И еще одно. В 1940 году западная печать изобиловала сообщениями о якобы разрабатываемой учеными атомной бомбе — газетные материалы пока еще обгоняли реальность. Но вскоре зловещая тень ядерной взрывчатки легла на все работы с ураном. В Соединенных Штатах исследованиям ядерщиков придали огромный размах, и сутью их стало создание ядерного оружия. В планах же Хлопина и Курчатова нет и намека на военную сторону проблемы. Обе программы проникнуты духом мира, нацелены на благо, а не на уничтожение людей.
На чем же базировалась вполне реалистичная, как мы теперь понимаем, программа Курчатова?
Ее появлению предшествовали три теоретические работы, выполненные в Ленинграде в 1939–1940 годах.
В Институте химической физики, руководимом академиком Николаем Николаевичем Семеновым, уже много лет изучали цепные химические реакции — процессы, возникающие от внешних причин, а затем самоподдерживающиеся и разрастающиеся с выделением внутренней энергии. Таковы, например, все взрывные реакции. Ученые института, вероятно, глубже, чем кто-либо в мире, постигли природу подобных реакций — недаром основатель русской школы химико-физиков Н. Н. Семенов был удостоен Нобелевской премии за выдающиеся успехи в этой области.
И когда ядерщики заговорили о том, что деление урана носит цепной характер, ленинградские специалисты по цепным реакциям, естественно, этим не могли не заинтересоваться. Два доктора физико-математических наук, тридцатипятилетний Юлий Борисович Харитон — он был также доктором Кембриджского университета — и двадцатипятилетний Яков Борисович Зельдович, поставили перед собой цель: определить условия, на которых возможна цепная реакция деления урана. Результаты своих изысканий они изложили в трех статьях, одна за другой появившихся в печати. Эти небольшие по размеру статьи и стали основополагающими для понимания цепных ядерных процессов, создали теоретический фундамент для конструирования ядерных реакторов и тем самым подготовили новый этап в разработке средств использования ядерной энергии в нашей стране. Не вдаваясь в подробности, приведем основные выводы, содержащиеся в статьях.
Первое. Цепную реакцию в природном уране возбудить невозможно, даже если взять бесконечный его объем. Она могла бы возникнуть только при двух условиях: если при каждом акте деления выбрасывало бы не меньше пяти вторичных нейтронов, а их, как показали опыты, в среднем выделяется примерно два и три десятых, и если энергия этих вторичных нейтронов превышала бы три миллиона электронвольт, измерений же установили, что она составляет около двух миллионов.
Второе. Цепная реакция в природном уране возможна, если применить эффективный замедлитель, быстро снижающий энергию вторичных нейтронов, чтобы предотвратить их поглощение пассивным ураном-238. Лучший замедлитель — тяжелая вода. На основе известных в те годы констант ядерных реакций было рассчитано, что для цепной реакции потребуется пятнадцать тонн тяжелой воды. Через десять лет, как мы знаем, Фредерику Жолио для запуска тяжеловодного реактора хватило пяти тонн тяжелой воды: уточненные к тому времени константы оказались иными.
Третье. Даже небольшое обогащение природного урана его легким изотопом резко увеличивает реальность цепной реакции. Если повысить концентрацию урана-235 в один и восемьдесят пять сотых раза, то при бесконечном объеме урана возможен ядерный взрыв всей массы. А при повышении концентрации урана-235 в два раза, то есть до одного и четырех десятых процента, уже при сравнительно небольших объемах гарантируется возникновение цепной реакции без замедлителя — на быстрых нейтронах. Чем выше концентрация легкого урана, тем меньше размер критической массы, при которой цепная реакция реальна.
Четвертое. Урановый «котел» с замедлителем поддается регулировке. Работа ядерного реактора на медленных нейтронах в принципе должна протекать вполне безопасно, разумеется, при надлежащем контроле. Повышение же концентрации легкого изотопа без замедлителя делает цепную реакцию неконтролируемой и очень быстро протекающей, то есть ведет к ядерному взрыву.
Курчатов и использовал эти выводы Зельдовича и Харитона в программе ядерных работ, посланной в Академию наук, а также в докладе «Деление тяжелых ядер», прочитанном в ноябре 1940 года на Всесоюзном совещании по физике атомного ядра.