Атомный проект. Жизнь за «железным занавесом» - Бруно Понтекорво

В ту же ночь 22 октября мы все собрались в доме Ферми (или Амальди, не помню точно). Здесь в ясном телеграфном стиле была написана первая работа по замедлению нейтронов, которая должна была стать началом новой серии писем в «Ricerca Scientifica» под названием «Влияние водородсодержащих веществ на радиоактивность, наведенную нейтронами».

Ферми доложил об удивительных свойствах медленных нейтронов директору института профессору Корбино. Корбино оживленно реагировал на сообщение Ферми и сказал: «Вы должны обязательно добиться патента на ваш метод получения медленных нейтронов». И сейчас не могу забыть искреннего, сердечного, детского смеха Ферми при намеке Корбино на то, что работы, о которых шла речь, могли бы иметь практическое значение. Корбино же на общее веселье Ферми и его сотрудников довольно сухо заметил: «Вы молоды и ничего не понимаете!»

Конечно, Корбино был прав: этот патент, который был оформлен вначале в Италии, а затем и в других странах, оказался очень полезным для изобретателей после того (1950 г.), как замедление нейтронов стало широко использоваться.

Открытие замедляющего эффекта водорода вызвало необходимость решить ряд новых проблем, и скоро наряду с изучением радиоэлементов, образованных нейтронами, важную роль в работе стали играть уже исследования свойств самих нейтронов (замедление, рассеяние, поглощение и т. д.).

Результаты работ, выполненных в первые три месяца после открытия явления замедления нейтронов, достаточно подробно изложены в статье, представленной Резерфордом в «Proceedings of the Royal Society». В этой статье содержатся практически все основные идеи физики медленных нейтронов, за исключением, конечно, важнейшего вопроса о «группах нейтронов» и нейтронных резонансах, который, кстати, Ферми удалось полностью обосновать и разобрать через год. Как видно, темп работ был потрясающим! При этом в лаборатории никогда не ощущалось спешки и Ферми был всегда спокоен.

После открытия эффекта замедления систематически проводились и облучения урана (и тория) с парафином и без него. Однако загадка множественности обнаруженных активностей не была решена Ферми; для этого потребовалось открытие деления Ганом и Штрассманом (1939 г.). Сейчас мне кажется чудом, что Ферми с его глубиной и интуицией не сумел теоретически предугадать процесс деления.

Что же касается экспериментов с ураном, то группе Ферми в это время не повезло: деление могло быть открыто экспериментально в Риме в январе 1935 г., если бы не случайные обстоятельства. Несколько слов об этом. Среди многочисленных активностей, вызванных в уране и тории нейтронами, согласно Ферми, могли бы находиться и α-активности. Эти α-активные радиоэлементы с периодом больше нескольких секунд искались, но не были найдены. Тогда была рассмотрена возможность того, что при бомбардировке урана и тория медленными нейтронами α-частицы испускаются мгновенно, как это было найдено нами в боре. Аппаратура для наблюдения α-частиц была той же самой, которая использовалась для экспериментов с бором. Итак, образец из окиси урана бомбардировался в парафине медленными нейтронами; образец находился перед малой импульсной ионизационной камерой, соединенной с линейным усилителем, способным регистрировать импульсы ионизации от α-частиц. Так как ожидалось, что искомые α-частицы имеют больший пробег, чем естественные α-частицы от урана, то для уменьшения фона последних перед урановым образцом была помещена алюминиевая фольга толщиной, эквивалентной 5 см воздуха. Именно эта фольга и помешала наблюдению больших импульсов ионизации, обусловленных осколками деления! Не раз в 1939 г. и позже сотрудники Ферми обсуждали случай со «зловредной» алюминиевой фольгой и задумывались над вопросом: «Допустим, что мы в 1935 г. наблюдали большие импульсы ионизации от урана; сумел бы Ферми понять явление, т. е. открыть деление?»

Я пишу эти воспоминания — и передо мной как живой возникает Бруно Максимович с его неизменной улыбкой, юмором, интересом к людям, жаждой новых знаний, с его тактом и глубокой демократичностью, благодаря которой он совершенно одинаково мог говорить и с людьми самого высокого положения, и с рабочими из мастерских, с его нетерпимостью к любой фальши и особенно к профанации науки, с его готовностью оказать всяческую поддержку новым интересным экспериментальным исследованиям.

Бруно Максимович принадлежал к той замечательной плеяде физиков, трудами которых были заложены основы современной ядерной физики, ядерной энергетики и технологии, физики элементарных частиц.

Хорошо известно, что именно опыты, которые проводил молодой Понтекорво совместно с Амальди в группе Ферми, послужили толчком к открытию замедления нейтронов — эффекта, лежащего в основе работы современных ядерных реакторов, производства многих важных изотопов, сыгравшего (и играющего) важную роль в физических исследованиях.

Именно Понтекорво в 1946 г., когда были получены первые сведения о сравнительно большом времени жизни мюонов в веществе, предложил гипотезу об универсальном характере слабых взаимодействий — новой силы Природы, единственным известным проявлением которой до этого был радиоактивный β-распад. Именно Бруно явился отцом экспериментальной нейтринной физики, выдвинув в 1946 г. идею о возможности регистрации свободного нейтрино от ядерных реакторов и разработав для этой цели радиохимический (в частности так называемый хлор-аргонный) метод детектирования ядерных реакций, вызываемых нейтрино.

В своем знаменитом отчете лаборатории в Чок-Ривере в Канаде Бруно пророчески коснулся и других аспектов нейтринной физики, упомянув в качестве возможных источников нейтрино Солнце и ускорители. Эти идеи Бруно, как мне кажется, явились отражением его человеческих качеств — необычайной научной смелости и широты. Действительно, в то время мало кто верил в осуществимость таких опытов. Даже Э. Ферми, как вспоминает Бруно, отнесся весьма прохладно к идее регистрации нейтрино, заинтересовавшись больше техникой пропорциональных счетчиков, развитой Понтекорво и применявшейся им в ряде исследований («Дон-Кихот не был героем Ферми», — замечал в этой связи Бруно).

Идеи и расчеты Бруно подтолкнули эксперимент. Когда была разработана техника больших сцинтилляторов (которой не существовало в 1946 г.), оказалось возможным прямое детектирование нейтрино, что и было осуществлено Райнесом и Коуэном в 1953–1956 гг. Хлор-аргонный метод был впоследствии развит Дэвисом. С помощью него было впервые установлено, что антинейтрино не тождественны нейтрино, и зарегистрировано нейтрино от Солнца.

В то время, когда Бруно выдвигал свое предложение о регистрации нейтрино, было неизвестно, что цепочка термоядерных реакций, происходящих в Солнце, может (хотя и с довольно малой вероятностью) приводить к образованию ядер 7Be и 8B, которые являются источниками довольно энергичных нейтрино, способных вызывать хлор-аргонную реакцию: ν + 37Cl → 37Ar + e−. Именно эти нейтрино и были зарегистрированы Дэвисом с помощью предложенного Бруно хлор-аргонного метода. Что же касается основного потока солнечных нейтрино, происходящих от слияния двух протонов в дейтерий с испусканием позитрона и нейтрино, то ввиду малости энергий этих нейтрино Бруно не видел в 1946 г. возможности их регистрации. Оказалось, однако, что предложенный им радиохимический метод годится и для этой цели[21].