От лабораторных экспериментов до оружия, способного уничтожить Землю, — цепочка открытий привела к катастрофическим последствиям.
Destroyer of Worlds: The Deep History of the Nuclear Age Frank Close (2025)
Фрэнк Клоуз «Разрушитель миров: глубокая история ядерного века» (2025)
Для начала давайте проясним некоторые моменты, которые могут вызвать недопонимание: в «Разрушителе миров: глубокая история ядерного века» слово «глубокая» в подзаголовке означает не мельчайшие подробности исторических событий, а «научную». В своей последней книге физик Фрэнк Клоуз рассуждает о физике и химии ядерного оружия, то есть о понимании атома и заключённой в нём энергии. История начинается с открытия электрических токов, которые не могут быть заблокированы твёрдыми материалами, и заканчивается технологической возможностью стирать города с лица земли.
Шквал открытий
Знания передаются от одного учёного к другому и от одной страны к другой. В 1890-х годах в Германии Вильгельм Рентген открыл электрические лучи, которые он назвал рентгеновскими. Эти лучи беспрепятственно проходили почти через всё, включая его собственные руки и руки его жены.
Во Франции Анри Беккерель, пытаясь выяснить, связаны ли рентгеновские лучи с фосфоресцирующими минералами, такими как уран, на несколько дней оставил кристаллы урана и медный крест на фотопластинке в тёмном ящике. При проявке пластинки он обнаружил чёткие очертания креста, как будто в темноте уран действовал подобно Солнцу.
Тем временем в Канаде Эрнест Резерфорд измерил энергию, высвобождаемую ураном в процессе, который получил название «радиоактивность». Он утверждал, что атомы радиоактивных элементов, таких как уран, радий и торий, содержат достаточно энергии, чтобы выделять тепло в течение тысяч лет.
В начале XX века учёные, в том числе Мария и Пьер Кюри, Ирен и Фредерик Жолио-Кюри, Альберт Эйнштейн, Отто Ган, Лиза Мейтнер, Дж. Дж. Томсон, Джеймс Чедвик, Нильс Бор, Этторе Майорана, Энрико Ферми, Рудольф Пайерлс, Лео Силард, Эдвард Теллер и Ханс Бете, пытались понять, как атомы накапливают и высвобождают эту энергию. Они продемонстрировали, что атомы радиоактивных элементов распадаются естественным образом и в процессе распада превращаются из одного элемента в другой.
Такой распад указывал на «существование тел, меньших, чем атом», и в ходе тщательных экспериментов исследователи впоследствии обнаружили электрон и атомное ядро. Затем они расщепили ядро, открыв протон, а позже и нейтроны, которые сопровождают протон и составляют массу атома. Эти ядерные частицы плотно прилегают друг к другу, поэтому учёные изобрели машины, которые могли разделять их и отслеживать, что происходит в процессе. Они обнаружили, что нейтрон, попавший в ядро лития, расщепляет его на ядро гелия, ядро трития и дополнительный нейтрон.
По сути, машины искусственно вызывали радиоактивность сначала в лёгких, а затем и в тяжёлых элементах. Учёные знали, что радиоактивные тяжёлые элементы естественным образом распадаются на элементы, расположенные на одну или две позиции ниже в периодической таблице. Например, уран, элемент 92, распадался на торий, элемент 90. Но когда учёные запускали нейтроны в уран, он превращался в барий, элемент 56: ядро распадалось почти пополам.
Исследователи выяснили, что это происходит в результате процесса, который они назвали делением ядра: падающие нейтроны придают ядру урана достаточно энергии, чтобы оно разделилось. В ходе этого процесса уран высвобождает нейтроны, которые могут расщепить другие ядра урана, высвобождая новые нейтроны, которые могут расщепить ещё больше ядер, запуская цепную реакцию с экспоненциальным ростом. Энергия, высвобождаемая при расщеплении ядра, равна произведению массы ядра на квадрат скорости света — это очень большое число.
Создание бомбы
Деление ядра удивило учёных, и они обсуждали его на конференциях, в письмах и публикациях. Идея создания бомбы была очевидна. Бор опубликовал основополагающую физическую работу 1 сентября 1939 года, в день, когда Германия вторглась в Польшу, положив начало Второй мировой войне. Шесть месяцев спустя, в марте 1940 года, Ферми и Пайерлс написали письмо правительству Великобритании, в котором изложили условия, при которых мы живём до сих пор: гарантированное взаимное уничтожение. Это означало, что «хотя они и надеялись, что ни одна цивилизованная страна не будет использовать такое устройство, они опасались, что единственной защитой от него будет наличие собственного такого устройства».
Возможно, если бы в мире не было войны, следующим шагом стало бы проектирование атомных электростанций для получения дешёвой и широкодоступной энергии. Но в Германии были свои физики-ядерщики, работавшие над созданием бомб. Теперь книга переходит от физики к технологии создания бомб — истории, которую многие знают, но которая по-прежнему захватывает.
Ученые выяснили, что наиболее расщепляемыми элементами являются изотоп урана-235 и изотоп плутония-239. Они разработали способы концентрации первого и получения второго, а также определили, сколько каждого из них нужно для производства бомб. Они построили реакторы, в которых можно было контролировать цепные реакции. Превращение урана и плутония в бомбы оказалось непосильной задачей для Соединенного Королевства, поэтому страна направила ученых в Манхэттенский проект, который стал одним из крупнейших в США. В ней участвовали не только учёные из Великобритании и США, но и их аспиранты, постдоки, а также учёные-евреи, бежавшие из континентальной Европы, — всего 100 000 человек, средний возраст которых составлял 24 года.
Физики разработали конструкцию атомных бомб в зависимости от того, какой расщепляющийся элемент использовался. Плутониевая бомба была испытана в Тринити в Нью-Мексико в июле 1945 года и через три недели применена в Нагасаки, Япония; урановая бомба была применена в Хиросиме. Каждая бомба обладала такой же разрушительной силой, как 20 килотонн тротила, но, поскольку в бомбардировке участвовали всего три самолёта, власти Японии не сочли нужным отправлять людей в убежища.
Когда были сброшены бомбы, Германия уже потерпела поражение, и, хотя это неоднократно объяснялось, тот факт, что Соединённые Штаты применили бомбы без изначальной цели — победить Адольфа Гитлера, — до сих пор шокирует. Тем временем политическая цепная реакция продолжалась: в Советском Союзе были свои учёные, которые в 1949 году испытали собственные бомбы деления, а другие страны, обладавшие ядерным оружием, обратили внимание на более мощные термоядерные бомбы.
Взрыв бомбы деления останавливает цепную реакцию, поэтому их мощность не превышает 1 мегатонны. При термоядерном синтезе ядра не расщепляются, а сталкиваются друг с другом, как это происходит в звёздах. Это означает, что мощность термоядерных бомб ограничена только количеством топлива, которое, по сути, не ограничено. Теллер рассчитал увеличение мощности бомб до 10 гигатонн (или 10 миллиардов тонн). Он назвал эту бомбу "Задним двором", имея в виду, что ее не нужно доставлять к цели: ее можно взорвать в саду и убить всех на Земле.
Но термоядерные бомбы сложно привести в действие, и сначала теория зашла в тупик, а затем и эксперименты, пока не сработала идея Ферми использовать бомбу деления для запуска термоядерного синтеза. В октябре 1952 года была испытана термоядерная бомба мощностью 10 мегатонн под названием «Айви Майк». Солдаты, наблюдавшие за взрывом с расстояния 30 километров, на мгновение увидели, как в телах друг друга просвечивают кости.
Через два года после «Айви Майк» Советы испытали аналогичную термоядерную бомбу. Затем, в 1961 году, чтобы доказать свою правоту, они испытали самую мощную из когда-либо созданных бомб — «Царь-бомбу» мощностью 50 мегатонн. Она не имела военного применения, была слишком тяжёлой, чтобы её можно было разместить на ракете или самолёте, и годилась только для уничтожения целых городов. К чести человечества, в 1963 году страны подписали договор о полном запрете ядерных испытаний, и до сих пор принцип гарантированного взаимного уничтожения продолжает свою благотворную работу.
Клоуз пишет ясно, авторитетно и доступно. Если научная история может увлечь читателя, то эта книга — точно. В книге подробно рассказывается о том, как ядерная энергетика развивалась и пришла к неизбежному концу. Учёные, которые переходили от одного вывода к другому, руководствовались человеческими мотивами, и их изобретательность поражает: несмотря на скудность и запутанность данных, они всё равно смогли их осмыслить.
Эта история рассматривается в контексте трёх промышленных революций человечества: паровой, электрической и ядерной. Книга заканчивается рассмотрением возможностей обоих видов ядерной энергии: деления и синтеза. Это подразумевает поиск их применения.
Краткосрочная выгода от ядерной энергетики очевидна: это технологии, которые, безусловно, могут напугать и победить других людей в военном отношении, но при этом позволяют людям жить в комфорте и удобстве. Долгосрочную выгоду представить сложнее. В качестве источников энергии атомные электростанции имеют сомнительную репутацию и плохой имидж, а термоядерные, как говорится, появятся не раньше чем через 20 лет. Что касается военного применения ядерной энергетики, то нужно знать, насколько надёжна защита в виде гарантированного взаимного уничтожения.