Создание атомной бомбы - Ричард Роудс Страница 61

большей длины с учетом увеличивающейся скорости ионов, то теоретически можно получать все большее ускорение до тех пор, пока ионы не рассеются слишком далеко от центра и не начнут соударяться со стенками цилиндра. Важное новшество решения Видероэ состояло в том, что оно позволяло получить увеличение ускорения с использованием сравнительно малого напряжения. «Эта новая идея, – говорит Лоуренс, – сразу показалась мне именно тем реальным решением технической задачи ускорения положительных ионов, которого я искал. Я не стал читать статью дальше и рассчитал предположительные параметры линейного ускорителя протонов, позволяющего разгонять их до энергий свыше миллиона [вольт]»[634].

В первый момент результаты расчетов Лоуренса показались ему обескураживающими. Выходило, что труба ускорителя должна быть «несколько метров длиной», то есть, по его мнению, слишком длинной для лаборатории (современные линейные ускорители достигают в длину 3,2 км)[635]. «Соответственно, я задумался, нельзя ли вместо того, чтобы использовать большое число цилиндрических электродов, выстроенных в одну линию, многократно использовать всего два электрода, проводя положительные ионы вперед и назад через эти электроды при помощи магнитного поля подходящей конфигурации»[636]. Конфигурация, о которой он подумал, была спиральной. «Он почти моментально осознал, – писал впоследствии Альварес, – что линейный ускоритель можно “свернуть” в ускоритель спиральный, если поместить его в магнитное поле»[637], потому что силовые линии такого поля будут направлять ионы по нужной траектории. При наличии подаваемых в точно рассчитанные моменты толчков ионы будут лететь по спирали, причем спираль эта будет становиться все шире по мере ускорения частиц, причем удерживать их на нужной траектории будет все труднее. Затем, выполнив простой расчет результатов применения магнитного поля, Лоуренс обнаружил, что спиральный ускоритель обладает еще одним неожиданным достоинством: более медленные частицы совершают в магнитном поле оборот по траектории меньшего радиуса в точности за то же время, за которое частицы более быстрые совершают оборот по своей более длинной траектории. Это означало, что все эти частицы выгодно разгонять вместе, одними и теми же чередующимися толчками.

Лоуренс пришел в восторг и поспешил рассказать о своем открытии всем на свете. В преподавательском клубе он нашел еще не спавшего астронома и привлек его к проверке своих вычислений. На следующий день он поразил одного из своих дипломников, завалив его расчетами спирального ускорения, но не проявив никакого интереса к эксперименту по теме его работы. «Ах, это, – ответил Лоуренс на вопрос студента. – Ну, по этому вопросу вы уже знаете не меньше моего. Продолжайте самостоятельно»[638]. Следующим вечером жена одного из преподавателей, проходя по кампусу, была напугана внезапным воплем пробегавшего мимо молодого экспериментатора: «Я буду знаменитым!»[639]

После этого Лоуренс поехал на восток, на съезд Американского физического общества, и обнаружил там, что лишь немногие из его коллег разделяли его точку зрения. Механикам, не обладавшим его энтузиазмом, казалась неустранимой проблема рассеяния. Мерл Тьюв воспринял его идею скептически. Джесси Бимс, коллега по Йелю и близкий друг Лоуренса, считал, что идея прекрасна, если только ее удастся осуществить. Лоуренс пользовался репутацией человека энергичного, но – то ли потому, что никто его не поддержал, то ли потому, что сама идея казалась ему верной и надежной, но в том, каким получится ее материальное воплощение на лабораторном стенде, он не был уверен, – изготовление своего спирального ускорителя он постоянно откладывал. Он был не первым человеком, замершим в нерешительности на самом пороге будущей славы.

Оппенгеймер приехал на помятом сером «крайслере»[640] летом 1929 года, после очередного отпуска, проведенного с Фрэнком на ранчо в Сангре-де-Кристо. Ранчо называлось теперь Перро-Кальенте («Горячая Собака»), от дословного испанского перевода восклицания «Hot dog!»[641], которое вырвалось у Оппенгеймера, когда он узнал, что этот участок сдается. Оппенгеймер нашел в Лоуренсе «невероятную энергию и жизнелюбие». «Весь день работает, потом убегает на теннис, потом работает еще полночи. Его заинтересованность была такой первобытно живой [и] плодотворной, а моя – в точности противоположной»[642]. Они вместе ездили верхом, причем у Лоуренса были жокейские рейтузы и английское седло – на американском-то Западе! – как считал Оппенгеймер, чтобы подчеркнуть отчуждение от фермы. Когда Лоуренсу удавалось вырваться с работы, они отправлялись на его REO в долгие поездки в Йосемити или в Долину Смерти.

Необходимый импульс придал Лоуренсу Отто Штерн, именитый экспериментатор из Гамбургского университета, защитивший диссертацию в Бреслау, которому был тогда сорок один год; в будущем его ждала Нобелевская премия (хотя в этом отношении Лоуренс его опередил). Как-то после рождественских праздников они ужинали в ресторане в Сан-Франциско, в который можно было попасть после приятной поездки на пароме через еще не перекрытый мостом залив[643]. Когда Лоуренс в очередной раз рассказал свою уже привычную историю о частицах, раскручивающихся до неограниченно высоких энергий в удерживающем их магнитном поле, Штерн, вместо того чтобы вежливо откашляться и сменить тему – как это бывало со многими другими коллегами, – загорелся, на свой германский манер, таким же энтузиазмом, какой испытывал вначале сам Лоуренс. Он велел Лоуренсу немедленно уйти из ресторана и взяться за дело. Лоуренс все же дождался утра, поймал одного из своих аспирантов и вытянул из него обещание принять участие в этом проекте, как только тот закончит подготовку к аспирантским экзаменам.

Получившаяся установка выглядела в видах сверху и сбоку следующим образом:

Два цилиндра ускорителя Видероэ превратились в два латунных электрода в форме половинок разрезанной надвое цилиндрической банки. Они были полностью заключены внутрь вакуумной камеры, а вакуумная камера была установлена между двумя круглыми, плоскими полюсами большого электромагнита.

В пространстве между двумя электродами (которые стали называть дуантами, а по-английски – dees, то есть «буквами D», которые они напоминали формой), в центральной точке находятся раскаленная нить и патрубок для вывода газообразного водорода, который производят протоны, направляемые в магнитное поле. Два дуанта, на которые поочередно подают напряжение разных знаков, отталкивают и притягивают протоны, летящие по окружности. После прохождения частицами приблизительно сотни ускоряющих витков спирали их пучок выводят, после чего его можно направить на мишень. 2 января 1931 года Лоуренс и его студент М. Стэнли Ливингстон получили в камере размером около 12 сантиметров с использованием напряжения менее 1000 вольт протоны, ускоренные до 80 000 вольт.

Проблема рассеяния разрешилась сама собою при низких ускорениях, когда Ливингстон решил убрать тонкую проволочную сетку, установленную в зазоре между дуантами, чтобы исключить возникновение ускоряющего электрического поля на внутреннюю область дрейфа. Внезапно оказалось, что между краями дуантов электрическое поле действует как линза, фокусируя летящие