II
II
Радиоактивность открывала новые возможности для изучения строения атома. После открытия Резерфордом и Содди радиоактивного распада стало очевидным, что атом не является неделимым. В 1911 г. Резерфорд выдвинул идею, что у атома имеется ядро, в котором сосредоточена его основная масса. Восемью годами позднее ему удалось за счет бомбардировки ядер азота альфа-частицами превратить их в ядра кислорода. Впервые было осуществлено искусственное превращение ядер и тем самым начат новый этап исследования атомной структуры — путем бомбардировки ядер частицами.
До 1917 г. русские физики не проводили серьезных исследований в области радиоактивности{134}. В декабре 1919 г. Д.С. Рождественский, директор только что созданного Государственного оптического института, выступил с сообщением о работе, выполненной им в области изучения сложных атомов методом спектрального анализа. Это была первая выдающаяся российская работа в области строения атомов, и в Петрограде тяжелых военных лет она вызвала воодушевление{135}.[31] Рождественский попросил у Луначарского разрешения отправить Эренфесту и Лоренцу в Лейден радиограмму о выполненной им работе. К своему большому огорчению, позже он узнал, что такие исследования уже были проведены западными физиками{136}. За докладом Рождественского последовало создание комиссии по изучению теоретических проблем строения атомов, но ничего более значительного это за собой не повлекло{137}.[32]
Интерес к ядерной физике резко усилился в Советском Союзе после annus mirablis[33], 1932 г. В этом году было сделано несколько важных открытий. Джеймс Чедвик в Кавендишской лаборатории открыл нейтрон. Джон Кокрофт и Е.Т. С. Уолтон, тоже сотрудники Кавендишской лаборатории, расщепили ядро лития на две альфа-частицы{138}. Определенное отношение к проведению этого эксперимента имел Георгий Гамов, входивший в штат сотрудников Радиевого института. В 1928 г. он развил на основе новой квантовой механики теорию альфа-распада. Из нее следовало, что частицы со сравнительно небольшой энергией могут за счет туннельного эффекта проникнуть сквозь кулоновский барьер, окружающий ядро, а потому имеет смысл построить установку, которая могла бы разогнать частицы до нескольких сотен тысяч электрон-вольт (кэВ), не дожидаясь того времени, когда их энергии могут достигнуть величины в десятки миллионов электрон-вольт (МэВ). Кокрофт и Уолтон приняли это предложение[34] и построили аппарат, способный ускорять протоны до энергии в 500 кэВ, которые они и использовали для расщепления ядра лития. В том же году Эрнест Лоренс в Беркли использовал новое устройство, которое он изобрел, — циклотрон — для ускорения протонов до энергии в 1,2 Мэ В.В. Калифорнийском технологическом институте Карл Андерсон идентифицировал положительный электрон, или позитрон. Гарольд Юри из Колумбийского университета открыл изотоп водорода с атомной массой 2 — дейтерий.
Советские ученые с большим энтузиазмом встретили известие об открытиях, сделанных в 1932 г. Они внимательно следили за тем, что делалось на Западе, и быстро откликались на эти новые достижения. Дмитрий Иваненко, теоретик из института Иоффе, выдвинул новую модель атомного ядра, включив в нее нейтроны{139}. В Украинском физико-техническом институте группа физиков повторила опыт Кокрофта и Уолтона еще до конца 1932 г. В том же году в Радиевом институте решили построить циклотрон, а Вернадский, хотя и безуспешно, пытался заручиться поддержкой для кардинального расширения института{140}. В декабре 1932 г. Иоффе в своем институте создал группу ядерной физики и в следующем году получил от народного комиссара тяжелой промышленности Серго Орджоникидзе 100 000 рублей на новое оборудование, необходимое для ядерных исследований{141}.
Иоффе решил созвать Всесоюзную конференцию по атомному ядру, чтобы завязать более тесные связи между различными научными центрами Советского Союза, работающими в области ядерной физики{142}. На эту конференцию, собравшуюся в сентябре 1933 г., он пригласил несколько иностранных физиков. Среди докладчиков были Фредерик Жолио-Кюри, Поль Дирак, Франко Расетти (сотрудник Энрико Ферми) и Виктор Вайскопф, в то время ассистент Вольфганга Паули в Цюрихе. Эта конференция сделала очень много для стимулирования советских ядерных исследований. Среди молодых физиков, принимавших участие в ее работе, было несколько человек, которые позднее сыграли ведущую роль в атомном проекте: Игорь Тамм, Юлий Харитон, Лев Арцимович и Александр Лейпунский{143}.
Иоффе не принуждал своих молодых коллег перейти к работе в области ядерной физики, но он поддержал их, когда они приняли такое решение. До 1932 г. только одна работа, выполненная в институте, могла бы быть отнесена к области ядерной физики. Это было исследование космических лучей, которое проводил Дмитрий Скобельцын. А к началу 1934 г. в отделе ядерной физики института было уже четыре лаборатории, в которых работало около 30 сотрудников. Ядерная физика стала второй по важности после физики полупроводников областью исследований{144}. По мнению Хари-тона, который был студентом Иоффе и в рассматриваемое время работал в руководимом Семеновым Институте химической физики, поддержка работ в области ядерной физики была смелым поступком со стороны Иоффе, «потому что в начале 30-х годов все считали, что ядерная физика — это предмет, совершенно не имеющий никакого отношения к практике и технике….Занятие же таким далеким, как казалось, от техники и практики делом было очень нелегким и могло грозить разными неприятностями»{145}.
Всем было известно, что внутри ядра заключено огромное количество энергии, но никто не знал, каким образом эта энергия может быть освобождена (если такая возможность вообще существует) и использована. В 1930 г. Иоффе писал, что использование ядерной энергии могло бы привести к решению проблемы энергетического кризиса, перед лицом которого человечество может оказаться через две или три сотни лет, но он не мог утверждать, что практические результаты будут достигнуты в течение ближайшего или даже более отдаленного времени{146}.[35] «…В те годы еще и мыслей не могло быть о ядерном оружии или ядерной энергетике, — писал Анатолий Александров, который в это время работал в институте Иоффе, — но в физике ядра открылись новые крупные проблемы и интересные задачи для исследователей»{147}.[36]
В 1936 г. на мартовской сессии Академии наук Мысовский утверждал, что, хотя радиоактивные элементы и находят практическое применение в медицине, биологии и промышленности, можно считать, что высказанные ранее идеи о том, что ядерные реакции могут явиться мощным источником энергии, оказались ошибочными{148}. Игорь Тамм не был согласен с этим. Очевидно, сказал он, что внутри ядра скрыт совершенно неисчерпаемый запас энергии, которой рано или поздно овладеют. «…Я не вижу никаких оснований, — добавил он, — сомневаться в том, что рано или поздно проблема использования ядерной энергии будет решена», но пока что нельзя задаться разумными вопросами о том, каким образом окажется возможным овладеть этой энергией, поскольку проблемы физики ядра еще как следует не поняты. Тем не менее он с оптимизмом относился к возможностям атомной энергии, но утверждал, — всего лишь за девять лет до Хиросимы — что «действительно наивна мысль о том, что использование ядерной энергии является вопросом пяти или десяти лет»{149}.[37]