[1491]. «Я работал с этим веществом в течение пары месяцев в конце 1939 года», – вспоминает Нир. К сожалению, газ был слишком летучим; как Нир ни старался откачивать его вакуумным насосом, тот просачивался по метровой стеклянной трубке спектрометра и загрязнял пластины коллектора:
В конце концов я сказал: «Так дело не пойдет». В феврале 1940 года был сделан новый прибор, на что ушло около 10 дней. Наш стеклодув сделал для меня трубку масс-спектрометра, согнутую в форме подковы; металлические части я изготовил сам. В качестве источника урана я взял менее летучие тетрахлорид и тетрабромид урана, оставшиеся от [его более ранних] гарвардских экспериментов. Первое успешное разделение 235U и 238U было произведено 28 и 29 февраля 1940 года. Год был високосный, и после обеда в пятницу 29 февраля я приклеил маленькие образцы [собранные на никелевой фольге] на полях написанного от руки письма и часов около шести отнес его на почтамт Миннеаполиса. Письмо было отправлено срочной авиапочтой и прибыло в Колумбийский университет в субботу. Ранним утром в воскресенье меня разбудил междугородний звонок – звонил Джон Даннинг [который проработал всю ночь, бомбардируя образцы нейтронами, полученными из циклотрона Колумбийского университета]. Опыты с образцами в Колумбийском университете ясно показали, что деление ядер урана медленными нейтронами происходит именно в 235U[1492].
Этот опыт подтвердил гипотезу Бора, но также и усилил сомнения Бриггса в ценности природного урана; «весьма сомнительно, – сообщал он Уотсону 9 апреля, – возможно ли получение цепной реакции без отделения изотопа 235 от остального урана»[1493]. Нир, Даннинг и их сотрудники Юджин Т. Бут и Аристид фон Гроссе выразили приблизительно такое же мнение в своей статье, опубликованной в Physical Review 15 марта: «Эти эксперименты подчеркивают важность разделения изотопов урана в более крупных масштабах для исследования возможностей возникновения в уране цепной реакции»[1494]. Но Даннинг с самого начала предпочитал и энергично разрабатывал подход, подразумевающий разделение изотопов; результаты, полученные на медленных нейтронах, никак не отменяли возможности системы Ферми – Сциларда. Возможно, более обманчивыми были измерения, которые Нир и группа из Колумбийского университета получили затем на более крупных (но по-прежнему микроскопических) образцах и опубликовали 15 апреля: «Более того, число событий деления на микрограмм 238U, наблюдаемое при этих условиях, достаточно для объяснения практически всего деления быстрыми нейтронами, наблюдаемого в неразделенном уране»[1495]. Это утверждение было справедливо для измерений на таких маленьких образцах, но его формулировка наводила на мысль о незначительности деления быстрыми нейтронами 235U. На самом деле у Нира не было накоплено такого количества 235U, которое позволило бы группе Колумбийского университета измерить эту возможность. К тому времени все уже знали, что сечение деления 235U быстрыми нейтронами меньше, чем сечение деления этого изотопа медленными нейтронами. Но, как сообщалось в первой статье Нира и Колумбийского университета, последнее сечение было огромным – от 400 до 500 · 10–24 см2 [1496].
Поэтому не было ничего неожиданного в том, что 27 апреля, когда Урановый комитет собрался на заседание, на котором присутствовали Сакс, Пеграм, Ферми, Сцилард и Вигнер, он выслушал вновь разгоревшуюся дискуссию, ответил решительным отказом Саксу, призывавшему к быстрому движению вперед, и ничуть не поколебался в своей твердой решимости, что для начала крупномасштабного эксперимента с ураном и графитом следует дождаться от Ферми результатов экспериментов с графитом.
Получив наконец 6000 долларов, Колумбийский университет смог купить тот графит, который Сцилард нашел для Ферми. «В Пьюпинскую лабораторию начали прибывать тщательно завернутые брикеты графита, – вспоминает Герберт Андерсон; всего графита было четыре тонны. – Ферми с энтузиазмом вернулся к задаче о цепной реакции. Именно такую физику он любил больше всего. Вместе с ним мы стали складывать графитовые кирпичи в аккуратную стопку. В некоторых брикетах мы прорезали узкие щели для детекторов из родиевой фольги, которые мы собирались туда вставлять, и вскоре мы были готовы к измерениям»[1497].
«Физики с седьмого этажа Пьюпинской лаборатории стали похожи на углекопов, – добавляет Ферми, – и их жены, к которым усталые физики возвращались вечером, не могли понять, что́ происходит»[1498].
Предполагалось, что установка позволит определить, на какое расстояние вверх нейтроны, вылетающие из источника из радона и бериллия, окруженного парафином и установленного под графитовой колонной, смогут проникнуть через графит после начального торможения в рассеивающих столкновениях: чем большей оказалась бы длина пробега нейтронов, тем меньшим было сечение поглощения в углероде, и, следовательно, тем лучшим замедлителем был графит. Седьмой этаж Пьюпин-холла стал такой же беговой дорожкой, какой был второй этаж римского института. Вот как описывает обстановку Андерсон:
При каждом измерении мы следовали точному графику. Вставив родий в графит, источник устанавливали на его место внутри стопки и вынимали после экспозиции длительностью в одну минуту. Чтобы поместить родиевую фольгу под счетчик Гейгера за отведенные для этого 20 секунд [так как период полураспада наведенной в нем радиоактивности составляет всего 44 секунды], требовалась координация и быстрый бег. Разделение обязанностей было типичным. По сигналу я вынимал источник; Ферми с секундомером в руке хватал родий и со всех ног бежал по коридору. Ему едва хватало времени, чтобы аккуратно установить фольгу на нужное место, закрыть свинцовую заслонку и, в заранее определенный момент, начать отсчет. Затем, явно удовлетворенный, что все идет как надо, он наблюдал за вспышками на счетчике, барабаня пальцами в такт его щелчкам. Такое наглядное проявление радиоактивности неизменно приводило его в восторг[1499].
Сечение поглощения, как рассчитали впоследствии Ферми и Андерсон, оказалось достаточно малым для практических целей – 3 · 10–27 см2 [1500]. Они считали, что оно может быть и еще меньшим при более чистом графите. Результаты измерений давали убедительные аргументы в пользу планов Ферми и Сциларда попытаться возбудить цепную реакцию на медленных нейтронах в природном уране.
Однако, хотя такие планы могли предусматривать возможность создания в будущем источника энергии, американские ученые и чиновники, консультировавшие Бриггса, пока что не могли найти им никакого военного приложения. В апреле британский комитет Томсона попросил А. В. Хилла, советника по науке при британском посольстве в Вашингтоне, выяснить, что́ американцы предпринимают по поводу деления ядра. Как рассказывает официальная история британской программы по атомной энергетике, Хилл поговорил с неназванными «учеными Института Карнеги»[1501] и пересказал их мнение в следующих едких выражениях:
Вполне можно предположить, что в конце концов появятся практические инженерные решения и возможности военного применения. Однако мои американские коллеги заверили меня, что в настоящее время их нигде не видно, и заниматься ураном в рамках военного исследования для людей, занятых в Англии более насущными вопросами, было бы пустой тратой времени. Если появится что-нибудь, потенциально ценное с военной точки зрения, они, несомненно, своевременно известят нас об этом. Эта тема разрабатывается американскими физиками или интересует большое их количество; они располагают превосходными материальными средствами оборудованием; они настроены к нам чрезвычайно благосклонно и считают, что будет гораздо лучше, если они будут заниматься этим делом, чем если наши ученые станут тратить свое время на решение вопросов, весьма интересных с научной точки зрения, но с точки зрения практической, вероятно, представляющих собой поиски химер[1502].
Возможно, мнение сотрудников Института Карнеги было чересчур жестким, но его нельзя назвать полностью предвзятым. Робертс, Хафстад и еще один физик с ФЗМ Норман П. Хейденбург провели более точные измерения сечения деления быстрыми нейтронами, рассеяния и захвата для природного урана. Используя их цифры, Эдвард Теллер получил в одном из многих расчетов, которые он выполнил в течение этого периода, значение критической массы, превышающее тридцать тонн[1503], то есть того же порядка величины, какой получился до этого в вычислениях Перрена и Пайерлса. Робертс сделал из этого лишь чуть более пессимистический вывод, что «сечение захвата [в природном уране] так велико, что возникновение цепной реакции на быстрых нейтронах представляется сейчас невозможным, даже в бесконечно большом блоке чистого урана»[1504]. Таким образом, к весне 1940 года эксперименты, проведенные в Колумбийском университете и на ФЗМ, исключили возможность деления 238U медленными нейтронами и его значительного деления быстрыми нейтронами, а также доказали наличие деления 235U медленными нейтронами. Несимметричность этой картины могла бы послужить подсказкой. Но ее никто не заметил.