История науки: поленница для мирного атома

Как во благо науки был использован пустующий стадион, из чего сложили «Чикагскую поленницу» и как это привело к бомбардировке Японии, в ежедневной рубрике «История науки» рассказывает Indicator.Ru.

1939 год. Итальянский физик Энрико Ферми прибывает со своей семьей в США. На тот момент это уже состоявшийся ученый: у него за спиной преподавание в нескольких университетах, стажировки у известных физиков, собственные исследования в области ядерной физики, за которые он получил Нобелевскую премию. Италия конца 1930-х годов была не лучшим местом для проживания евреев (в том числе жены Ферми), и он воспользовался вручением премии как шансом эмигрировать и вывезти из Италии свою семью.

В Америке Ферми получил предложения от нескольких университетов и выбрал Колумбийский, где и продолжил свою работу. В конце 1938 года из Старого света пришла новость о том, что два немецких ученых, Отто Ган и Фриц Штрассман, открыли реакцию деления атомного ядра. Американские ученые заинтересовались этими экспериментами и особенно той энергией, которая выделяется в ходе реакции. Уже в январе 1939 года группа ученых, в числе которых был и Ферми, провела первую такую реакцию в США.

Деление ядра атома проводили путем облучения тяжелых элементов нейтронами. Ученые знали, что цепная реакция возможна, если при делении выделяется больше нейтронов, чем поглощается. Такая реакция протекает с выделением большого количества энергии. Вот поиском способа провести самоподдерживающуюся цепную реакцию и занялись Ферми и его коллеги. Через пару лет они смогли перейти от теоретической проработки к экспериментам.

Однако для этого нужно было построить ядерный реактор. «Чикагскую поленницу», как прозвали реактор за его внешний вид, создали под трибунами пустующего на тот момент стадиона Stagg Field. Реактор действительно напоминал поленницу (лучше не скажешь) из брикетов прессованного оксида урана и графитовых блоков. По мере сооружения реактора ученые проводили измерения и отслеживали, насколько близко они подошли к критической массе, необходимой для начала реакции. Она была достигнута 1 декабря. В итоге реактор содержал 5,4 тонны металлического урана, 45 тонн оксида урана и 360 тонн графита. Высота «поленницы» составила около шести метров.

На следующий день в присутствии 49 ученых начались эксперименты. Ход реакции определялся положением графитовых стержней, поглощающих нейтроны и, следовательно, замедляющих реакцию. Через 28 минут после начала эксперимент был прерван сигналом тревоги, означающим, что были превышены безопасные показатели скорости реакции. Однако даже получаса было достаточно, чтобы доказать: контролируемая цепная ядерная реакция возможна.

Еще в начале 1939 года Ферми рассказывал о возможности использовать энергию ядерной реакции в военных целях. Позднее его привлекли к работе над Манхэттенским проектом, в котором принимали участие и многие немецкие физики, так же, как и Ферми, бежавшие в Америку. Результатом работы проекта стало испытание ядерного оружия (на полигоне Аламогордо) и применение его в войне против Японии — бомбардировка Хиросимы и Нагасаки.

За работу в области контролируемых и в большей степени неконтролируемых ядерных реакций Ферми прозвали одним из «отцов атомной бомбы».