Первую половину XX в. физики всего мира тщательно изучали строение атома и его ядра. Многих поражало, что, несмотря на свою малость, одна капля воды состоит примерно из 6000 миллиардов миллиардов (6 000 000 000 000 000 000 000) атомов водорода и кислорода. А каждый атом имеет строение, в некоторой степени сходное со строением нашей Солнечной системы. Вокруг ядра-«солнца» вращаются крохотные «планеты» – электроны.

В свою очередь атомное ядро состоит из двух основных строительных кирпичиков Вселенной – протонов и нейтронов или, как их еще называют, нуклонов. Электрон и протон – заряженные частицы. Причем величина заряда каждого из них одинакова; с той лишь разницей, что протон всегда заряжен положительно, а электрон – отрицательно. Нейтрон не несет электрического заряда, зато имеет очень большую проницаемость.

Ядра атомов одного элемента всегда содержат одинаковое число протонов. Но число нейтронов может быть разным, и такие разновидности элемента называются изотопами.

Обычно нейтроны и протоны в ядре держатся очень прочно. За это отвечают так называемые внутриядерные силы, которые компенсируют силы отталкивания протонов и не дают ядру самопроизвольно развалиться.

Однако каждое правило, как известно, имеет свои исключения. В данном случае к таковым относятся изотопы некоторых тяжелых элементов трансурановой группы. Например, в 1896 г. французский исследователь А. Беккерель открыл явление радиоактивности солей урана. То есть, говоря проще, он заметил, что соли эти засвечивают оказавшиеся рядом фотопластинки, даже если те плотно завернуты в черную бумагу.

Явлением заинтересовались другие физики, которые и обнаружили, что соли урана испускают таинственные лучи, способные воздействовать на ядра других элементов. Это явление физики прежде всего попытались использовать для осуществления давней мечты алхимиков – превращения одного химического элемента в другой.

В 1934 г. французские исследователи супруги Фредерик и Ирен Жолио-Кюри доложили Французской Академии наук, что при бомбардировке алюминиевых пластин альфа-частицами (ядрами атома гелия) алюминий частично превращается в фосфор. Причем не обычный, а радиоактивный изотоп, атомы которого в свою очередь превращались в устойчивый изотоп кремния.

Этот опыт навел на мысль, что если «обстреливать» нейтронами ядра самого тяжелого из существующих в природе элементов – урана, то можно получить такой элемент, которого в естественных условиях нет. В 1938 г. немецкие химики Отто Ган и Фриц Штрассман повторили в общих чертах опыт супругов Жолио-Кюри, взяв вместо алюминия уран. Однако результаты эксперимента оказались совсем иными – вместо нового сверхтяжелого элемента исследователи получили легкие элементы – барий, криптон, бром и некоторые другие.

Объяснение этому нашла физик Лиза Мейнер, которой Ган сообщил о своих исследованиях. Она решила, что при обстреле урана нейтронами происходит расщепление (деление) его ядра. При этом должны были образовываться ядра более легких элементов, а также выделяться 2–3 свободных нейтрона. Эти нейтроны в свою очередь при определенных условиях могут развалить еще несколько ядер. Это приводит к появлению еще большего количества нейтронов, которые разваливают еще больше ядер… В общем, при благоприятных условиях эта реакция протекает лавинообразно и носит название цепной.

Она, эта реакция, и была в конце концов использована для создания атомной бомбы. Физики уяснили себе, что если взять достаточно большое количество урана-235, то при критической массе, которая равна примерно 50 кг, в веществе начнется самопроизвольная цепная реакция. И если ее не остановить, она через несколько секунд приведет к взрыву чудовищной силы. Ведь деление каждого ядра сопровождается выделением энергии, которая примерно в 300 млн раз больше той, что затрачена на расщепление!