Собрание разностей (cpp2010) wrote,
Собрание разностей
cpp2010

Categories:

Во все тяжкие. История немецкого ядерного проекта...

Оригинал взят у mymaster в Во все тяжкие. История немецкого ядерного проекта...
Вы смотрели сериал "Во все тяжкие" (Breaking Bad)? Если нет - то я вам завидую, потому что у вас есть возможность просто взять и насладиться этим зрелищем. Я вот его уже смотрел, так что могу теперь только пересматривать - а это уже не совсем то. Кстати, этот сериал Стивен Кинг назвал лучшим сценарием на ТВ. Но спойлерить я не буду... почти.

Да и вообще не об этом. Я о псевдониме, который взял себе главный герой - Волтер Вайт. Он назвался "Хайзенберг". Причем имеется ввиду, естественно, Гейзенберг. И это очень любопытный факт, которым автор сценария подкидывал очередной слой смысла. Дело в том, что в истории физики Вернер Гейзенберг личность очень неоднозначная... один из создателей квантовой теории, нобелевский лауреат... но самый волнующий эпизод в его биографии - это все таки руководство немецким проектом создания атомной бомбы :)

У нас как-то не обсуждают обычно вопрос немецкого ядерного оружия... и вообще какого-либо ядерного оружия эпохи второй мировой войны, кроме американского и советского. А между тем первый ядерный проект начала именно фашистская Германия, причем это непосредственным образом послужило причиной начала работ и в США, и в СССР. Собственный проект разработки атомного оружия имела и Япония. Так что я буквально пару слов о них скажу, для тех, кто об этом деле не слышал...

Вообще история именно ядерной физики в начале прошлого века, это что-то с чем-то. Такого количества колоритных личностей, отношений, шпионажа, войны, любви, приключений... ну не знаю сколько еще не будет :) К сожалению я описать все эти истории не смогу, потому что не вышел талантом для этого. Просто скажу, что в Англии работал Эрнест Резерфорд, и мы можем звать его просто "папа". Потому что он разработал первый кирпичик нового мира - планетарную модель атома. Но, и тут уже очень сложно сказать что важнее, папой его можно называть не только по этому. Из его учеников 12 человек (!) стали лауреатами Нобелевских премий по физике и химии. Причем среди его учеников мы выделим, пожалуй что двух - Петра Капицу и Нильса Бора. Первого в 1921 году к нему послал учиться Йоффе (Для чего пришлось хлопотать о выделении денег советским правительством. Вдумайтесь - советское правительство в 1921 году, во время гражданской войны, по ходатайству Йоффе, поддержанному Максимом Горьким, отправило Петра Капицу учиться в Англию).

Второй - Нильс Бор - получил стипендию на обучение за границей, и ехал учиться к другому великому англичанину - Дж.Дж. Томсону... но не сложилось. Нильс Бор - датчанин - и когда он приехал к Томсону, и практически сходу нашел ошибку в его вычислениях, то его подвел его английский... Не вышло у него предельно вежливо и деликатно объясниться с мэтром, и учитель обиделся на молодого невежливого ученика. Пришлось Богу искать нового учителя, которого он и нашел в лице Резерфорда, с которым успел познакомиться годом раньше.

Так вот конкурировать с английской физикой в ту пору могла только немецкая физика :) Физика во всем этом деле в некотором смысле фон... Вот например Отто Ган - немецкий химик, именно он вместе с Фрицем Штрассманом откроет в 1938 году деление ядер урана при бомбардировке медленными нейтронами... В 1907 году он работал с Лизой Мейтнер, еврейкой австрийского происхождения, учившейся в школе еще одного великого гуру Макса Планка. Кстати, Лиза - она классная :) Я вам ее покажу.

Для Лизы Мейтнер работа проходила вначале в трудных условиях: она вынуждена была поместить свою установку в столярной мастерской в подвале здания химического института университета, так как директор института, знаменитый химик Эмиль Фишер, не нашёл возможным разрешить женщине работать в его институте. :) Однако важные результаты, полученные благодаря совместной работе химика Отто Гана и физика Лизы Мейтнер, быстро обеспечили им такой авторитет, что, когда в 1912 году был организован так называемый Химический институт имени кайзера Вильгельма, в нём был создан для них специальный отдел, носивший название "Отдел Гана — Мейтнер". Так вот Лиза Мейтнер - в 1926 году она стала профессором физики в Берлинском университете и первой женщиной в Германии достигшей таких высот в науке. Из-за этого произошел забавный курьез: название ее диссертации "Проблемы космической физики" какому-то журналисту показалось немыслимым, и в газете было напечатано: "Проблемы косметической физики". С Ганом она проработала 30 лет (!) и они были очень большими друзьями, которых заставила расстаться война.

Но это потом. А в 1932 году Чедвик открыл нейтрон. Дело в том, что в Германии Вальтер Боте обнаружил, что при попадании выскокоэнергетичных альфа-частиц, испускаемых Полонием-210 (его как мы знаем открыли супруги Пьер и Мария Кюри, а назван он в честь родины Марии Склодовской-Кюри - Польши) на литий, появляется какое-то излучение с большой проникающей способностью. Тогда все думали что это гамма-излучение. Но супруги Ирен и Фредерик Жолио-Кюри (Ирен дочь Марии и Пьера), показали что когда излучение попадает на парафин или что-нибудь еще богатое водородом, то оно начинает выбивать оттуда протоны. Тогда и появилась мысль, что есть какая-то частица которая весит также как протон, но не имеет заряда. Ну а Гейзенберг (тот самый с которого мы начали) высказал в том же году мысль, что, видимо, ядра состоят из протонов и нейтронов. Тут то и появилось у всех огромное желание бомбардировать нейтронами разные элементы, чтобы попробовать получить что-то новое - трансурановое. Все думали что занимаются получением новой нобелевской премии :))) Но как показала практика в будущем именно из-за этого трансуранового соревнования появится атомная бомба.

В соревновании участвовали Эрнест Резерфорд из Англии, Ирен Жолио-Кюри из Франции, Энрико Ферми из Италии, и Лиза Мейтнер вместе с Отто Ганом из Германии. Стоп... я же ничего не рассказал о Ферми... а ведь именно он сделал предположение и экспериментально показал, что медленные нейтроны (не имея заряда!) отлично захватываются ядрами, что позволяет генерировать новые химические элементы. Так.. вы наверное уже запутались, кто там кто. Так что вот фото с Сольвеевского конгресса 1933 года, по теме атомного ядра.


Сидят (слева направо): Эрвин Шрёдингер, Ирен Жолио-Кюри, Нильс Бор, Абрам Фёдорович Иоффе, Мария Кюри, Поль Ланжевен, Оуэн Ричардсон, Эрнест Резерфорд, Теофил де Донде, Морис де Бройль, Луи де Бройль, Лиза Мейтнер, Джеймс Чедвик. Стоят (слева направо): Эмиль Анрио, Франсис Перрен, Фредерик Жолио-Кюри, Вернер Гейзенберг, Хендрик Антони Крамерс, Эрнст Штаэль, Энрико Ферми, Эрнест Уолтон, Поль Дирак, Петер Дебай, Невилл Франсис Мотт, Брас Кабрера, Георгий Антонович Гамов, Вальтер Боте, Патрик Мейнард Стюарт Блэкетт, М.С. Розенблюм, Жак Эррера, Эдмонд Бауэр, Вольфганг Паули, Жюль Эмиль Вершафельт, Макс Козинс, Эдуард Герцен, Джон Кокрофт, Чарльз Эллис, Рудольф Пайерлс, Огюст Пикар, Эрнест Лоуренс, Леон Розенфельд. На фотографии нет участников конференции Альберта Эйнштейна и Чарльза Гуи.

Я тех о ком говорил выделил жирным... Так вот... вот в таком составе собраться удалось в 1933 году... а дальше все пошло очень сложно. Работы по новым элементам по имя нобелевской премии закончились в 1938 году, после аншлюсса. Мейтнер, еврейке - пришлось покинуть Германию и отправиться в Швецию. Из-за еврейского происхождения у неё не было действительного паспорта, и её чуть было не задержали на границе. Благодаря счастливой случайности Мейтнер сумела пересечь границу с Голландией. Ферми, итальянец, но женат на еврейке... в 1939 году он выезжает в Стокгольм для получения нобелевской премии... и не возвращается в фашистскую Италию, уехав с семьей в США.

Отто Ган и его жена Эдит всегда были противниками фашизма. Они своим решительным поведением спасли многих сотрудников института, находившихся в опасности или подвергавшихся преследованию, от призыва на фронт или даже от депортации. Уже в начале 1934 года Ган из протеста против увольнения еврейских коллег, в особенности Лизы Мейтнер, вышел из профессорско-преподавательского состава Берлинского университета. В ноябре 1938 года Ган и Мейтнер тайно встретились в Копенгагене для того, чтобы обсудить новую серию экспериментов, для этой цели они также обменивались письмами. В лаборатории Гана в Берлине были проведены эксперименты по доказательству расщепления ядра. Из сохранившейся переписки следует, что Ган никогда бы не поверил в расщепление ядра, если бы Мейтнер не убедила его в этом. Им нельзя было публиковаться вместе из-за политики...

Ган опубликовал данные по химическому эксперименту в январе 1939 года, а Мейтнер описала физическое обоснование эксперимента месяцем позже, вместе со своим племянником, физиком Отто Робертом Фришем. Мейтнер заметила, что процесс ядерного деления может породить цепную реакцию, которая может привести к большим выбросам энергии. Это заявление вызвало сенсацию в научной среде. Фриш сообщил результат Нильсу Бору, тот озвучил его 26 января 1939 года на конференции в Вашингтоне: это было настолько важно, что физики начали покидать конференцию не дождавшись конца доклада - им не терпелось проверить результаты в лабораториях.

Вот в таких условиях в 1939 году Гейзенберга военное министерство Германии привлекает к работе над созданием ядерного оружия... Эйнштейн покинул Германию в 1933 году... Мейтнер в 1938 году... Ферми покинул Италию в 1939 году. Но между этими событиями из Германии уехали многие ученые. Многие были уволены в борьбе за "арийскую физику". Над самим Гейзенбергом нависает угроза концлагеря... он упоминается в обличительных статьях... его вызывали в гестапо, звонки прослушивались. Не смотря на все это он решает не покидать страну, а остаться вместе с Германией и ее наукой. Он не был сторонником нацистского режима, но был патриотом своей страны... Так что выбор у него был очень сложный.

Публикации по теме атомного ядра в 1939 году начинают исчезать из сборников... Тема которая волновала всех становится запретной. Естественно растет недоверие между теми, кто еще недавно работал и обсуждал все вместе на конференциях... Вот в этих условиях, в 1941 году Гейзенберг едет в Копенгаген к Нильсу Бору. Версии того, о чем и как они говорили сильно разнятся. По версии Гейзенберга он хотел спросить у Бора морально ли физику во время войны заниматься темой ядерного оружия - хотел разобрать сложный вопрос стоявший перед ним как человеком. Но так как он не мог высказываться прямо Бор его не понял. По версии Бора, человека принявшего активнейшее участие в помощи немецким физикам-беженцам, Гейзенберг хотел выведать у него свежие сведения по ядерной физике, для немецкого ядерного проекта...

Вот как описывает эту встречу Гейзенберг (в изданной после войны книге):

"Копенгаген я посетил осенью 1941 г., по-моему, это было в конце октября. К этому времени мы в «Урановом обществе» в результате экспериментов с ураном и тяжёлой водой пришли к выводу, что возможно построить реактор с использованием урана и тяжёлой воды для получения энергии. <…> В то время мы переоценивали масштаб необходимых технических затрат. <…> При таких обстоятельствах мы думали, что разговор с Бором был бы полезен. Такой разговор состоялся во время вечерней прогулки в районе Ни-Карлсберга. Зная, что Бор находится под надзором германских политических властей и что его отзывы обо мне будут, вероятно, переданы в Германию, я пытался провести этот разговор так, чтобы не подвергать свою жизнь опасности. Беседа, насколько я помню, началась с моего вопроса, должны ли физики в военное время заниматься урановой проблемой, поскольку прогресс в этой области сможет привести к серьёзным последствиям в технике ведения войны. Бор сразу же понял значение этого вопроса, поскольку мне удалось уловить его реакцию лёгкого испуга. Он ответил контрвопросом: «Вы действительно думаете, что деление урана можно использовать для создания оружия?» Я ответил: «В принципе возможно, но это потребовало бы таких невероятных технических усилий, которые, будем надеяться, не удастся осуществить в ходе настоящей войны». Бор был потрясён моим ответом, предполагая, очевидно, что я намереваюсь сообщить ему о том, что Германия сделала огромный прогресс в производстве атомного оружия. Хотя я и пытался после исправить это ошибочное впечатление, мне все же не удалось завоевать доверие Бора..."

Бор в своих воспоминаниях парирует версию о том, что он не понял Гейзенберга: "Я понял его отлично. Он предлагал мне сотрудничать с нацистами..."

В 1943 году когда над Бором нависла угроза ареста он вместе с сыном был переправлен на лодке в Швецию, откуда в самолете в Англию. Он до последнего отказывался покинуть Копенгаген, стараясь помогать своим сотрудникам и защищать их чем мог... В Англию его перевозили на бомбардировщике... учитывая важность ученого для ядерного проекта у пилотов была команда выбросить его в море, если самолет попытаются посадить немецкие самолеты-перехватчики. Чтобы этого не случилось самолет шел на предельной высоте и в отсеке, где сидел Нильс Бор практически не было кислорода... кислородную маску ему не удалось одеть достаточно плотно (она не подходила), и поэтому в ходе полета он чуть было не задохнулся. Его спасло только невероятное - отличнейшее здоровье - здоровье человека, который был не только лауреатом Нобелевской премии по физики, но и выступал за сборную Дании по футболу (!). Перебравшись в Англию, а затем и в США Нильс Бор включился в проект создания ядерного оружия. Очень большую роль в этом сыграло все то, что он увидел в оккупированной Дании, с особенно разговор с Гейзенбергом.

Так вот немцы начали раньше - в 1939 году, вторыми были американцы - в 1941 году Рузвельт направил первые средства на изучение данного вопроса. В СССР вопрос был поставлен после нескольких настойчивых писем Флерова на имя Сталина, и сбора разведданных - летом 1942 года. Но, так получилось, что немцы пошли не по тому пути - причиной послужил расчет Вальтера Боте по замедлителю, он счел, что графит не подойдет. Это было ошибкой, причем в общем-то не научной, а инженерной... суть в том, что на роль замедлителя подходили графит и тяжелая вода. Это было ясно... Боте проводил расчет по вполне конкретному графиту, который ему был выдан, и получил что графит такой чистоты не подойдет. И в этом ошибки не было. Ошибка была в том, что вместо того, чтобы разработать технологию по получению более чистого графита, решили пойти путем использования тяжелой воды. И вот это была большая инженерная ошибка. Дело в том, что немцы как раз захватили крупнейший в мире завод по ее производству в Норвегии... это открыло такой вот соблазн...

На деле как только стало ясно, что на заводе готовятся увеличить мощности производства он стал любимой целью британской авиации. На него засылали диверсантов, которые топили баржи с тяжелой водой идущие в Германию... В общем про это надо снимать отдельный фильм. Было весело. Кстати британский флот сорвал и японский ядерный проект - у японцев не было нормальных залежей урана, и поэтому они просили его передать немцев. Те посылали несколько раз подлодки с богатой урановой рудой в Японию, но их топили англичане. В результате Империя дошла до того, что выгоняла на имевшиеся урановые рудники школьников с кирками... но японцам толком не удалось даже начать проект.

Так вот немцы сконцентрировались на мучениях с тяжелой водой. Кроме того, в системе управления проектом возникло две параллельные группы, которые конкурировали друг с другом за ресурсы. Ну а к концу войны правительство Германии отказывало в финансировании всем проектам, которые нельзя запустить быстро... В результате дойдя до ядерного реактора, до ядерной бомбы дойти не удалось.

В США все шло гораздо ловчее. Меня умиляет там все - начиная, пожалуй, с истории запуска первого ядерного реактора - детища Ферми. Именно он вел в США расчет графитово-урановой реакции. И вот он посчитал все верно. Запуск первого в мире ядерного реактора проводился в Чикаго.. прямо в городе. Причем в процессе сборки несколько раз пришлось корректировать процесс, потому что натурные измерения показывали что в расчетах несколько ошиблись :) Мне ужасно нравится неофициальная речь Ферми на заседании Американского физического общества, посвященная этому делу (она приводится в книге "Физики продолжают шутить")... Всю ее почитайте, но я приведу несколько отрывков:

"...А дело было в том, что как раз в то время мы пытались узнать что-нибудь о поглощении в графите и ничего хорошего мы от графита не ждали. Так вот, для этого мы построили из графита колонну со стороной в четыре фута или около того и высотой футов десять. Это был, по-видимому, первый случай, когда физическая аппаратура – а эта куча графита была физической аппаратурой – оказалась такой большой, что на нее можно было – и нужно было – взбираться. С циклотронами было то же самое, но для меня это был первый случай, когда мне пришлось карабкаться на собственную установку, которая оказалась немножко выше, чем следует, – я ведь человек невысокий.

Так вот, мы пошли к декану Пеграму, который тогда в университете был магом и волшебником, и объяснили ему, что нам нужно большое помещение. Когда мы говорили «большое», то имели в виду по-настоящему большое, и он, помнится, в разговоре сказал что-то о том, что церковь не очень подходящее место для создания физической лаборатории, но я думаю, что как раз церковь была бы именно тем, чего мы хотели. Покрутившись немного по двору, он повел нас по темным коридорам, и мы пролезали под какими-то отопительными трубами и заглядывали в разные закоулки в поисках места для своего эксперимента, пока наконец не нашли большую комнату, правда, – не церковь, но нечто аналогичное по размерам.

Тут мы и начали воздвигать свою конструкцию, которая и на этот раз выглядела на порядок крупнее всего, что мы видели до сих пор. Правда, современный физик, чтобы разглядеть эту конструкцию, возможно, вынет увеличительное стекло и подойдет поближе. Но по тому времени она выглядела по-настоящему большой. Конструкция была сложена из графитовых кирпичей, а среди этих графитовых кирпичей в некотором порядке располагались большие жестянки, кубические жестянки с окисью урана.

Ну, как вы, может быть, знаете, уголь – вещество черного цвета. Окись урана тоже. И люди, имеющие дело с тоннами этих субстанций, – тоже. Кроме того, для такого дела нужны сильные люди. Ну, мы, конечно, были в разумной степени сильными, но надо иметь в виду, что в конце-то концов мы были мыслителями. Тогда декан Пеграм покрутил головой и сказал, что такая работа, конечно, не по нашим слабым силам, а в Колумбийском университете есть футбольная команда и в ней дюжина или около того очень крепких ребят, которые берут работу с почасовой оплатой, чтобы заработать себе на учебу. Почему бы их не нанять?

Это была блестящая идея. Руководить работой этих крепких ребят, которые таскали уран и укладывали (засовывали) его на место, обращаясь с 50- и 100-фунтовыми пачками с такой легкостью, как будто они весили 3...4 фунта, было истинным наслаждением. Они так швыряли эти пачки, что в воздухе только пыль столбом стояла – всех цветов, главным образом черного".

Так вот там имелась еще обворожительная система защиты "на случай чего" - рядом с Ферми стояли два человека с ведрами полными раствором бора, с тем, чтобы по команде Ферми "залить реактор" :) Бор - поглотитель нейтронов, это бы позволило остановить ядерную реакцию :) Ну то есть это была эпоха смелых людей, делавших впервые в мире смелые вещи :)

У нас, кстати, когда было совещание физиков при Сталине на тему "кто будет делать атомную бомбу" все отмазывались как могли. Капица отмазался потому что не переносил Берию (который был назначен главой проекта) - это у них было взаимно, поэтому вышло. Йоффе отмазывался тем что "стар для таких плясок". В результате рекомендовали молодого и энергичного Курчатова. И тут надо честно признать, что для СССР огромнейшую - колоссальную помощь оказала разведка. Первая взорванная советская бомба - в 1949 году - это клон американки, сброшенной на Нагасаки. Но это отдельная тема... Я не о ней. Вернемся все таки к немцам...

Так вот американцы после оккупации Германии в числе прочих захватили немецких физиков-ядерщиков. Для этого в Германию была командирована специальная команда в рамках операции "Эпсилон", которая должна была захватить физиков (по списку) и материалы их работы до того, как их увидят советские власти. В числе других был арестован и Отто Ган, который не имел никакого отношения к ядерному проекту. Его интернировали вместе с другими девятью немецкими физиками, в том числе Максом фон Лауэ, В. К. Гейзенбергом и К. Ф. фон Вайцзеккером в английский Фарм-Холл, неподалёку от Кембриджа. За ними было установлено очень тщательное наблюдение... все разговоры записывались скрытыми микрофонами. Информацию о бомбе сброшенной на Японию они узнали из сообщения радио. Реакция была разной... начался спор. Сперва не могли поверить... потом многие высказались, что большое счастье, что ядерное оружие не появилось у Германии. Гейзенберг через две недели смог теоретически описать процесс получения бомбы...

Но самое большое впечатление это известие произвело на Отто Гана был на грани отчаянья, и думал о самоубийстве. Пожилой человек который ненавидел фашизм, расстался из-за него со своей подругой и коллегой Лизой Мейтнер, не имел никакого отношения к ядерному проекту Германии, не мог простить сам себе своего открытия 1938 года - открытия деления урана. Он принял известие о бомбе убившей тысячи японцев как личную трагедию, в которой повинен он сам. После войны он был активнейшим участником выступлений физиков-ядерщиков за запрещение ядерных испытаний и ядерное разоружение.

Более того, именно под арестом в Фарм-Холле перед немецкими физиками-ядерщиками впервые встал вопрос о причинах неудачи немецкого ядерного проекта, ведь до самой бомбардировки Хиросимы они были уверены, что значительно опережают американцев и британцев в ядерных разработках. В ходе обсуждения этой проблемы Карл фон Вайцзеккер впервые высказал ту самую мысль, что они не создали бомбу, потому что "не хотели этого". Как отмечает историк Хорст Кант, в этом есть определённый смысл, ибо сами Гейзенберг и Вайцзеккер, в отличие от участников "Манхеттенского проекта", не посвящали всё своё время ядерным разработкам. В частности, Гейзенберг как раз в 1942—1944 годах активно развивал теорию S-матрицы и, возможно, просто не испытывал особого интереса к чисто военным исследованиям. Ганс Бете, возглавлявший во время войны теоретический отдел Лос-Аламосской лаборатории, на основе плёнок Фарм-Холла также сделал вывод, что Гейзенберг не работал над атомной бомбой. Дискуссии продолжаются до сих пор и пока далеки от завершения, однако, как считает биограф ученого Дэвид Кэссиди, посвятивший уйму времени изучению именно вопроса отношения Гейзенберга к ядерному проекту, с большой долей уверенности можно рассматривать Гейзенберга
"...не как героя или жестокого злодея, а как глубоко талантливого, образованного человека, который, к сожалению, оказался беспомощным в ужасных обстоятельствах своего времени, к которым он, как большинство людей, был полностью неподготовлен".

На том, я думаю, на сегодня и закончим говорить о ядерной физике... Я правда ничерта не рассказал того, что хотел о Боре и Капице... Блин. :( Ну уж что выросло то выросло. В конце концов я просто хотел рассказать, почему в сериале "Во все тяжкие" псевдоним Волтера Вайта не случаен..


Tags: история, сериалы
Subscribe
promo cpp2010 december 25, 2012 00:40 6
Buy for 30 tokens
Две недели назад в Нью-Йорке, на стадионе "Медисон Сквер Гарден" состоялся благотворительный концерт, посвященный сбору пожертвований для пострадавших от урагана Сенди, накрывшего штаты Северо-Запада США, а также острова Карибского моря в октябре этого года. Сенди стал самым…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments