Результаты перечисленных работ, не исключая опытов Гана, Мейтнер и Штрасмана, широко публиковались. Поэтому после 1937 года каждый старшеклассник мог представить себе четко реакцию ядерного распада. Бомбардируем уран-235 нейтронами. Нейтрон попадает в ядро, разбивает его на два осколка, при этом образуются, скажем, два новых нейтрона. Если хотя бы один из двух нейтронов вызывает деление соседнего ядра, то дальше процесс развивается самопроизвольно: второе расколотое ядро снова порождает два нейтрона, хотя бы один из них разбивает третье ядро и т. д.
При распаде каждого из ядер выделяется около 150 млн. эВ энергии. Вы представляете себе, что это такое? 1 эВ эквивалентен 1,6-Ю-12 эрг. Энергией 1 эрг обладает шарик массой 1 г, движущийся со скоростью примерно 1,5 см/с. Энергия 150 млн. эВ соответствует 2 4-Ю-4 эрг. Такой энергией обладает тело массой 1 мг, движущееся со скоростью 0,7 см/с. И то и другое — величины, вполне доступные нашим органам чувств. Энергии, которая выделяется при распаде одного-единствен-ного ядра атома урана, достаточно, чтобы подбросить небольшую песчинку. Наш пример еще раз подтверждает мысль, которую мы последовательно проводим в этой книге:'не существует какого-то микромира и какой-то особой физики, справедливой лишь в микромире.
Мышеловки
Итак, после 1937 года каждому старшекласснику могло быть ясно, как высвободить излишки энергии, хранящиеся в атомах урана, т. е. вызвать цепную реакцию. Но в проводимых тогда опытах почему-то ничего подобного не получалось. Более того, сам Резерфорд категорически не верил в реализуемость атомных взрывов и атомных энергетических установок. Свое неверие он сохранил до самой смерти. Не очень верил в атомную бомбу и Альберт Эйнштейн. Правда, он подписал письмо к тогдашнему президенту США Рузвельту, в котором указывал на возможность создания атомного оружия в фашистской Германии. Сделал он это не потому, что верил в такую возможность. Эйнштейн считал, что в столь серьезном деле никакая предосторожность не окажется лишней. Не верил в реализуемость атомных взрывов и Нильс Бор. Не верил до тех пор, пока такая возможность не стала очевидной.
В чем же дело? Значит, все-таки был секрет, которого не знал Резерфорд и до последнего момента не знали Эйнштейн и Бор? В первых общедоступных публикациях об атомной бомбе все объяснялось именно так, как мы описали. Один нейтрон (он может залететь, например, вместе с космическими лучами) расщепляет одно атомное ядро урана. В результате расщепления выделяются энергия и несколько нейтронов, способных расщепить соседние атомные ядра.
Представляете себе, что будет, если выстрелить по кирпичу? Кирпич развалится на части, если, конечно, пуля в него попадет. При этом не выделится никакой энергии — энергия пули целиком уйдет на разрушение кирпича. В середине 50-х годов на лекциях по физике в Московском энергетическом институте демонстрировалась модель атомной бомбы, сделанная из... мышеловок. На лабораторный стол устанавливалось штук тридцать мышеловок, обычных, с дужками. Все мышеловки взводили и на каждую дужку клали по два грузика. На одну из дужек укладывали один грузик, а второй бросали на нее. Мышеловка срабатывала. Грузик, положенный на дужку, взлетал вверх. Дальше все зависело от того, насколько плотно располагались мышеловки. Если они стояли далеко друг от друга, то взлетевший грузик падал, как правило, на стол и ничего не происходило. Если же мышеловки располагались вплотную друг к другу, упавший грузик заставлял подскакивать два. Те падали на две мышеловки. Они, в свою очередь, подбрасывали четыре грузика — срабатывали четыре мышеловки и т. д. Зрелище получалось весьма впечатляющее.
Вот теперь наметилось нечто подобное секрету. Чтобы модель работала, необходимо заранее ввести в нее запас энергии, сжимая пружину мышеловки. Грузик (нейтрон) лишь высвобождает этот запас. Модель иллюстрировала понятие критической массы.
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.