В океане энергии

Мы не раз говорили, что атомные ядра — это очень маленькие объекты. Маленькие по сравнению с расстояниями между ними. Попасть в такой объект не так-то просто, особенно нейтрону, испущенному в произвольном направлении. Помните опыты Резерфорда с бомбардировкой металлических листиков альфа-частицами? Из 100 тыс. альфа-частиц примерно одна взаимодействовала с ядром и возвращалась назад. Для того чтобы каждый из испущенных ядром нейтронов вызвал расщепление очередного ядра, нужно, чтобы ядра располагались близко друг к другу, что невозможно, или чтобы этих ядер было достаточно много. Ученым удалось подсчитать, что цепная реакция в уране-235 возможна, если сосредоточить примерно 20 кг урана. Двадцать килограммов — это и есть критическая масса. Меньше 20 кг урана не взрывается, а больше 20 кг взрывается самопроизвольно, потому что один нейтрон всегда Найдется.

Ядра и радиоприемники

Значит, секрет атомной бомбы заключается в критической массе? Критическую массу, конечно, надо знать, но главное состояло не в этом. Нет, не было никакого секрета. Нужно было понять, как именно выглядит атомное ядро, а для этого полностью, именно полностью, а не частично, отказаться от привычных представлений. Замечательнее всего, что и Резерфорд, и Эйнштейн, и многие другие ученые рангом пониже, будучи сами творцами современной физики, не могли до конца поверить в собственные идеи.

Эйнштейн так и не поверил, что, по его собственному выражению, бог бросает кости перед тем, как вызвать к жизни то или иное явление. Иначе говоря, Эйнштейн не верил, что мир можно описывать в терминах теории вероятностей. Эрвин Шредингер — творец волновой механики — потратил много сил на то, чтобы примирить свою механику с классической. Пожалуй, самым последовательным из создателей новой физики был Нильс Бор, но и у него, как мы видели, оставались сомнения. В необходимости отрешиться от представлений классической физики и содержался великий драматизм эпохи бури и натиска.

Зачем нужно было отказываться от привычных представлений, чтобы понять механизм расщепления ядер урана? А вот зачем. Продолжим опыт с кирпичом. Вы стреляете из винтовки в кирпич, желая расколоть его на части. Что надо для того, чтобы кирпич раскололся? Во-первых, в него попасть, причем по возможности в середину. Если пуля лишь чиркнет по поверхности, кирпич либо вообще не расколется, либо от него отвалится небольшой кусок. Во-вторых, чтобы пуля обладала необходимой энергией. Пуля на излете кирпича не расколет.

В случае с атомами урана-235 все обстоит наоборот. Нейтрону попадать в само ядро не обязательно — достаточно оказаться на определенном расстоянии. В атомной физике существует понятие эффективного сечения — площадки, в пределах которой должен оказаться нейтрон или другая бомбардирующая частица, для того чтобы произошла реакция деления. Эффективное сечение гораздо больше размеров самого ядра. Но далеко не всякий нейтрон вызывает реакцию деления. Если энергия нейтрона меньше, чем надо, реакции не произойдет. Это понятно — все так же, как с кирпичом.