[1590]. В середине декабря Макмиллан ответил согласием; к тому времени, как Сегре вернулся в Беркли, Сиборг уже выделил из подвергнутого бомбардировке материала значительные образцы разных фракций, в том числе урана, продуктов деления, очищенного нептуния и редкоземельной фракции, возможно, содержащей элемент 94.
Таким образом, следовало провести два параллельных исследования[1591]. Группа Сиборга должна была заняться обнаруженным ею источником особенно интенсивного альфа-излучения в надежде доказать, что он является изотопом элемента 94, химически отличным от всех остальных известных элементов. Одновременно с этим Сегре и Сиборг собирались получить большое количество нептуния-239, найти продукт его распада (который должен был быть 23994) и попытаться оценить его способность к делению.
9 января Сегре с Сиборгом в течение шести часов бомбардировали на полутораметровом циклотроне десять граммов твердого уранового соединения, гексагидрата азотнокислого уранила (UNH). На следующее утро они бомбардировали в течение часа еще пять граммов этого же вещества. После полудня они уже знали по результатам измерений в ионизационной камере, что бомбардировка в циклотроне позволяет получить элемент 94. По их расчетам, один килограмм UNH, должным образом облученный, должен был давать около 0,6 микрограмма[1592] (миллионной части грамма) этого элемента, получающегося из нептуния по истечении времени, необходимого для бета-распада.
20 января группа Сиборга идентифицировала испускающее альфа-частицы дочернее вещество нептуния-239. Чтобы окончательно доказать, что это именно элемент 94, требовалась химическая очистка, и эта тонкая, трудоемкая работа шла в течение всего февраля. Самый важный шаг вперед был сделан в начале одной из недель, когда все регулярно работали за полночь, пытаясь проследить до самого конца сложные процессы фракционирования. Днем в воскресенье[1593] 23 февраля Валь обнаружил, что может осадить источник альфа-излучения из кислотного раствора, используя в качестве носителя торий. Однако потом ему не удалось отделить альфа-источник от тория. Он поговорил с профессором химии, работавшим в Беркли, и тот посоветовал использовать более сильный окислитель.
Тем же вечером Сиборг и Сегре начали на полутораметровом циклотроне бомбардировку 1,2 килограмма UNH для преобразования части содержащегося в нем урана в нептуний. Они упаковали UNH в стеклянные пробирки, установили пробирки в отверстия, просверленные в 25-сантиметровом брикете парафина, и поместили парафин в деревянный ящик. Затем они установили деревянный ящик за бериллиевой мишенью большого циклотрона, который выбивал из бериллия многочисленные нейтроны мощным пучком дейтронов – самых удобных частиц для ускорения в циклотроне, ядер дейтерия, полученных из тяжелой воды, – с энергией 16 МэВ. Установив UNH в циклотрон, Сиборг поднялся на третий этаж Гилман-холла, под самую крышу, в тесную комнатку с маленьким балконом, в которой Валь занимался фракционированием. Этим вечером Валь испытывал новый окислитель; Сиборг был рядом с ним. Метод сработал; торий осадился из раствора, а альфа-источник остался в нем, причем в таком количестве, что на линейном усилителе возникало около 300 импульсов в минуту. Это, пишет Сиборг, стало «ключевым шагом к нашему открытию»[1594], но еще нужно было осадить альфа-источник, и они занимались этим всю ночь. Как вспоминает Сиборг[1595], он заметил наступление нового дня – освещенные здания Сан-Франциско к западу, за заливом, – когда вышел на балкон, чтобы очистить свои легкие от испарений. «Это окончательное отделение от Th, – подчеркивает Сиборг, – продемонстрировало, что наш источник альфа-излучения может быть отделен от всех других элементов, и, таким образом, стало ясно, что наше альфа-излучение связано с новым элементом, имеющим атомный номер 94»[1596].
Бомбардировка килограммового образца Сегре и Сиборга продолжалась неделю с периодическими перерывами на другие эксперименты, занимавшие циклотрон. Радиоактивность UNH усилилась; когда они сконцентрировали полученный 239Np, интенсивность излучения возросла до опасно высокого уровня. Они начали работать с защитными очками и свинцовыми экранами; сперва они растворили уран в двух литрах эфира, а затем пропустили раствор через последовательность тщательных осаждений.
Пятое и шестое переосаждения были закончены в четверг 6 марта. Из 1,2 килограмма UNH было выделено менее одной миллионной грамма чистого 239Np, смешанного с носителем в количестве, достаточном для получения пятна на дне миниатюрной платиновой чашки, имевшей около полутора сантиметров в поперечнике и около сантиметра с четвертью в глубину. Высушив эту крошку вещества, отвергнутого Богом в момент творения, они попросту обрезали бортики платиновой чашки, залили образец защитным слоем клея «Duco», прикрепили его к куску картона, наклеили этикетку «Образец А» и оставили до тех пор, пока нептуний полностью не распался в 23994.
В пятницу 28 марта (на той же неделе командующий Африканским корпусом фельдмаршал Эрвин Роммель начал крупномасштабное наступление в Северной Африке, норма выдачи мяса в Британии была уменьшена до 170 граммов на человека в неделю, а британские самолеты-торпедоносцы успешно атаковали итальянский флот, возвращавшийся из Эгейского моря, что очень заинтересовало японцев) Сиборг записал:
Сегодня утром мы с Кеннеди и Сегре провели первые испытания делимости 23994 на образце А…
За последние несколько недель Кеннеди собрал портативную ионизационную камеру с линейным усилителем, пригодным для регистрации импульсов деления… Образец А (содержащий, по нашим оценкам, 0,25 микрограмма 23994) был помещен около защищенного экраном окна ионизационной камеры в парафиновой оболочке вблизи бериллиевой мишени метрового циклотрона. Нейтроны, полученные в результате облучения бериллиевой мишени дейтронами с энергией 8 МэВ, дают интенсивность деления в 1 событие в минуту на микроампер. Когда ионизационную камеру окружают кадмиевым экраном, интенсивность деления падает практически до нуля…
Это убедительно свидетельствует о том, что 23994 подвержен делению медленными нейтронами[1597].
Название нового элемента, который делился как 235U, но мог быть химически отделен от урана, они официально предложили только в 1942 году. Но Сиборг уже знал, как его нужно назвать. В 1789 году Мартину Клапроту пришла мысль связать открытый им новый элемент с недавним открытием планеты Уран; Макмиллан продолжил эту традицию, использовав название Нептуна; Сиборг решил назвать элемент 94 в честь Плутона, девятой планеты Солнечной системы[1598], открытой в 1930 году и названной именем греческого бога подземного мира, бывшего одновременно богом плодородия земли и богом, владеющим душами умерших: его назвали плутонием.
Фриш и Пайерлс получили свое малое расчетное значение критической массы 235U, исходя из разумных теоретических предположений. Всю эту зиму группа Мерла Тьюва с ФЗМ продолжала совершенствовать свои измерения сечений; в марте Тьюв смог отправить в Англию измеренное значение сечения деления 235U быстрыми нейтронами, с которым британцы получили значение критической массы, несколько превышавшее оценку Фриша и Пайерлса: около восьми килограммов без отражателя, от четырех до четырех с половиной килограммов при наличии окружающего уран достаточно массивного и хорошо отражающего экрана[1599]. «Первая проверка теории, – торжествующе писал Пайерлс в этом месяце, – дала совершенно положительный результат, и нет никаких сомнений в том, что вся схема может быть реализована (если будут успешно решены технические проблемы разделения изотопов), и урановый шар критического размера может быть получен»[1600].
Чедвик также продолжал измерения сечений. Он и так был человеком трезвомыслящим; новые числа, которые он увидел, отрезвили его еще сильнее. Он описывал эту перемену в интервью, которое он дал в 1969 году:
Я до сих пор хорошо помню весну 1941 года. Тогда я осознал, что ядерная бомба не просто возможна, – а неизбежна. Рано или поздно те же идеи не могут не появиться у кого-то еще. Вскоре их будут обдумывать все, и какая-нибудь страна воплотит их в жизнь. И мне не с кем было об этом поговорить. Видите ли, главными сотрудниками лаборатории были Фриш и [польский физик-экспериментатор Йозеф] Ротблат. Как бы высоко я их ни ценил, они не были британскими гражданами, а все остальные были просто юнцами. Я провел множество бессонных ночей. Но я понимал, насколько серьезный оборот может принять дело. И мне пришлось начать принимать снотворное. Другого средства не было. С тех пор я не переставал его принимать. Прошло уже 28 лет, и мне кажется, что за эти 28 лет я не провел без снотворного ни одной ночи[1601].
12Сообщение из Британии
Зимой 1941 года Джеймс Брайант Конант приехал в Лондон[1602], чтобы открыть там бюро связи между британским правительством и Национальным комитетом оборонных исследований. Конант был первым американским ученым, обладавшим административными полномочиями, который посетил воюющую страну после импровизированного визита делегации Тизарда, и впоследствии он считал эту поездку «самым необычным впечатлением в моей жизни». «Я видел крепких духом людей под бомбами. Я видел непоколебимое правительство, загнанное в угол. Почти ежечасно я видел или слышал что-нибудь, что