необходимо уменьшить захват нейтронов примесями до такого значения, когда он не сможет оказать существенного влияния. Это требует очень тщательной очистки металлического урана и замедлителя. Вычисления показывают, что максимально допустимые концентрации многих элементов-примесей составляют несколько частей на миллион как для урана, так и для замедлителя. Если вспомнить, что до 1940 г. все производство металлического урана в США не превышало нескольких граммов вещества сомнительной чистоты, что все количество добытого в США металлического бериллия достигало лишь нескольких фунтов, что все производство концентрированного дейтерия составляло не более нескольких фунтов и что углерод никогда до этого не производился в тех количествах и с той степенью очистки, какие необходимы для замедлителя, — станет ясным, что проблема производства и очистки материалов была весьма важна.
2.14. Все проблемы, рассмотренные выше, относятся лишь к осуществлению цепной реакции. Если для такой реакции хотят найти целесообразное применение, то нужно уметь управлять ею. Проблема управления ставится по разному, в зависимости от того, что мы хотим получить: постепенное освобождение энергии или взрыв. Непрерывное производство атомной энергии требует проведения цепной реакции на медленных нейтронах в смеси урана и замедлителя, в то время как для атомной бомбы необходима цепная реакция на быстрых нейтронах, которая происходит в U-235 или Pu−239, хотя в них могут иметь место оба типа деления. Казалось правдоподобным, даже в 1940 г., что, применяя вещества, поглощающие нейтроны, удастся управлять цепной реакцией. Казалось также достаточно ясным, хотя и не совсем достоверным, что такая цепная реакция должна быть самоограничивающейся ввиду более низкого значения вероятности захвата, сопровождаемого делением, при достижении высоких температур. Тем не менее, не было исключено, что цепная реакция может выйти из под контроля, и, поэтому, казалось необходимым проведение опытов по цепным реакциям в ненаселенной местности.
2.15. До сих пор мы рассматривали, каким образом можно осуществить ядерную цепную реакцию и управлять ею, не затрагивая вопроса о том, как ее использовать. Технологический разрыв между получением управляемой цепной реакции и использованием ее в качестве мощного источника энергии или взрывчатого вещества подобен разрыву, существовавшему между открытием огня и производством паровозов.
2.16. Несмотря на то, что производство энергии никогда не было главной целью этих работ, достаточное внимание было уделено выяснению главной трудности — установлению режима работы при высокой температуре. Эффективная тепловая машина должна быть не только источником теплоты, но развивать ее при высокой температуре. Проведение цепной реакции при высокой температуре и превращение тепла в полезную работу значительно более трудно, чем проведение цепной реакции при низкой температуре.
2.17. Доказательства возможности осуществления цепной реакции еще недостаточно для уверенности в том, что ядерная энергия будет эффективна в бомбах. Для получения эффективного взрыва необходимо, чтобы цепная реакция развивалась чрезвычайно быстро; в противном случае лишь незначительное количество ядерной энергии будет использовано до того, как бомба разлетится на части и реакция прекратится. Необходимо предотвратить, кроме того, преждевременный взрыв. Эта проблема полной «детонации» была и все еще остается одной из самых трудных проблем при создании высокоэффективной атомной бомбы.
2.18. До сих пор рассматривались только возможности применения самого урана. Мы уже упоминали о предположении, что элемент с атомным номером 94 и массой 239, обычно называемый плутонием, мог бы оказаться очень эффективным. Действительно, теперь уже известно, что он по своей ценности приближается к чистому U-235. Мы упоминали о трудности отделения U-235 от более распространенного изотопа U-238. Эти два изотопа в химическом отношении, конечно, тождественны. Однако плутоний, хотя и получается из U-238, является отличным в химическом отношении элементом. Поэтому, если возможен процесс превращения U-238 в плутоний, то химическое отделение плутония от урана может оказаться более практичным, чем разделение изотопов U-235 и U-238.
2.19. Предположим, что удалось создать управляемую цепную реакцию в решетке из обычного урана и замедлителя, например, углерода в виде графита. Тогда, в процессе цепной реакции, при делении U-235 испускаются нейтроны, и многие из них поглощаются U-238. В результате этого образуется U-239, каждый атом которого испускает
2.20. Мы говорили о трех способах увеличения возможности осуществления цепной реакции: применении замедлителя, получении материалов высокой чистоты, использовании таких специальных материалов, как U-235 или Pu−239. Эти три способа не исключают друг друга, и было предложено много схем с применением небольших количеств выделенных U-235 или Pu−239 в решетках, состоящих в основном из обычного урана или окиси урана и замедлителя или двух различных замедлителей. Эти устройства обычно называются «обогащенными котлами».
ПРИМЕНЕНИЕ ТОРИЯ, ПРОТАКТИНИЯ ИЛИ ДРУГИХ МАТЕРИАЛОВ
2.21. Все предыдущие рассуждения концентрировались вокруг того или иного использования урана; однако, известно, что как торий, так и протактиний также подвергаются делению при бомбардировке быстрыми нейтронами. Большим преимуществом урана, по крайней мере для предварительных работ, является его восприимчивость к медленным нейтронам. Другим двум элементам уделялось немного внимания. Протактиний можно исключить, так как он редко встречается в природе. Торий относительно часто встречается, однако и он не имеет явных преимуществ перед ураном.
2.22. Не следует забывать, что теоретически многие ядерные реакции могут быть использованы для получения энергии. В настоящее время мы не можем указать другого пути возбуждения и управления реакциями, помимо применения реакций деления; однако может случиться, что лабораторным путем будет воспроизведена одна из тех реакций синтеза, о которых уже упоминалось, как об источнике солнечной энергии.
НЕОБХОДИМЫЕ КОЛИЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ
2.23. Летом 1940 г. невозможно было итти дальше догадок относительно количеств материалов, необходимых для осуществления:
(1) цепной реакции с применением замедлителя,(2) бомбы, основанной на использовании цепной реакции в чистом или по меньшей мере в обогащенном U-235 или плутонии.
В то время в качестве критических размеров бомбы обычно назывались цифры от одного до ста килограммов U-235, который должен был быть выделен из природного урана, взятого в количестве, по крайней мере, в 140 раз большем. Было почти очевидно, что для проведения цепной реакции с медленными нейтронами потребуются тонны урана и замедлителя.
ДОСТУПНОСТЬ МАТЕРИАЛОВ
2.24. Данные о составе земной коры указывают на значительное содержание урана и тория (около 4:106 урана и около 12:106 тория по весу). В настоящее время известны залежи урановой руды в Колорадо, в районе Большого Медвежьего озера (Северная Канада), в Иоахимстале (Чехословакия) и в Бельгийском Конго. Известны многие другие месторождения урановой руды, однако их размеры в большинстве случаев не разведаны. Уран всегда встречается вместе с радием, хотя и в значительно больших количествах. Оба часто встречаются вместе с ванадиевыми рудами.
2.25. Торий тоже достаточно широко распространен и встречается в виде окиси тория в весьма большой концентрации в монацитовых песках, имеющихся кое-где в США, но главным образом в Бразилии и в Британской Индии.
2.26. По предварительным грубым оценкам, которые, вероятно, оптимистичны, ядерная энергия, содержащаяся в разведанных месторождениях урана, достаточна для удовлетворения всех энергетических потребностей США на 200 лет (предполагая использование как U-238, так и U-235).
2.27. Как уже было указано, до 1940 года металлического урана было произведено очень мало; сведения об уране были столь скудными, что даже точка плавления его оставалась неизвестной (например, в Handbook of Physics and Chemistry на 1943–1944 гг. указано только, что точка плавления находится ниже 1850 °C в то время, как в настоящее время известно, что она лежит вблизи 1150°). Очевидно, поскольку речь идет об уране, не было непреодолимых трудностей в получении сырья и в производстве металла, однако очень серьезным вопросом было, сколько это займет времени, и во что обойдется производство необходимого количества чистого металла.
2.28. Из материалов, упомянутых выше в качестве пригодных для замедлителей, наиболее очевидными преимуществами обладает дейтерий. Его содержание в обычном водороде составляет приблизительно 1:5000. К 1940 году были разработаны различные методы выделения его из водорода, и в США было получено для экспериментальных целей несколько литров. Единственное крупное производство было сосредоточено на Норвежском заводе, откуда было получено несколько сотен литров тяжелой воды (D2O, окись дейтерия). Как и в отношении урана, решение проблемы зависело только от времени и денег.
2.29. Бериллий в виде силикатов широко распространен, однако лишь в малых по количеству руды месторождениях. В последние несколько лет он нашел широкое применение в качестве компонента в сплавах; однако, для такого применения нет нужды в получении бериллия в виде металла. В 1940 г. в США было произведено только 700 фунтов этого металла.
2.30. В отношении углерода дело обстояло совсем по другому. В США ежегодно производилось много сотен тонн графита. Это являлось одной из причин, делавших графит желательным в качестве замедлителя. Трудности заключались в получении достаточного количества графита требуемой чистоты, в особенности в связи с возросшими потребностями военной промышленности.
ОЦЕНКА ВРЕМЕНИ И СТОИМОСТИ
2.31. Требования, связанные со средствами и временем, зависели не только от многих неизвестных научных и технологических факторов, но и от политических обстоятельств. Очевидно, для достижения конечной цели могли потребоваться годы и миллионы долларов. Почти все, чего добивались в это время, ограничивалось оценкой, сколько времени и сколько денег потребуется для выяснения научных и технологических перспектив. Казалось, что осуществление и развитие цепной реакции с тепловыми нейтронами в решетке из графита и урана в размерах, позволяющих ответить на вопрос о возможности протекания реакции в действительности, является не очень крупный предприятием. Оценка, сделанная тогда, определяла время, необходимое для получения ответа, сроком в один год и затраты — суммой в 100 000 долларов. Такая оценка относилась к созданию системы цепной реакции очень малой мощности без системы охлаждения и без всяких приспособлений для использования освобождающейся энергии.
ВРЕДНОСТЬ ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ
2.32. Как уже давно известно, радиоактивные вещества вредно действуют на здоровье. Они испускают весьма проникающие
МЕТОД ПОДХОДА К ЗАДАЧЕ
2.33. Были два пути разрешения проблемы. Один заключался в постановке ряда точных физических измерений поперечных сечений поглощения различных веществ для различных процессов, вызываемых нейтронами, и для различных энергий нейтронов. Коль скоро такие данные были бы получены, представлялось бы возможным рассчитать с достаточной точностью ход цепной реакции. Другой путь — чисто эмпирический — состоял в смешивании урана или его соединений различными способами с разными замедлителями и в наблюдении происходящих при этом процессов. Подобные же два крайние метода были возможны и в случае решения проблемы разделения изотопов. В действительности в обоих случаях применялся компромиссный способ.
ЭНЕРГИЯ ИЛИ БОМБА?
2.34. Предполагавшиеся военные преимущества урановых бомб внешне значительно эффектнее, чем преимущества использования урана в качестве источника энергии. Очевидно, что небольшое число урановых бомб может сыграть решающую роль в выигрыше войны стороной, впервые их применившей. Это очень хорошо понимали люди, работавшие в данной области; однако необходимым предварительным этапом развития наших знаний, казалось, было достижение цепной реакции с медленными нейтронами, и оно стало первоочередной задачей группы заинтересованных работников. Решение этой задачи казалось необходимым также для того, чтобы убедить военные власти и более скептически настроенных ученых в том, что вся идея не является просто фантастическим сном. Частью по этим соображениям, частью из-за чрезвычайной секретности идея атомной бомбы не появлялась более в письменных материалах между летом 1940 г. и осенью 1941 г.
ВОЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
2.35. Если все атомы килограмма U-235 подвергнутся делению, то освобожденная при этом энергия будет эквивалентна энергии, получающейся при взрыве 20 000 тонн тринитротолуола. Если критические размеры бомбы окажутся практически осуществимыми — в пределах, скажем, от одного до сотни килограммов — и все другие проблемы могут быть разрешены, останутся еще два вопроса. Первый, — какой процент способных к делению ядер успеет испытать деление прежде, чем реакция закончится. т. е. какова будет эффективность взрыва? Второй, — каково действие столь мощной концентрации освобождаемой энергии? Если даже будет освобожден только один процент теоретически возможной энергии, то порядок величины взрыва будет совершенно отличным от взрыва, происходящего при действии любых известных до настоящего времени бомб. Таким образом военные эксперты должны были весьма обстоятельно изучить вопрос о значении такой бомбы.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ГЛАВЫ
2.36. Было установлено, (1) что деление урана происходит с освобождением большого количества энергии и (2) что в этом процессе освобождаются избыточные нейтроны, благодаря чему может начаться цепная реакция. То, что такая реакция должна будет происходить и что она может иметь важное военное применение в бомбах, не противоречило никакому из известных до того времени принципов. Однако, идея эта была новой и поэтому казалась сомнительной. Одно было несомненно — что изготовлению такой бомбы должно предшествовать разрешение ряда технических вопросов большой трудности. Вероятно, единственными материалами, пригодными для этих бомб, являются либо U-235, который должен быть отделен от в 140 раз более распространенного изотопа U-238, либо Pu−239, — изотоп совершенно неизвестного до тех пор элемента — плутония, который сам получается в управляемом процессе цепной реакции, также до того времени неизвестном. Было очевидно, что для получения управляемой реакции могла появиться необходимость производства металлического урана и тяжелой воды, бериллия или углерода и притом в больших количествах и высокой чистоты. Коль скоро материал для бомбы получен, необходимо технически разработать способ его безопасного и эффективного использования. В ряде процессов придется встретиться с необходимостью техники безопасности нового типа.
ОРГАНИЗАЦИОННАЯ ПРОБЛЕМА
2.37. Организованный летом 1940 г. Комитет Исследований Национальной Обороны (National Defense Research Committee — NDRC) предложил многим ученым страны работать над различными важными военными проблемами. Количество ученых было ограниченное (хотя в то время это еще не было полностью осознано). Поэтому возникли значительные трудности при решении вопроса о масштабах, в которых должна вестись работа по атомной бомбе. В течение последующих четырех лет решения приходилось часто пересматривать. Обзор того, как осуществлялись эти решения, сделан в главах III и V.
Глава III. Административно-организационные мероприятия по декабрь 1941 г.
ИНТЕРЕС К ВОЕННЫМ ВОЗМОЖНОСТЯМ
3.1. Как уже было изложено в главе I, сообщения о гипотезе деления ядра и ее экспериментальном подтверждении были опубликованы в январе 1939 г. Непосредственный интерес представляла возможность использования больших количеств энергии, освобождаемой в процессе деления, для военных целей. В это время использование науки в интересах войны было настолько необычно для американских ядерных физиков, что они едва ли представляли, что от них требуется. Первые усилия в деле ограничения публикации и обеспечения поддержки правительства были предприняты маленькой группой физиков-эмигрантов, состоявшей из Э. Вигнера, Э. Теллера, В. Ф. Вейскопфа и Э. Ферми и возглавлявшейся Л. Сцилардом.
3.2. Весной 1939 г. указанная группа заручилась поддержкой Нильса Бора в попытке прекратить публикацию дальнейших данных путем добровольного соглашения. Ведущие американские и британские физики согласились с этим. Однако, Ф. Жолио, выдающийся французский ученый в области физики ядра, отказался, очевидно, в связи с опубликованием редакцией Phisical Review письма, отправленного еще до того, как к соглашению присоединились все американцы. Вследствие этого в течение почти всего следующего года продолжалась беспрепятственная публикация работ, хотя несколько статей и было задержано самими авторами.
3.3. В апреле 1940 г. на заседании физического отделения Национального Исследовательского Совета (National Research Council) Г. Брейт предложил образовать цензурный комитет для контроля статей, публикуемых во всех научных американских журналах. Хотя первоначальным мотивом этого предложения было стремление установить контроль над публикацией статей по делению урана, сформировавшийся несколько позднее Проверочный Комитет (при Национальном Исследовательском Совете) стал общим руководящим органом проведения издательской политики во всех областях, представлявших военный интерес. Председатель Комитета был Л. П. Эйзенхарт, члены: Г. Брейт, В. М. Кларк, Г. Флетчер, Э. Б. Фред, Дж. Б. Пеграм, Г. К. Юри, Л.X. Уид и Э. Г. Уивер. Были организованы различные подкомитеты, из которых первый должен был заниматься делением урана. Председатель этого комитета был Г. Врейт, члены: Дж. В. Бимс, Л.Дж. Бригс, Дж. Б. Пеграм, Г. К. Юри и Э. Вигнер. Редакторы различных журналов должны были представлять копии статей, относящихся к указанной выше области, в случае сомнений в их допустимости к печати, либо непосредственно Г. Брейту, либо через Эйзенхарта. Брейт обычно рассылал статьи всем членам подкомитета для обсуждения допустимости их к печати и информировал о результатах редакторов. Эта организация оказалась очень успешной для контроля публикаций. В измененном виде она существовала номинально и в июне 1945 года. Фактически загруженность большинства физиков страны военной работой того или иного рода скоро свела на нет количество статей, подлежащих рассмотрению Комитета. Интересно отметить, что упомянутая цензурная организация была полностью добровольной. Можно приветствовать такое содружество ученых страны. Надо надеяться, что после войны появится возможность опубликовать хотя бы часть статей по указанным вопросам, чтобы авторы их получили должное признание своих заслуг.
3.4. Получение правительственной поддержки для проведения исследовательских работ по физике ядра оказалось делом гораздо более сложным. Первый контакт с правительством был установлен Пеграмом (Колумбийский университет) в марте 1939 г. Пеграм организовал конференцию представителей Военно-морского министерства с участием Ферми. Единственным результатом этой конференции было то, что Морское министерство заинтересовалось и просило регулярной информации.
Инициатива в следующей попытке заинтересовать правительство принадлежала Сциларду и Вигнеру. В июле 1939 г. они совещались с Эйнштейном, а несколько позже Эйнштейн, Вигнер и Сцилард обсудили вопрос с Александром Саксом (Нью-Йорк). Осенью Сакс, с письменной поддержкой Эйнштейна, объяснил президенту Рузвельту желательность поощрения работ по физике ядра. Президент назначил комитет, известный под названием «Консультативного комитета по урану» (Advisory Committee on Uranium) и состоявший из директора Бюро Стандартов Бригса (председатель), полковника К. Ф. Адамсона (Управление артиллерии армии) и капитана 3-го ранга Дж. С. Гувера (Управление артиллерии военно-морского флота). Комитету было поручено изучить вопрос. Это был единственный официальный комитет по урану до образования Исследовательского Комитета Национальной Обороны в июне 1940 г. Комитет часто заседал и привлекал ученых к своей работе.
3.5. Первое заседание Уранового Комитета состоялось в октябре 1939 г. с привлечением, помимо членов, следующих лиц: Ф. Л. Молера, А. Сакса, Л. Сциларда, Э. Вигнера, Э. Теллера и Р. Б. Робертса. Результатом этого заседания был доклад от 1 ноября 1939 г., представленный Бригсом, Адамсоном и Гувером президенту Рузвельту. Доклад содержал восемь предложений, детально перечислять которые здесь нет необходимости. Следует, однако, отметить, что в докладе специально упоминаются и атомная энергия, и атомная бомба, как реальные возможности. В докладе рекомендовалась закупка для измерений поперечного сечения поглощения углерода 4 тонн графита и 50 тонн окиси урана. Остальные рекомендации были или общего порядка или никогда не были выполнены. По-видимому, записка, составленная Сцилардом, послужила основой обсуждения на этом совещании.
3.6. О первой субсидии (6000 долларов) от армии и флота для закупки материалов, в соответствии с решениями, принятыми 1 ноября, Бригс доложил генералу Э. М. Ватсону (помощник президента Рузвельта) 20 февраля 1940 г. Следующее заседание Консультативного комитета по урану состоялось 28 апреля 1940 г. в составе Сакса, Вигнера, Пеграма, Ферми, Сциларда, Бригса, адмирала Бауэна, полковника Адамсона и капитана 3-го ранга Гувера. Ко времени этого заседания возникли два новых важных фактора. Во-первых, было открыто, что деление урана, вызываемое нейтронами с тепловыми скоростями, происходит только в U-235. Во-вторых, было доложено, что немцы для исследований по урану выделили большую часть Института кайзера Вильгельма (Берлин). Несмотря на то, что лейтмотивом этого заседания было обеспечение наибольшего продвижения работ, определенных решений выработано не было. Было указано, что решающие измерения с углеродом в Колумбийском университете уже производятся и скоро дадут результаты, и было предложено воздержаться от выработки решений до получения этих результатов.
3.7. В течение последующих недель многие заинтересованные лица, в особенности Сакс, поставили вопрос о более эффективной поддержке работ и лучшей их организации. Их требования были подкреплены результатами, полученными в Колумбии (как указывается, например, в письме Сакса генералу Ватсону от 15 мая 1940 г.). Опыты в Колумбийском университете показали, что поглощающая способность углерода заметно ниже, чем предполагалось, и вероятность того, что углерод окажется удовлетворительным замедлителем, стала очень велика. Сакс интересовался также вопросами поставки руды; 1 июня 1940 г. Сакс, Бригс и Юри встретились с адмиралом Бауэном для обсуждения вопроса об установлении связи с руководством Union Mintére Бельгийского Конго. Такая связь вскоре Саксом была установлена.
3.8. 15 июня 1940 г. специальная консультативная группа, со- званная Бригсом в Национальном Бюро Стандартов, обсудила общее состояние проблемы. На заседании присутствовали: Бригс, Юри, М. А. Тьюв, Вигнер, Врейт, Ферми, Сцилард и Пеграм.
«После детального обсуждения группой было вынесено пожелание Урановому комитету изыскать фонды для поддержки исследовательских работ по урано-углеродной системе. Работы должны были вестись по двум линиям:
А. Дальнейшие измерения ядерных констант, имеющих значение для предложенного типа реакции.
В. Эксперименты с количествами урана и углерода, составляющими 1/5—1/4 от количества, считающегося минимальным для осуществления самоподдерживающейся цепной реакции.
Было установлено, что для дальнейших измерений основных констант необходимо около 40 000 долларов и что для промежуточных экспериментов потребуется около 100 000 долларов на приобретение металлического урана и чистого графита».
3.9. Не успели указанные выше решения начать претворяться в жизнь, как был организован в июне 1940 г. Исследовательский Комитет Национальной Обороны (National Defense Reseach Committee). Президент Рузвельт дал указание о преобразовании Уранового Комитета в подкомитет Исследовательского Комитета Национальной Обороны (НДРК, председатель — Ванневар Буш). Реорганизованный Урановый Комитет имел следующий состав: Бригс (председатель), Пеграм, Юри, Бимс, Тьюв, Р. Гэн и Брейт. С одобрения Бригса, Брейт часто консультировался у Вигнера и Теллера, хотя они не были членами Комитета. С этого времени до лета 1941 г. комитет продолжал работать примерно с постоянным составом членов. Его пожелания передавались Бригсом в НДРК, и НДРК заключал соответствующие контракты с различными научно-исследовательскими институтами. Первые фонды, однако, поступили не от НДРК, а от армии и флота.
3.10. Первый контракт был заключен с Колумбийским университетом на проведение работ по двум линиям, рекомендованным на заседании 15 июня, как указывалось выше. Проект ведения работ был утвержден Исследовательским Комитетом, и подписание контракта (NDCrc-32) состоялось 8 ноября 1940 года на срок с 1 ноября 1940 г. по 1 ноября 1941 г. Стоимость контракта составляла 40 000 долларов.
3.11. До вступления контракта в силу были сделаны очень незначительные затраты. На графит и кадмий было израсходовано, например, около 3200 долларов из суммы 6000 долларов, отпущенной армией и флотом в феврале 1940 г.
3.12. Мы не будем детально перечислять другие контракты, заключенные до декабря 1941 г. Их количество и объем постепенно росли. Юри начал работать над разделением изотопов методом центрифугирования по контракту с флотом осенью 1940 г. Контракты были заключены с Колумбийским университетом, Принстонским университетом, фирмой Стандарт Ойл, Корнельским университетом, Институтом Карнеги в Вашингтоне, Миннезотским университетом, Колледжем штата Айова, Университетом Дж. Гопкинса, Национальным бюро стандартов, Виргинским университетом, Чикагским и Калифорнийским университетами. В течение зимы и весны 1940-41 г.г. и до ноября 1941 г. общее количество утвержденных контрактов составляло 16 на сумму 300 000 долларов.
3.13. Масштаб затрат является до некоторой степени показателем работы. Поэтому не лишено интереса сравнение цифр затрат с таковыми же в других областях военных исследований. К ноябрю 1941 г. общий, утвержденный Исследовательским Комитетом Национальной Обороны, бюджет для лаборатории излучения при Массачузетском технологическом институте составлял несколько миллионов долларов. Даже на такую сравнительно небольшую программу, как программа секции S отделения А Исследовательского Комитета, было израсходовано или было разрешено израсходовать 136 000 долларов на работы, которые являлись ценными, но которые не могли итти ни в какое сравнение с важностью работ по урану.
3.14. Урановый Комитет в том виде, как он был образован летом 1940 года, оставался без существенных изменений до лета 1941 года, когда комитет был несколько расширен; в это время были созданы подкомитеты по разделению изотопов, по теоретическим вопросам, по вопросам производства энергии и тяжелой воды.
(Секция урана: Бригс — председатель, Пеграм — заместитель председателя, Алисон, Бимс, Брейт, Смит, Юри.
Подсекция разделения изотопов: Юри — председатель, Бимс.
Подсекция производства энергии: Пеграм — председатель, Алисон, Ферми, Смит, Сцилард.
Подсекция тяжелой воды: Юри — председатель, Чилтон.
Подсекция теоретических вопросов: Ферми — председатель, Брейт, Экарт, Смит, Сцилард, Уилер.)
С этого времени Комитет стал называться Урановой секцией или Секцией S-1 НДРК (Исследовательского Комитета Национальной Обороны). Хотя формально реорганизованный Комитет не был расформирован до лета 1942 года, он был значительно преобразован в декабре 1941 года (см. главу V).
3.15. Весной 1941 года Бригc, понимая необходимость в объективном обзоре проблемы, обратился к Бушу с просьбой об учреждении Обзорного комитета. Тогда Буш, в официальном письме к Ф. Б. Джюитту, президенту Национальной Академии Наук, просил назначить такой комитет. Джюитт согласился, назначив комитет в следующем составе: А.X. Комптон — председатель; В. Д. Кулидж, Э. О. Лоуренс, Дж. К. Слэйтер, Дж. Г. Ван-Флек и Б. Герарди (из-за болезни Герарди работать не смог). Этот комитет должен был оценить военное значение проблемы урана и рекомендовать размеры затрат, необходимых для ее исследования.
3.16. В мае Обзорный комитет собрался и составил для Буша доклад. (Этот и последующие доклады будут резюмированы в следующей главе). На основе этого доклада и устного выступления Бригса на заседании НДРК, последним, на заседании 18 июля 1941 года, было утверждено ассигнование в 267 000 долларов и указано на возможность того, что потребуются более значительные расходы. Буш потребовал представления второго доклада, в котором было бы обращено особенное внимание на технические вопросы. Для того, чтобы удовлетворить этому требованию, в комитет были введены О. Э. Бэкли (телефонные лаборатории Бэлла) и Л. У. Чэб (Westinghouse Electrical and Manufacturing Co.) (Комптон был летом в Южной Америке и в летних заседаниях комитета не участвовал). Второй доклад был представлен Кулиджем. В результате новых измерений поперечного сечения деления U-235 и возросшей уверенности в том, что разделение изотопов возможно, Комптон и Лоуренс в сентябре 1941 г. указали члену НДРК Дж. Б. Конанту, тесно сотрудничавшему с Бушем, на целесообразность представления третьего доклада. Так как Буш и Конант узнали летом 1941 года о том, что англичане также смотрели на дело со все возрастающим оптимизмом, комитету было предложено снова изучить весь вопрос в целом. Для этого комитет был значительно расширен введением в его состав В. К. Льюиса, Р. Мэлликена и Г. Б. Кистяковского. Этот третий доклад был представлен Комптоном 6 ноября 1941 года.
3.17. Начиная с 1940 года существовал обмен материалами с англичанами. Летом 1941 г. англичане дали обзор своей работы за период с апреля до июля. Они также интересовались возможностью применения плутония: в письме Дж. Д. Кокрофта к Р. Г. Фаулеру от 28 декабря 1940 г. указывается на целесообразность изучения плутония. Фаулер, который в то время был английским уполномоченным в Вашингтоне по научным связям обеих стран, передал письмо Кокрофта Лоуренсу. Англичане никогда не развивали дальше возможности применения плутония, так как понимали, что свои ограниченные людские резервы они должны концентрировать на U-235. Чэдвик, по крайней мере, был убежден в том, что бомбу с U-235, обладающую большой разрушительной силой, изготовить можно, и вся группа английских ученых считала, что выделение U-235 путем диффузии, вероятно, осуществимо.
3.18. Сообщения о точке зрения англичан, включая и первый набросок английского доклада, содержащего обзор вопроса, стали неофициально известны Бушу и Конанту в течение лета 1941 г.; официальный же английский доклад от 15 июля был впервые передан Конанту Дж. П. Томсоном 3 октября. Но так как Национальная Академия Наук не имела в своем распоряжении английского обзора, то в ее докладах и в докладах англичан давались совершенно независимые оценки перспектив производства атомных бомб.
3.19. Наряду с официальными и полуофициальными совещаниями, состоялось много неофициальных обсуждений, из которые одно было связано с приездом из Англии в США летом 1941 года М. Л. Э. Олифанта. В качестве примера такого неофициального обсуждения можно упомянуть беседы между Конантом, Комптоном и Лоуренсом, имевшие место в сентябре 1941 года во время празднования пятидесятилетия Чикагского университета. Все были убеждены в необходимости ускорить осуществление программы, и эта мысль в разных вариантах сообщалась рядом лиц Бушу.
3.20. Осенью 1941 года Юри и Пеграм были командированы в Англию для того, чтобы из первоисточника узнать, как там обстояло дело. Это был первый случай, когда кто-либо из американцев был в Англии специально в связи с проблемами урана. Доклад, представленный Юри и Пеграмом, подтверждал и расширял сведения, полученные раньше.
3.21. В результате докладов, которые были представлены Комитетом Национальной Академии Наук. британскими учеными и Юри и Пеграмом, а также по настоянию ряда физиков. Буш, как начальник Управления Научно-Исследовательских работ (ОСРД) (Office of Scientific Research and Development), в которое НДРК входит, как часть, решил, что работу по вопросам урана необходимо продвинуть вперед более энергично.
3.22. Прежде чем был составлен третий доклад Национальной Академии Наук и до того, как Пеграм и Юри посетили Англию, Буш передал все вопросы, связанные с ураном, на рассмотрение президенту Рузвельту и вице-президенту Уоллесу. Буш кратко изложил им сущность английской точки зрения, которая в общем была оптимистичной, и отметил ненадежность предсказаний. Президент согласился, что необходимо расширить программу работ, обеспечить иную организацию, изыскать средства из специального источника и осуществить обмен подробной информацией с англичанами. Было принято решение поручить обсуждение вопросов общей политики следующей группе: президент, вице-президент, военный министр, начальник генерального штаба, Буш и Конант. Эта группа часто упоминалась под названием Высшей Политической Группы (Top Policy Group).
3.23. Ко времени представления Национальной Академией третьего доклада и возвращения Юри и Пеграма из Англии начал вырисовываться общий план реорганизации. Как указывал Буш в письме к президенту Рузвельту от 27 ноября 1941 г., доклад Академии был сдержаннее, чем доклад англичан. Тем не менее, он был достаточно оптимистичен, чтобы поддержать план расширения работ. Предложенная реорганизация обсуждалась на собрании секции урана непосредственно перед нападением на Пирл Харбор, и описана в главе V.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ГЛАВЫ
3.24. На возможное военное значение деления урана уже через несколько недель после открытия явления, в марте 1939 г., было обращено внимание правительства. Осенью 1939 г. был создан первый правительственный комитет по урану. Весной 1940 г. был создан аппарат для ограничения публикации статей, имеющих значение в данной области. Когда в июне 1940 г. был учрежден НДРК, Урановый комитет был преобразован и передан НДРК. Однако, вплоть до осени 1941 г. общие затраты были сравнительно малы. В декабре 1941 г., после представления доклада Национальной Академией Наук и получения информации от англичан, было принято решение об изменении и расширении программы.
Глава IV. Развёртывание работ по декабрь 1941 г.
НЕОТЛОЖНЫЕ ВОПРОСЫ
4.1. В главе II были изложены общие проблемы, связанные с получением цепной реакции и применением ее для военных нужд. В начале лета 1940 года наибольшую важность приобрели следующие вопросы:
(1) Возможно ли найти такие условия, при которых происходила бы цепная реакция?(2) Можно ли добиться выделения изотопа U-235 в промышленном масштабе?(3) Можно ли получить замедлитель и другие материалы достаточной чистоты и в нужном количестве?
Эти три вопроса, как видно из дальнейшего, предопределили ход работ за последующие восемнадцать месяцев, хотя и было много других второстепенных задач.
ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ
4.2. В июне 1940 г. почти вся работа по вопросам цепной реакции была сосредоточена в Колумбии под общим руководством Пеграма и при ближайшем участии Ферми и Сциларда. Было установлено, что самыми благоприятными условиями для цепной реакции являются, вероятно, те, в которых деление происходит в неоднородной смеси графита и урана под действием тепловых нейтронов. Весной 1940 года Ферми, Сцилард и Г.Л. Андерсон повысили точность измерения поперечного сечения захвата нейтронов углеродом, резонансного поглощения нейтронов (промежуточных скоростей) изотопом U-238 и более детально изучили замедление нейтронов в углероде.
4.3. Пеграм, в записке Бригсу от 14 августа 1940 года писал: «Не очень легко измерять эти величины с большой точностью, не применяя больших количеств веществ. Результаты этих опытов весною 1940 года свидетельствовали о том, что возможность цепной реакции с достоверностью не доказана, хотя еще меньше можно считать ее полностью опровергнутой. В целом полученный указания были более благоприятны, чем выводы, сделанные из предыдущих результатов.»
4.4. На собрании 15 июня (см. главу III) были обсуждены эти результаты и было рекомендовано, чтобы: (А) были проведены дальнейшие измерения ядерных постоянных и (В) были произведены опыты над решетками из урана и углерода, содержащими уран в количествах 1/3-1/4 вычисленных критических количеств.
4.5. Доклад Пеграма от 15 февраля 1941 г. показывает, что большая часть работ, выполненных к этому времени, относилась к пункту (А), тогда как работы по пункту (В) — так называемому промежуточному эксперименту — задерживались из-за недостатка материалов.
4.6. Перефразируя доклад Пеграма, можно представить главные результаты в следующем виде:
(а)
Математический анализ экспериментальных данных, основанный на теории диффузии, позволил предсказать результаты, ожидаемые в других расположениях. Эти результаты в сочетании с теоретическим изучением диффузии тепловых нейтронов послужили основой для расчета числа тепловых и резонансных нейтронов, обнаруживаемых в какой-нибудь точке в массе графита заданной формы, если источник нейтронов помещается в определенном положении внутри графита или вблизи него.
Поделиться книгой: