Шрифт:
Закладка:
Другая трудность была связана с использованием в качестве замедлителя воды. Как группа Ферми установила в Риме в 1934 году, водород более эффективно замедляет нейтроны, чем любой другой элемент, а медленные нейтроны избегают паразитного резонанса захвата 238U. Но сам водород также поглощает некоторые из медленных нейтронов, что еще более уменьшает число нейтронов, способных вызвать деление урана. К тому времени уже было ясно, что для запуска цепной реакции в природном уране необходимо бережно хранить все до единого возможные вторичные нейтроны. Георг Плачек, приехавший в гости из Корнелла, в котором он теперь обосновался, осмотрел установку и проницательно предрешил ее будущее. Вот как рассказывает об этом Сцилард:
Мы были склонны считать, что… водно-урановая система будет способна поддерживать цепную реакцию… Плачек сказал, что этот вывод ошибочен, потому что для получения цепной реакции нам пришлось бы устранить поглощение [нейтронов] водой; то есть нужно было бы уменьшить количество воды в системе, а уменьшив количество воды в системе, мы увеличили бы паразитическое поглощение [нейтронов] ураном [так как в отсутствие воды уменьшилось бы число замедленных нейтронов]. Он посоветовал нам отказаться от водно-урановой системы и использовать для замедления нейтронов гелий. Ферми это показалось забавным, и после этого Ферми неизменно называл гелий «плачековым гелием»[1325].
В июне группа из Колумбийского университета написала отчет о своем эксперименте отправила получившуюся статью под названием «Образование и поглощение нейтронов в уране»[1326] в Physical Review, в котором она была получена 3 июля. Ферми уехал в Анн-Арбор на летнюю школу по теоретической физике и, по словам Андерсона, отвлекся «на интересную задачу из области космических лучей»[1327]. Либо Ферми не был согласен со Сцилардом относительно срочности исследований цепной реакции, либо он хотел забыть, хотя бы на время, о безразличии флота и убедительной критике его уран-водной системы, которую высказал Плачек; вероятно, сыграли свою роль оба этих фактора. Андерсон занялся тем временем исследованием резонансного поглощения в уране, которое впоследствии стало темой его диссертации.
Сцилард остался в жарком и влажном городе: «Я остался в Нью-Йорке в одиночестве. У меня по-прежнему не было должности в Колумбийском университете; мой трехмесячный период [доступа к работе в лаборатории] закончился, но никаких экспериментов все равно не проводилось, и мне оставалось только думать»[1328].
Сначала Сцилард думал о возможностях замены воды другими веществами. Ближайшим в периодической системе распространенным материалом, который мог подойти – то есть имел сечение захвата значительно меньшее, чем у водорода, был дешевым и стабильным, термически и химически, – был углерод. Неорганический углерод, химически идентичный алмазу, но имеющий другую кристаллическую структуру, – это графит, черный, маслянистый, непрозрачный, блестящий материал, из которого по большей части состоят карандашные грифели. Хотя углерод замедляет нейтроны гораздо слабее, чем водород, в тщательно продуманной конструкции можно было выгодно использовать даже это различие.
Льюис Штраус уезжал в Европу на неделе, начавшейся после 2 июля. Надеясь, что финансист сможет добиться поддержки исследований урана от бельгийской компании Union Minière, Сцилард в последний момент послал Штраусу письмо, в котором утверждал, что цепная реакция в уране «станет возможна в ближайшем будущем»[1329], но предпочел не упоминать о своей новой уран-графитовой концепции. По-видимому, он хотел сначала обсудить ее с Ферми; в тот же день, 3 июля, он подробно написал о ней итальянскому лауреату. «Сейчас мне кажется, – писал он, – что углерод с высокой вероятностью может оказаться хорошей заменой водороду, и я испытываю сильное искушение сделать ставку на эту вероятность». Он хотел попробовать провести «крупномасштабный эксперимент со смесью углерода и оксида урана», как только можно будет накопить достаточное количество материалов. Тем временем он собирался организовать эксперимент меньших размеров для более точного измерения сечения захвата углерода, для которого на тот момент был известен только верхний предел значений. Если бы углерод оказался материалом неподходящим, «следующим перспективным кандидатом могла бы стать тяжелая вода», обогащенная дейтерием, хотя потребовалось бы «несколько тонн» этой редкой и дорогой жидкости. Дейтерий, 2H, имеет гораздо меньшее сечение захвата нейтронов, чем обычный водород.
В дни, близкие к сто шестьдесят третьей годовщине Декларации независимости[1330], идеи Сциларда развивались стремительно. 5 июня он посетил National Carbon Company of New York[1331], чтобы разузнать о возможности покупки блоков высокоочищенного графита (так как инородные вкрапления, например бора с его большим сечением захвата, вызвали бы поглощение слишком большого количества нейтронов). В тот же день он написал Ферми о том, что ему удалось узнать: «По-видимому, достаточно чистый углерод можно приобрести по разумной цене»[1332]. Он также упомянул о послойном расположении урана и углерода.
В конце недели Ферми написал в Анн-Арборе ответ на первое сообщение Сциларда. Он независимо пришел к сходному плану:
Благодарю Вас за Ваше письмо. Я тоже рассматривал возможность использования углерода для замедления нейтронов… По моим оценкам, в возможной конфигурации должно содержаться около 39 000 кг углерода в смеси с 600 кг урана. Если это действительно так, количество нужных материалов, наверное, не будет слишком большим.
Однако, поскольку количество урана, которое можно использовать, особенно в однородной смеси, чрезвычайно мало… возможно, применение толстых слоев углерода, разделенных слоями урана, позволило бы использовать несколько большую долю урана[1333].
Идея послойного расположения урана и графита или разделения их каким-либо другим образом, родилась из расчетов, которые Ферми выполнил в июне для эксперимента в резервуаре с водным раствором марганца. Расчеты Ферми навели обоих на мысль о том, что и в новой конструкции, которую они разрабатывали независимо друг от друга, нужно перемежать оксид урана с графитом. Такое перемежение дало бы вторичным нейтронам достаточно места для замедления, вызванного столкновениями с замедляющим веществом, до встречи с ядром 238U. В следующем своем письме, 8 июля, Сцилард отмечает, что «углерод и оксид урана следует не смешивать, а размещать послойно или, во всяком
