Виктор Пекелис – Истории о «ненужных» открытиях (страница 7)

Реально мыслящие физики, привыкшие доверять эксперименту, умеющие делать заключения на основании полученных данных, не видели практической возможности высвобождения атомной энергии. Ведь они прекрасно понимали – несравнимо лучше, чем «нефизики», – что альфа-частицы – слишком слабый, слишком несовершенный снаряд для столь гигантской цели: мы уже знаем, что из многих миллионов альфа-частиц, вылетавших из радиоактивных элементов, единицы достигали атомного ядра.

Для получения атомной энергии требовались совершенно другие масштабы. Что-то, какое-то загадочное пока нечто, должно освободить таящуюся энергию не в единичных атомах, а во всех атомах радиоактивного вещества, во-первых. И, во-вторых, вспомните сожаления Резерфорда: человек должен научиться направлять ход атомных превращений. Неслучайно поэтому лауреат Нобелевской премии Вальтер Нернст сравнивал неопределенность проблемы освобождения атомной энергии с бочкой пироксилина, для которой не найдена спичка.

И в лабораториях многих стран продолжали трудные и интересные исследования.

Одно из направлений экспериментов завершилось разработкой и созданием ускорителей. Эти машины могли разгонять заряженные частицы так, что сообщали им энергию, достаточную для преодоления силы электрического отталкивания атомного ядра и его расщепления. Ускорители позволили ученым еще глубже «заглянуть» в ядро, узнать, из чего оно состоит и как взаимодействует с налетевшей частицей.

Только с 1932 года, по образному выражению Эрнеста Резерфорда, начался «бег па стартовой дорожке исследований», который позволил проникнуть глубже в тайны атома.

Начало «бегу» положили изыскания Джеймса Чедвика, работавшего в Кембридже. Результатом их явилось открытие новой атомной частицы с массой, равной протону. Но, в отличие от него, новая частица была незаряженной. Назвали ее нейтральной – нейтроном.

Нейтральность новой представительницы микромира была замечательным свойством. Нейтрон свободно проходил через слои вещества, так как на него не оказывали воздействия ни положительные протоны, ни отрицательно заряженная электронная оболочка атомов. Отсюда и вытекало качество, отличающее нейтрон от заряженных частиц, – его «неуправляемость».

Вскоре ученые все-таки нашли способ управления нейтронами, Этот – один-единственный – способ заключается в том, что на пути нейтральных частиц возводят преграды. Роль преград в таких случаях успешно могут сыграть атомы, поставленные на пути следования свободного нейтрона.

В том же 1932 году ученые Г. Юри, Ф. Брикуэдде и Дж. Мерфи обнаружили, что у водорода есть разновидность – изотоп – с необычным массовым числом, равным двум. Массовым числом физики называют общее число протонов и нейтронов в атоме, оно является ближайшим целым числом к атомному весу элемента. Водорода с массовым числом два очень мало, приблизительно 1:5000. Тяжелый водород назвали дейтерием, а его ядро – дейтроном.

Дейтерий придавал воде особые свойства. Ее назвали тяжелой водой. Как вскоре оказалось, тяжелая вода великолепно выполняла роль замедлителя нейтронов.

Тогда же, в 1932 году, был открыт позитрон. Место его рождения – Калифорнийский технологический институт, где впервые «наблюдал» позитрон К. Андерсон.

Для истории покорения атома важно, что эту положительно заряженную частицу, равную по массе отрицательному электрону, испускают искусственные радиоактивные ядра.

Но что такое искусственная радиоактивность?

Об этом первыми узнали французские физики И реп (дочь знаменитой Марии Кюри) и Фредерик Жолио-Кгори (муж Ирен Кюри), которые наблюдали в 1934 году удивительное явление. Во время опытов с радиоактивным полонием на пути лучей исследователи ставили пластинки из алюминия, чтобы отделить альфа-частицы от бета-излучения.

К великому удивлению ученых, после окончания опытов алюминий стал радиоактивным, сам испускал радиоактивное излучение! Правда, вскоре его излучение прекратилось.

Могло ли случиться такое: легкий нерадиоактивный элемент, пусть на короткое время, но превращался в радиоактивный?

Ученые повторили опыты и убедились: да, элементы, находившиеся под действием альфа-частиц, приобретали искусственную радиоактивность.

Но как это могло произойти?

Продолжая свои опыты с алюминием, ученые пришли к выводу, что альфа-частица, захватываемая атомом алюминия, вызывает ядерную реакцию, результат которой – приобретенная ядром способность испускать радиоактивное излучение. Однако, коль скоро ядро алюминия поглотило альфа-частицу, она становится другим ядром: ядро алюминия превращается в ядро фосфора.

Жолио-Кюри впервые получили не встречающийся в природе радиоактивный элемент, названный изотопом фосфора, – родоначальник многочисленного «семейства» радиоактивных изотопов, которые теперь прочно вошли в нашу жизнь.

После открытия Ирен и Фредерика Жолио-Кюри становилось ясно, что сами ученые могут создавать радиоактивные вещества, никогда не существовавшие в природе. Ученые могли уже делать то, чего не могла сделать природа: руководить возникновением радиоактивности.

Великим научным событием назвал выдающийся французский физик Морис де Бройль открытие искусственных радиоактивных элементов, одним из решающих и крупнейших по своему значению этапов в развитии современной физики. Прославленный Эрнест Резерфорд писал молодым ученым, супругам Жолио-Кюри, как высоко ценит их работу.

Но и сами авторы открытия хорошо понимали его значение. В 1935 году, получая Нобелевскую премию, в торжественной речи они заявили: «Мы отдаем себе отчет п том, что ученые, которые могут создавать и разрушать элементы, способны также осуществлять ядерные реакции взрывного характера… Если удастся осуществить такие реакции в материи, по всей вероятности, будет высвобождена в огромных количествах полезная энергия».

В то время, когда физики нескольких стран старались найти способ осуществления ядерной реакции, реакция деления ядра атома была уже осуществлена в год открытия искусственной радиоактивности. Но об этом… никто не знал, даже сами люди, ее вызвавшие.

Энрико Ферми и его группа осуществили ядерную реакцию в уране, но неправильно ее истолковали. Применив для своих опытов нейтрон в качестве метательного снаряда, Ферми подверг бомбардировке атомное ядро урана. Ядро тут же захватывало нейтрон. Оно получалось неустойчивым и «приводило себя» в устойчивое состояние, выбросив электрон. Поэтому итальянские физики и пришли к выводу, что в результате их работ получался новый элемент, 93-й.

Только потом, когда научились осуществлять ядерные реакции, ученые поняли: никакого 93-го не было; была ядерная реакция, разбивавшая ядро.

Узнал об этой ошибке и Энрико Ферми. Но это было потом…

В своей Нобелевской речи Фредерик Жолио-Кюри во всеуслышание заявил о возможном использовании атомной энергии для практических целей.

Пока Фредерик Жолио-Кюри искал теоретические обоснования, Ирен Жолио-Кюри в соавторстве со своим югославским коллегой Савичем напечатала работу, в которой ученые сообщали о новых экспериментах: о бомбардировке урана нейтронами. Но в парижской лаборатории но получили никаких новых трансурановых – «заурановых» – элементов, которые, как ошибочно думали, получили их итальянские коллеги. Наоборот, бомбардировка урана нейтронами в опытах Ирен Жолио-Кюри привела к образованию вещества, очень напоминающего известный «старый» элемент лантан. Лантан? Откуда?

Это удивительное сообщение заставило немецкого химика Отто Гана – признанного во всем мире специалиста по радию – со своим ассистентом Фрицем Штрассманом без устали повторять и повторять опыты французских коллег. Немецкие ученые проверяли эксперимент с помощью более точных методов радиационной химии. И обнаружили ошибку!

Появившийся элемент был… не лантан. Это был барий!

(Если бы Ирен Жолио-Кюри и Савич не ошиблись, не спутали барий с лантаном, они могли бы, по словам Гана, разгадать способ деления урана.)

Вывод был ошеломляющий. Как мог появиться барий? Барий, занимающий место где-то в середине менделеевской таблицы, барий, атомный вес которого чуть больше половины веса урана?!

И Ган и Штрассман написали свое знаменитое признание: «Мы приходим к такому заключению. Наши «радиоактивные» изотопы обладают свойствами бария. Как химики, мы должны подтвердить, что это новое вещество является барием… Как физики, знакомые со свойствами ядра, мы не можем, однако, решиться на такое утверждение, противоречащее предшествующему опыту ядерной физики».

Безусловно, ученые понимали, что сделали открытие, что, скорее всего, они «раскололи» ядро, но не рискнули прямо об этом сказать, до конца не веря своим выводам.

Более решительной оказалась Лиза Мейтнер, ближайшая помощница Гана на протяжении многих лет, которой помогал молодой копенгагенский ученый Отто Фриш. Получив публикацию работы в первых числах января 1939 года, Мейтнер и Фриш пришли к заключению, что ядро урана, поглощая нейтрон, иногда раскалывается па две приблизительно равные части (вот она, ошибка Ферми!), сопровождающаяся выделением гигантского количества энергии. Этот процесс был назван делением ядра, благодаря поразительному сходству с процессом деления, которым размножаются бактерии.

Опубликована эта работа в английском журнале «Ней-чур» в феврале 1939 года.