Суперциклотрон

Эрнест Лоуренс воистину стал провидцем. Вообще-то изобретатель циклотрона разрушал все шаблонные представления об ученом-физике. Светловолосый и голубоглазый выходец со Среднего Запада, имевший норвежские корни, он никогда не забывал о тех ценностях, которые были ему привиты вместе с лютеранским воспитанием. Эти же ценности он привносил и в науку, которой занимался. Любовь к модным костюмам и властные манеры делали Лоуренса похожим скорее на бизнесмена, чем на ученого. Однако, по правде говоря, руководство такой научной организацией, которую он старался создать на базе Беркли — радиационной лабораторией, — требовало как раз делового подхода. Подростком Лоуренсу приходилось приторговывать кухонной утварью, так что у него было достаточно опыта для проведения торговых сделок, да и про то, как собираются средства, он знал не совсем понаслышке.

Циклотрон был изобретен им в 1929 году. Чтобы заставить поток протонов двигаться по кругу, можно использовать магнит. Если затем воздействовать на протоны еще и переменным электрическим полем, то скорость движения частиц будет все возрастать. Как выяснил Лоуренс, именно так и должен работать аппарат, открывавший человеку путь к секретам атомного ядра. На постройку маленькой демонстрационной модели у него ушло всего 25 долларов. Диаметр устройства составлял чуть более 10 сантиметров. Снаружи оно было залито красным сургучом. Хотя модель пока не сообщала протонам той большой энергии, о которой говорил Лоуренс, ее работа уже в достаточной степени впечатлила его коллег и доказала, что устройство действительно эффективно. Только научное название аппарата — циклический резонансный ускоритель — было слишком неудобным и непонятным. Слово «циклотрон» звучало фантастически-загадочно, а значит, было гораздо более привлекательным для потенциальных спонсоров.

Лоуренс мыслил уже в глобальных масштабах, так что производство подобных аппаратов он поставил на поток.

Циклотрон с магнитом, полюсный наконечник которого имел диаметр около 28 сантиметров, придавал протонам энергию, равную более чем миллиону электрон-вольт. Затем диаметр увеличили до 68 сантиметров, а вскоре и до 94. Когда в январе 1939 года в Беркли узнали о расщеплении ядра урана, Лоуренс как раз планировал 152-сантиметровый циклотрон, который придавал протонам энергию, равную приблизительно 20 миллионам электрон-вольт. Вес магнита в подобном устройстве составлял 200 тонн.

Циклотрон диаметром 152 сантиметра едва только заработал в лаборатории Крокера, одном из структурных подразделений радиационной лаборатории, а Лоуренс уже трудился над новым устройством. Его очередным детищем должен был стать гигантский суперциклотрон диаметром более 300 сантиметров, магнит в котором весил уже 2000 тонн. По оценкам изобретателя, такое устройство давало протонам энергию в 100 миллионов электрон-вольт, что практически равнялось той, которая выделяется при ядерных реакциях. Лоуренс обратился в Фонд Рокфеллера с просьбой о материальной поддержке. Энтузиазм ученого вырос еще больше, когда 9 ноября, прямо во время игры в теннисном клубе Беркли, ему сообщили о только что присужденной Нобелевской премии по физике.

Воодушевление Лоуренса росло, и незадолго до Рождества он решил еще увеличить размеры будущего суперциклотрона. Теперь в нем должен был стоять 5000-тонный магнит с полюсным наконечником диаметром 467 сантиметра (максимальный размер имевшихся в продаже стальных пластин). По расчетам, аппарат должен был обойтись в полтора миллиона долларов.

В сентябре в Европе разразилась война, и Лоуренсу пришлось немало поволноваться — лишь после нескольких дней напряженного ожидания он узнал, что его брат, находившийся судне «Атения», потопленном 2 сентября немецкой подлодкой, не пострадал. Но в радиационной лаборатории все было как обычно. С помощью 152-сантиметрового циклотрона ставились интересные эксперименты с ураном, однако их проведение никак не было связано с началом войны. Пока никоим образом не ощущалось, что лаборатория вовлечена в военные исследования.

Сохранилась фотография тех времен, на которой запечатлены все сотрудники радиационной лаборатории, выстроившиеся в три ряда под 152-сантиметровым циклотроном. Лоуренс сидит в центре первого ряда, Оппенгеймер также в центре, но в последнем ряду. Крайние справа в первом и втором рядах — двое сотрудников, занимавшихся в тот момент исследованиями урана, — Эдвин Макмиллан и Филипп Абельсон.

Макмиллан — уроженец Калифорнии — уже много лет работал с циклотронами Лоуренса. Когда стало известно о том, что атомное ядро расщепляемо, он решил провести простые эксперименты — только чтобы подтвердить данный феномен. Но теперь он уже испытывал немалый интерес к отдельным свойствам недавно открытого процесса. В результате бомбардировки нейтронами ядра урана образовалось радиоактивное вещество, период распада которого равнялся приблизительно 23 минутам. Подобно Гану, Штрассману и Мейтнер, Макмиллан посчитал его ураном-239, полученным после резонансного захвата нейтрона преобладающим изотопом — U238. Однако выделено было еще одно вещество с периодом распада примерно в два дня.

Макмиллан считал, что это некий новый элемент, образующийся при испускании ураном-239 бета-частицы — в ходе превращения нейтрона в протон. Подобно размышлявшему в берлинской подземке Вайцзеккеру, американский ученый пришел к выводу, что данное вещество — элемент с атомным номером 93, — возможно, первый в ряду трансурановых элементов. И точно так же, как это сделал Ган, Макмиллан посчитал, что новый элемент по своим свойствам должен походить на рений.

При помощи одного из научных сотрудников Беркли, а именно Эмилио Сегре, работавшего ранее в Риме вместе с Ферми, Эдвин попытался собрать экспериментальные доказательства того, что химические свойства элемента близки к тем, которыми обладает рений. Эксперименты, однако, не дали никакого заметного результата. Казалось, трансурановые элементы так и будут оставаться неизученными. Результаты исследований Сегре опубликовал в Physical Review с комментарием: «Поиск трансурановых элементов не увенчался успехом».

Макмиллан тем временем уточнил данные о периоде распада таинственного вещества за номером 2. Согласно последним измерениям, он составлял 2,3 дня. Ученый твердо намеревался распознать этот элемент. Весной 1940 года для дальнейших исследований он использовал 152-сантиметровый циклотрон. Теперь ему помогал еще и Абельсон, который к тому времени уже перебрался в Вашингтон, в Институт Карнеги, но в апреле вернулся в Беркли, находясь в рабочем отпуске. Поскольку он занимался еще и химией, то полностью сфокусировался на распознании химических свойств неизвестного вещества.

Как оказалось, по свойствам оно не так уж сильно отличалось от урана. Известно, что еще раньше Бор высказал предположение о том, что если трансурановые элементы существуют, то их химические свойства будут схожи с теми, которыми обладает и сам уран. Дальнейшие исследования совершенно точно показали, что вещество с периодом распада в 2,3 дня образовалось напрямую из урана-239, период распада которого составляет 23 минуты. Таким образом, напрашивался единственный вывод: это таинственное вещество — тот самый «элемент-93».

Макмиллан уже придумал имя новому элементу — нептуний, — но решил до поры до времени не распространяться об этом. Новый элемент стоял в периодической таблице следом за ураном, точно так же, как планета Нептун в Солнечной системе находится сразу за Ураном — отсюда и название. Не видя особых причин скрывать свое открытие, 27 мая Макмиллан и Абельсон отослали в американский журнал Physical Review статью, в которой рассказывали обо всех результатах своей работы. 15 июля она была опубликована. Когда журнал получили в Берлине — уже в июле, — ее с огромным интересом начал изучать Вайцзеккер[28].

Новое открытие логичным образом породило очередной вопрос. Если элемент-93 радиоактивен, имеет период распада, равный 2,3 дня, то во что он превращается в результате этого распада? У Макмиллана уже имелись мысли на сей счет. Он считал, что элемент-93 распадается, возможно, также с испусканием бета-частицы и превращением в протон еще одного нейтрона. Таким образом, образуется элемент-94. С целью доказать это ученый немедленно взялся за исследования.

Похожие книги из библиотеки

Бронеколлекция 1996 № 03 (6) Советские тяжелые послевоенные танки

Доля тяжелых боевых машин в танковых войсках в течение второй мировой войны  постоянно возрастала и достигла в 1944 году 37,5%. При этом по численности лидером по-прежнему оставался Советский Союз, в котором с 1939 по 1945 год было выпущено 8258 тяжелых танков, за это же время в Германии — всего 1839!

Количественное превосходство напрямую сказалось как на организации тяжелых танковых частей, так и на тактике применения боевых машин этого класса. Если немцы не пошли дальше тяжелых танковых батальонов, то в Красной Армии, начав с танковых полков прорыва в 1942 году, спустя два года пришли к сосредоточению тяжелых танков в составе тяжелых танковых бригад. Тактика их применения была соответственной — можно по пальцам пересчитать случаи, когда немецкие «тигры» использовались в качестве ударного кулака наступающих танковых частей. Самые известные из них — Курская битва и сражение у озера Балатон в Венгрии. В основном же уделом немецких тяжелых танков на завершающем этапе войны стали действия из засад, стрельба с места. Советские же КВ, и еще в большей степени ИС-2 использовались как главная ударная сила значительно чаще.

Самоходные установки на базе танка Т-34

Приложение к журналу «МОДЕЛИСТ-КОНСТРУКТОР»

Состоявшийся 15 апреля того же года пленум Артиллерийского комитета ГАУ с участием представителей от промышленности и войск, а также Народного комиссариата вооружения признал желательным создание как самоходно-артиллерийских установок поддержки пехоты с 76-мм пушкой ЗИС-З и 122-мм гаубицей М-30, так и самоходных истребителей дотов со 152-мм пушкой-гаубицей МЛ-20. Для борьбы с воздушными целями предлагалось сконструировать 37-мм зенитную автоматическую самоходную пушку. В основном решение пленума сводилось к созданию такой системы артиллерийского вооружения, которая обеспечила бы поддержку и сопровождение наступающей пехоты и танков огнем орудий, способных в любых условиях боя и на всех его этапах следовать в боевых порядках войск и непрерывно вести эффективный огонь. Решение пленума было одобрено Государственным Комитетом Обороны.

Броненосные крейсера типа “Адмирал Макаров”. 1906-1925 гг.

Данная книга является продолжением книги автора “Броненосный крейсер “Баян”” (С-Пб. 2005 г.) и посвящена однотипным кораблям “Адмирал Макаров”, “Баян” и “Паллада”.

Все три корабля участвовали в первой мировой войне, а один из них — “Паллада” погиб от торпеды подводной лодки в октябре 1914 г. В книге описываются строительство, предвоенная служба, операции первой мировой войны, в которых участвовали эти корабли.

Для широкого круга читателей, интересующихся военной историей.

Последняя крепость Сталина. Военные секреты Северной Кореи

В этой книге охвачен период с момента появления антияпонских вооруженных формирований корейских коммунистов в 1930-х гг. и до наших дней, включая последние столкновения с вооруженными силами Южной Кореи в Желтом море. Охарактеризованы эволюция военной машины Пхеньяна, военная доктрина, ракетно-ядерная и связанная с ней космическая программы, организационно-штатная структура соединений и частей, боевой состав и развертывание (эшелонирование) вооруженных сил КНДР, оперативно-тактические и тактические нормативы ведения общевойскового боя и марша общевойсковых частей, система подготовки личного состава и ополчения, военное образование, идеологическая обработка личного состава и пр.