Деление урана. 
Возникновение и развитие атомной и ядерной физики

Вскоре после сообщения ферми о трансурановых элементах немецкий химик Ида Ноддак опубликовала в химическом журнале статью, в которой указывала, что под воздействием нейтронов ядра распадаются на изотопы, отнюдь не являющиеся соседями бомбардирующих элементов, ферми, Ган и другие физики сочли предположение Ноддак абсурдным.

В 1936 г. вопросом о захвате нейтронов заинтересовался Бор. В опубликованной в «Nature» статье «Захват нейтрона и строение ядра» он указал, что «типичные черты ядерных реакций проявляются при столкновении с нейтронами», и отметил, что «наиболее интересные данные получены ферми и его сотрудниками по искусственной радиоактивности при бомбардировке как быстрыми нейтронами, так и тепловыми нейтронами». Анализируя эти данные, Бор пришел к выводу, что процесс ядерной реакции, обусловленный захватом нейтрона, следует разделить на две не зависящие друг от друга стадии.

Первая стадия заключается в том, что захват нейтрона ядром приводит «к образованию составной системы, характеризующейся замечательной устойчивостью». Это «компаунд-ядро» находится в возбужденном состоянии, причем энергия распределяется между всеми частицами ядра и в последующем (вторая стадия.— П.К.) может освобождаться в виде гамма-излучения либо «может опять концентрироваться на какой-то частице у поверхности ядра», так что эта частица может покинуть ядро. Самым существенным моментом в теории Бора было представление о ядре как о сложной системе. Нейтрон взаимодействует не с какой-либо отдельной частицей ядра, а отдает энергию всему коллективу частиц, образующих ядро. Теория, «опирающаяся на соответствующее применение задачи одного тела… теряет всю свою ценность» в случае захвата нейтрона ядром, «где мы с самого начала имеем дело с существенно коллективными аспектами взаимодействия между составляющими ядро частицами». О теории Бора рассказывал на сессии физико-математического отделения Академии наук СССР в марте 1936 г. И. Е. Тамм в докладе о проблеме атомного ядра. Я. И. Френкель, выступая по докладу, говорил: «В связи с теорией Бора ясно, что сложное ядро до некоторой степени подобно твердому или жидкому телу, состоящему из большого числа частиц, сильно связанных друг с другом. Отсюда возникает весьма естественно мысль, нельзя ли рассматривать ту энергию, которую нейтрон, приставший к ядру, сообщает всей совокупности частиц, образующих его как своего рода тепловую энергию.

При этом состояние системы характеризуется некоторой температурой, соответствующей этой энергии и числу частиц. Нагретое ядро имеет некоторые шансы испариться, и это испарение является той дезынтеграцией, которая воспринимается нами в виде вылетающего из ядра нейтрона или протона или альфа-частицы…" .

Однако ни Бор, ни Френкель не стали развивать идею о ядре как жидкой капле, они остановились на «твердой» модели. Как экспериментаторы, так и теоретики очень близко подходили к явлению деления, но, загипнотизированные всей совокупностью представлений о ядерных реакциях, не могли увидеть сути дела. В 1938 г. наступила развязка сложной ситуации, вызванной результатами, полученными ферми. Сложность ситуации объяснялась обилием радиоактивных изотопов, к тому же открытие изомерии Курчатовым еще более осложнило обстановку. Распутать цепочку продуктов, получающихся в результате бомбардировки урана нейтронами, было непросто.

Ирен Кюри, работая сначала с Хальбаном, а потом с югославом Павлом Савичем, получила радиоактивное вещество с периодом полураспада 3,5 ч, напоминающее торий. Ган, проверяя этот результат, показал, что продукт, который Кюри и Савич потом стали называть R (3,5 ч), не может быть торием. Ирен Кюри и Савич согласились с выводом Гана и, продолжая исследования, показали, что R (3,5 ч) по свойствам напоминает актиний и еще больше лантан. Прочитав статьи Кюри и Савич, Ган был поражен, он подумал, что Кюри и Савич совершенно запутались, и решил тщательно проверить их опыты. Ган рассуждал так: если R (3,5 ч) — аналог лантана, то его материнский продукт должен походить на радий, аналогичный барию. Наблюдаемый Ганом и Штрассманом мнимый радий, действительно, обладал всеми свойствами радия. 20 декабря 1938 г. в результате многих опытов по идентификации нового элемента они установили окончательно, что в числе продуктов бомбардировки, несомненно, имеется барий. Но еще до публикации статьи Ган прислал Мейтнер письмо с изложением своих результатов. К Мейтнер в это время на рождественские каникулы приехал ее племянник Отто Фриш, работавший у Бора. Мейтнер показала ему письмо Гана и на скептическое отношение фриша к содержанию письма сказала, что дело очень важное и необходимо объяснить получение бария из урана. Во время лыжной прогулки они решили задачу: ядро делится на осколки, приобретающие под действием электростатического отталкивания энергию около 200 МэВ, что как раз составляло энергию, связанную с дефектом массы. Фриш провел соответствующий эксперимент с ионизационной камерой, «с помощью которой можно было без труда наблюдать большие импульсы, возникающие от ионизации, производимой осколками деления» .

16 января фриш и Мейтнер опубликовали статью, в которой, в частности, был впервые употреблен термин «деление», подсказанный Фришу американским биологом Арнольдом. 26 января 1939 г. в Вашингтоне на конференции по теоретической физике Бор сообщил об открытии деления урана. 28 июля 1940 г. Н. Бор и Дж.

Уиллер представили статью «Механизм деления ядер», в которой было дано «объяснение механизма деления ядра на основе модели ядра как жидкой капли». Модель жидкой капли, которая могла бы предсказать деление ядер, начала активно «работать» при объяснении механизма деления. Бор и Уиллер показали, что под действием медленных нейтронов делятся изотопы урана-235 и что нейтроны, наблюдаемые при делении, «не могут возникать в самом процессе деления». «Запаздывающее излучение нейтронов действительно является результатом ядерного возбуждения, которое сопровождает бета-распад нейтронов» .