Нейтроны стали новым объектом всестороннего изучения, они позволили предсказать, обосновать, а затем и осуществить цепную ядерную реакцию.
Крупный успех выпал в 1934 году на долю итальянского ученого Энрико Ферми в Риме. Бомбардируя различные мишени нейтронами, он открыл явление состоящее в том, что нейтроны с большей вероятностью вступают в ядерную реакцию, если они предварительно замедляют скорость своего движения, проходя через слой воды или парафина. В дальнейшем это открытие использовалось при осуществлении управляемых ядерных реакций в реакторах целевого и ядерного назначения.
В том же 1934 году французские физики Ирен и Фредерик Жолио-Кюри открыли искуственную (наведенную) радиоактивность. Они облучали алюминиевую фольгу радием и заметили, что после облучения, фальга становится радиоактивной. Это сулило большие сложности в освоении и использовании атомной энергии: конструктивные материалы, из которых создавались ядерные установки, после облучения, особенно нейтронного, становились радиоактивными, что затрудняло дальнейшие работы по ремонту и обслуживанию оборудования, ибо люди в таких случаях нуждались в надежной биологической защите.
В 1935 году канадский доктор наук Артур Демпстер обнаружил наличие двух изотопов урана: уран-235 и уран-238. Оказалось, что в природном уране большинство составляет уран-238, а урана-235 содержится всего около 0,7 %.
Следующий крупный шаг к секретам атомного ядра сделали в декабре 1938 года немецкие ученые Отто Ган и Фриц Штрассман. Бомбардируя ядра урана нейтронами, они открыли, что ядра урана расщепляются на ядра элементов бария, который имеет массу ядра равную почти половине массы ядра урана. Ожидая совсем иного результата — получения нового элемента с большей массой ядра, ученые долго не могли поверить в свое открытие. Позже Ган вспоминал: «После того как статья была отправлена по почте, все это показалось мне столь невероятным, что захотлось вернуть статью из почтового ящика.» Открытие Гана и Штрассмана прямо указывало на возможность использования ядерной энергии, которая оказалась столь велика, что во много крат превосходила энергию всех извстных химических реакций.
10 апреля 1939 года советские ученые Георгий Флеров и Лев Русинов сделали сообщение о том, что при расщеплении ядра урана испускается от одного до трех нейтронов. Через 12 дней подобное сообщение сделал Жолио-Кюри, но он оценил среднее число испускаемых нейтронов в 3,5. В настоящее время эта цифра определена как 2,5. Эти сообщения подтвердили возмозжность осуществления цепной ядерной реакции в уране.
В начле 1940 года советские ученые Г.Флеров и Константин Петржак открыли спонтанное (самопроизвольное) деление ядер урана. Чтобы исключить влияние космических лучей на резльтаты экспериментов, ученые проводили их глубоко под землей в московском метро. Это открытие было важным для конструирования ядерных бомб и атомных реакторов, так как нейтроны спонтанного деления вносили заметный вклад в развитие цепной ядерной реакции.
Таким образом, к концу тридцатых годов мировая наука приблизилась к пониманию многих самых существенных явлений необходимых для осуществления цепной ядерной реакции в уране. Большинство ученых сходились в следующем:
— Если реакция мгновенная (взрыв), то должна быть обеспечена критическая масса урана-235 и достаточно интенсивный источник нейтронов. Нейтроны вызовут расщепление части ядер урана, те, в свою очередь, испустят более чем по одному нейтрону и расщепят еще большее количество ядер, реакция будет нарастать и закончится взрывом.
— Для мирного использования атомной энергии в реакторе необходим природный или слегка обогащенный изотопом 235 уран в виде стержней, между которыми находится замедлитель нейтронов, например, тяжелая вода. Между урановыми стержнями должны располагаться стержни из материала, хорошо поглащающего нейтроны, чтобы с их помощью можно было поддерживать цепную реакцию на заданном уровне. Если в реактор внести источник нейтронов, то они будут замедлены слоем замедлителя, что увеличит их эффективность в ядерной реакции, при делении ядер урана возникнут новые нейтроны, но их число будет контролироваться регулирующими стержнями, так что выделение энергии в реакторе можно удержать на заданном уровне.
Эти представления были довольно близки к действительности, но оставалось множество сложных проблем, решение которых требовало длительного времени, очень дорогого оборудования, огромных финансовых, материальных и людских ресурсов, о которых большинство ученых еще не имели достаточного представления.
C началом второй мировой войны во всех западных странах работы по урановой проблеме засекретили, однако, сами работы продолжались в Германии, Англии, США и Советском Союзе.
Нельзя не отметить весьма скромный вклад в атомную науку ученых США в довоенный, более чем сорокалетний период.
Советская атомная наука в довоенное время
До Великой Октябрьской революции в России не проводилось серьезного изучения радиоактивности. В других областях науки вели исследования крупные ученые с мировыми именами Д.И.Менделеев, И.П.Павлов и другие, но, в целом, научный потенциал России был весьма ограничен. По своему экономическому развитию страна занимала пятое место в мире. В 1913 году население составляло 159,2 миллионов человек, средняя продолжительность жизни — 32 года. По общему объему богатства Россия втрое уступала США. Промышленное производство составило 12,5 % от уровня США, производство электроэнергии — 8 %, выплавка стали — 15 % и так во всем.
В 1914 году царизм втянул страну в кровавую долголетнюю войну за чуждые народу интересы. Страна разорялась, падало производство, наступал голод, болезни. Выход из невыносимого, безнадежного положения проложила Великая Октябрьская революция. В отличии от французской революции 1871 года, все 72 дня которой сопровождались кровавыми сражениями и казнями, Октябрьская революция прошла сравнительно бескровно. В Петрограде было 6 убитых и 50 раненых, в Москве около 300 убитых революционеров. У Кремлевской стены на Красной площади захоронили в братской могиле 240 погибших.
С октября 1917 по февраль 1918 года революция успела распространиться по всей стране. Вопреки неимоверным трудностям молодая Советская республика успела многое сделать за короткий срок до начала иностранной интервенции весною 1918 года. Был создан Высший Совет народного хозяйства для управления промышленностью страны. Организована Всеросийская чрезвычайная комиссия (ВЧК) по борьбе с контрреволюцией. Принята «Декларация прав народов России.» Национализированы банки, железные дороги, внешняя торговля, торговый флот и вся крупная промышленность. Был издан декрет о создании Красной армии и флота для защиты молодой Республики. В Красную армию принимали самых сознательных рабочих и крестьян. Один из них, красноармеец В.П.Девяткин вспоминает:
