Это обращение в правительство дало результаты. В мае 1938 года с целью рассмотрения проекта циклотрона ЛФТИ была создана комиссия в ОМЕН Академии наук. И. В. Курчатов и А. И. Алиханов получили положительное заключение на свой проект. Больше того, основываясь на проекте циклотрона ЛФТИ, комиссия ОМЕН 17 июня 1938 года признала необходимым сооружение в СССР еще одного, более мощного циклотрона для получения частиц с большой энергией. Проблемы ядерных исследований в планах Академии наук на 1939 год получили приоритет, был намечен ряд организационных мер по объединению ведущихся в стране работ по ядру, по созданию научно-исследовательской экспериментальной базы в Москве и построению там мощного ускорителя.
Между тем 25 ноября 1938 года Президиум АН СССР принял постановление "Об организации в Академии наук работ по исследованию атомного ядра". Согласно ему в академии была создана Комиссия по атомному ядру, которую возглавил академик С. И. Вавилов. В нее вошли А. Ф. Иоффе, И. М. Франк, А. И. Алиханов, И. В. Курчатов, В. И. Векслер и представитель Украинского физико-технического института (УФТИ). Комиссия начала работу с подготовки проекта "докладной записки в Правительство о необходимости правительственных мероприятий для организации работ по атомному ядру в СССР".
В декабре 1938 года Президиум АН СССР внес предложение перевести лабораторию Курчатова из ЛФТИ в ФИАН и построить циклотрон в Москве. Это обеспокоило Курчатова и вызвало несогласие Иоффе. Абрам Федорович подписал совместно с С. И. Вавиловым записку "К вопросу о плане строительства циклотронов", в которой обосновал необходимость строительства в стране минимум трех циклотронов, а не одного, чтобы можно было обеспечить необходимое для СССР развитие работ по атомному ядру на ближайшие годы.
Поддерживая Иоффе, свою точку зрения по этим вопросам высказал и Курчатов. На заседании бюро Отделения физико-математических наук (ОФМН) 26 мая 1939 года он аргументированно высказался за строительство циклотрона в Ленинграде и за оставление его ядерной лаборатории в ЛФТИ. И учитель, и ученик обеспокоились, что все наработанное в ЛФТИ будет потеряно, а в результате и вся советская физика будет отброшена далеко от уровня передовых стран. Без циклотрона, которого в Москве пока еще не было, Курчатов работать не мог: в поисках надежного источника нейтронов он не раз обращался в Комиссию по атомному ядру, членом которой являлся, с просьбой предоставить все те же указанные выше два грамма радия, но получал отказ. Только незадолго до начала войны ЛФТИ получил один (!) грамм радия.
На 1939 год Курчатов планировал провести в ЛФТИ работы по рассеянию альфа-частиц легкими ядрами; дальнейшему исследованию изомерии ядра и выяснению связи этого явления с внутренней конверсией; разработке чувствительной ионизационной камеры для регистрации нейтронов; строительству циклотрона. Все они успешно завершились на уровне открытий, в том числе и работы по сооружению циклотрона ЛФТИ, включая изготовление магнита для него на заводе "Электросила". Несмотря "на отсутствие фондов и даже вначале средств", практические задачи по созданию циклотрона продвинулись, о чем А. Ф. Иоффе заявил в докладе "О работе физико-технического института за 1939 г." на сессии ОФМН Академии наук СССР 27 февраля 1940 года.
Согласившись на расширение научных исследований в области ядерной физики, руководство страны отнюдь не снимало с ученых ответственности за научно-прикладные работы. В этой связи коллектив лаборатории Курчатова в 1939–1940 годах вместе с заводом "Ленкинап" разрабатывает метод применения серно-таллиевых фотоэлементов в звуковых кинопередвижках, используемых в сельских и военно-полевых условиях; занимается вопросами внедрения таких фотоэлементов в разные области техники; совместно с заводом "Красный треугольник" исследует возможность снижения износа автопокрышек на автомобилях "ЗИС", широко применяемых как в народном хозяйстве, так и в Красной армии; разрабатывает способ получения резины из жестких сортов синтетического каучука.
Глава пятая
ОТКРЫТИЕ СПОНТАННОГО ДЕЛЕНИЯ УРАНА
1939 год стал историческим рубежом в овладении атомной энергией. За три года до того момента, когда была предсказана принципиальная возможность ее высвобождения, и за семь лет до того, как это впервые было сделано Э. Ферми в США, великий В. И. Вернадский писал в 1935 году: "Недалек тот день, когда человек овладеет тайнами атомной энергии - источником колоссальной силы, который даст человечеству возможность строить свою жизнь по своему усмотрению. Сумеет ли человек правильно использовать эту энергию, направить ее на благие цели, а не на самоуничтожение: достаточно ли зрелыми являются люди для того, чтобы разумно использовать ту силу, которую они неизбежно получат из рук ученых?"
В конце 1938 года немецкие ученые О. Ган и Ф. Штрассман послали на публикацию работу, в которой доказали, что под действием медленных нейтронов происходит деление ядер урана, сопровождающееся выделением огромной энергии. Мысль о делении урана на два осколка пришла в голову ученику Бора Отто Фришу и Лизе Мейтнер как единственное объяснение опытов Гана и Штрассмана в Берлине и опытов Ирен Кюри в Париже. Фриш и Мейтнер по телефону сообщили свои выводы Бору, находившемуся в тот момент в Америке. Бор передал эти сообщения, тоже по телефону, четырем американским лабораториям, имеющим циклотрон, и через десять дней эти лаборатории подтвердили гипотезу о делении урана. Уже к февралю 1939 года это явление было подтверждено работами ряда физических лабораторий мира. Изучение деления ядер урана превращалось из теоретической научной проблемы в технологическую.
Все достижения, как зарубежные, так и собственные, горячо обсуждали на Курчатовском семинаре. Была проанализирована, в частности, только что выполненная работа Ю. Б. Харитона и Я. Б. Зельдовича, в которой авторы провели расчет цепной реакции деления урана и показали, что, обогащая природный уран его легким изотопом (ураном-235), можно получить взрывную реакцию. Они установили и условия решения этой задачи.
С целью изучения возможности цепной реакции на быстрых нейтронах Курчатов развернул свои первые исследования по проблеме деления тяжелых ядер. В тематическом плане НИР ЛФТИ на 1940 год по своей лаборатории он планировал детально изучить взаимодействие нейтронов с ядрами урана и тория и выяснить, возможна ли цепная ядерная реакция и каковы условия ее осуществления. Проведение этого исследования с самого начала Курчатов взял под свою опеку: разработал план и методику проведения контрольных экспериментов, выделил в качестве лаборатории двум молодым физикам, своим дипломникам Г. Н. Флерову и К. А. Петржаку, часть своего кабинета в Физтехе.
Флеров и Петржак исследовали этот вопрос с помощью созданного ими под руководством своего научного руководителя детектора нейтронов - камеры деления с рекордной чувствительностью. Чувствительность их камеры деления была прямо пропорциональна площади ее электродов, на которые тонким слоем был нанесен уран, из которого выходили осколки деления. Она была в тысячу раз выше, чем у Уилларда Либби, проводившего аналогичные опыты в Калифорнийском университете.
Конструкцию своей камеры Флеров и Петржак построили наподобие образа конденсатора переменной емкости. В отличие от последнего все 25 пластин камеры были жестко закреплены. Их общая площадь равнялась тысяче квадратных сантиметров. Петржак, умея хорошо рисовать (он освоил это ремесло в детстве, чтобы прокормиться и не пропасть среди беспризорников), нанес на электроды камеры чрезвычайно ровный слой окиси урана и покрыл его затем сусальным золотом. Такое покрытие являлось совершенно необходимым условием для того, чтобы в случае появления пылинки на поверхности электрода исключить на выходе камеры импульсы, возникающие в области пылинки, где происходит пробой газового промежутка между пластинами.
При проведении длительного фонового опыта экспериментаторы обнаружили мощный импульс, характерный для осколков деления. Курчатов, проанализировав результаты опыта как новое явление, потребовал "бросить все и заниматься… год, два, десять, сколько потребуется, чтобы уяснить его суть до конца". Наметил контрольные эксперименты, приказал повысить еще чувствительность камеры. В нее ввели эманацию радия - радон. Фон возрос, но скорость счета импульсов не изменилась. Курчатов приказал защитить камеру толстым слоем вещества, чтобы исключить влияние космических частиц. Для этого проверку следовало проводить под водой или под землей. Научный руководитель распорядился закончить эксперимент в ЛФТИ, а продолжить его в водах Финского залива, в процессе чего наблюдаемое новое явление самопроизвольного деления урана подтвердилось. Тогда исследователи впервые назвали этот процесс "спонтанным делением".
Для дополнительных экспериментов Курчатов добился разрешения использовать московскую станцию метро "Динамо". Около полугода Флеров и Петржак работали в Москве под шестидесятиметровым слоем земли. Эффект и здесь оказался прежним. Выяснилось, что спонтанное деление ядер урана не связано с космическим излучением. Через месяц Курчатов пришел к уверенности, что совокупность экспериментальных данных служит бесспорным доказательством существования в природе нового вида радиоактивности. Он поручил своим сотрудникам подготовить сообщение. Короткую заметку об открытии, подписанную Флеровым и Петржаком, А. Ф. Иоффе направил по трансатлантическому кабелю (каблограммой) в американский журнал "Physical Review", и в июне 1940 года она увидела свет.
Сообщение об экспериментах Флерова и Петржака В. Г. Хлопин сделал на майской сессии Академии наук. Оба автора открытия, написав статью, предложили Курчатову подписать ее в качестве одного из соавторов, но он отказался. Тогда они завершили ее фразой: "Мы приносим искреннюю благодарность за руководство работой проф. И. В. Курчатову, наметившему все основные контрольные эксперименты и принимавшему самое непосредственное участие в обсуждении результатов исследования".
В "Отчете о научной работе РИАН СССР за I полугодие 1940 года" это исключительное событие В. Г. Хлопин изложил так: "Исключительное научно-ценное открытие было сделано аспирантом К. А. Петржаком совместно с сотрудником ЛФТИ Г. Н. Флеровым, которым удалось показать наличие спонтанного деления ядер урана. Результат доложен на Ученом Совете РИАН и на майской сессии Академии наук. Направлены статьи в "Доклады А. Н." и в Физикл ревью". О роли Курчатова не было сказано ни слова.
Вспоминая работу с Курчатовым уже после его смерти, Флеров и Петржак писали, что "несомненно, под этим сообщением первой должна была стоять фамилия Курчатова. Он высказал идею опытов с фотонейтронами, по его заданиям была сконструирована сверхчувствительная камера деления, которая и дала возможность обнаружить спонтанное деление. С ним обсуждались все планы и детали опытов, им были предложены все контрольные эксперименты и неожиданный результат. А уж доказательства реальности явления принадлежали ему все без исключения. И главное, весь фундамент, школа были его. Но Курчатов отказался подписать сообщение. После выхода работы в свет мы от него узнали, что он не хотел "затенять" своих учеников. Ему был важен их успех". Позже, в 1978 году, Г. Н. Флеров подтвердил, что Курчатов стремился к успеху, но не к своему, а своей школы, "ему был важен успех учеников". К. А. Петржак, выступая в 1983 году на Курчатовских чтениях в Ленинграде, свидетельствовал: "Курчатов категорически отказался поставить свою фамилию в число авторов. Он опасался, что впоследствии непосредственные исполнители будут забыты и останется только его имя".
Отклика на свое сообщение из-за границы авторы так и не получили, так как в то время эти исследования в США были уже засекречены. Да и в других странах постепенно происходило то же самое.
Открытие спонтанного деления - самая значительная работа школы Курчатова в ядерной физике довоенного времени. Оно было сделано у нас значительно раньше, чем в других странах. Данные Флерова и Петржака были подтверждены в 1942 году немецкими учеными Г. Позе и Ф. Маурером, которые в журнале "Zeitschrift für Physic" сообщили о наблюдении спонтанного деления, но об этом курчатовцы узнали только после окончания Второй мировой войны. Это открытие подтвердило оптимистический вывод Курчатова о возможности осуществления цепной реакции на медленных нейтронах и позволило ему еще в 1940 году дать оценки критических масс для систем из урана и замедлителя. Без открытия самопроизвольного деления урана решение проблемы практического получения и технического использования внутриядерной энергии не могло бы стать реальностью.
В введении к докладу о своем открытии авторы отмечали, что возможность спонтанного деления урана была теоретически предсказана Н. Бором и Ф. Уилером как редчайший процесс, в котором период полураспада урана по отношению к новому виду радиоактивности составляет 1022 года, а эксперименты У. Либби потерпели неудачу, так как чувствительность его камеры была недостаточной, чтобы обнаружить спонтанное деление.
Долгие годы многослойная ионизационная камера хранилась у одного из ее создателей - К. А. Петржака. 16 ноября 1984 года Константин Антонович, которому шел семьдесят восьмой год, передал ее в Мемориальный дом-музей своего учителя Курчатова. Зная это, Георгий Николаевич Флеров, часто приезжавший из Дубны на свою московскую квартиру, каждый раз заглядывал в музей. Он непременно подходил к витрине, подолгу стоял и задумчиво смотрел на свою камеру, словно перелистывал в памяти незабываемую и волнующую страницу прошлого.
Сегодня ионизационная камера, теперь уже экспонат музея и памятник науки, свидетельствует, что работы школы Курчатова в 1930-е годы охватывали главные направления ядерной физики и были направлены на решение ее насущных задач, необходимых для достижения главной цели - осуществления управляемой самоподдерживающейся цепной ядерной реакции и, тем самым, высвобождения неисчерпаемых запасов ядерной энергии.
10 октября 1940 года это открытие было представлено на соискание Сталинской премии. Президиум Академии наук, однако, направил ее на дополнительное рассмотрение, как и работу других сотрудников Курчатова - Л. И. Русинова и А. А. Юзефовича, - а также труд самого Игоря Васильевича "Изомерия атомных ядер", которые были представлены на ту же премию в декабре 1940 года. Эти работы Курчатова и его сотрудников премии не получили. Но сам факт их выдвижения свидетельствует о высоком уровне научной деятельности коллектива Курчатова и его самого накануне Великой Отечественной войны. Полученные результаты привели в итоге к новым открытиям и поставили Курчатова в ряд выдающихся физиков-ядерщиков мира, что подтверждается воспоминаниями его соратников, учеников, соперников.