Превращение элементов - Казаков Борис Игнатьевич - Страница 36

В работе группы Ферми произошло такое, что заставило заняться исключительно новым непонятным явлением. По-прежнему испытывали на радиоактивность некоторые металлы, облучённые нейтронами. Однажды, когда таким металлом было серебро, вдруг заметили, что радиоактивность его изменяется в зависимости от… находящихся поблизости предметов. Сначала, конечно, это было приписано неточности измерения, ошибке опыта, но проверка показала, что всё правильно. Стали между источником нейтронов и облучённым металлом помещать различные экраны. Свинцовая пластинка очень незначительно повлияла на величину возбуждённой радиоактивности. Тогда Ферми рассудил: свинец — вещество тяжёлое, испытаем лёгкое, и поставил парафин. Облучив нейтронами, прошедшими через парафиновый экран, серебряный цилиндрик, его поднесли к счётчику — он словно с цепи сорвался, показав увеличение радиоактивности серебра в сотню раз. Это казалось какой-то чёрной магией: наиболее массивное вещество свинец ничем почти не воспрепятствовал потоку нейтронов, а лёгкое, парафин, сделало что-то невообразимое.

Ферми очень скоро объяснил неожиданный эффект. В парафине много водорода. Его ядра (протоны) обладают такой же массой, как нейтроны. Сначала происходит столкновение нейтрона с протоном, а затем уже попадание его в ядро серебра. При столкновении теряется значительная часть энергии нейтрона (как у двух бильярдных шаров), и он замедляет своё движение. Медленный же нейтрон с гораздо большей вероятностью будет захвачен ядром серебра и вызовет превращение.

Если такое объяснение правильно, то ещё больший эффект можно будет наблюдать от нейтронов, прошедших через большое количество воды. Чтобы проверить это, физики отправились к дому Корбино, в сад, где находился большой бассейн с золотыми рыбками. Они погрузили источник нейтронов и серебряный цилиндрик в воду на определённом расстоянии, после чего замерили наведённую радиоактивность. Предположение Ферми блестяще подтвердилось. В тот же вечер физики собрались на квартире, чтобы написать первое сообщение о неожиданном эффекте в научный журнал. Все кричали, подсказывали, спорили друг с другом, срывались с места и носились по комнате. Когда они ушли, прислуга вежливо спросила хозяйку дома, с чего это они так перепились?

Предстояла большая работа — последовательно изучать радиоактивность, наведённую воздействием замедленных нейтронов, а пока следовало написать подробный отчёт о своих опытах. Через два дня их посетил профессор Корбино, который, как уже говорилось, всё время был в курсе того, что они делали и чего достигли. Узнав об их намерении, он довольно энергично воспротивился тому, чтобы об их открытии узнала печать. «Неужели вы не понимаете, — говорил он, — что ваше открытие может иметь промышленное значение? Вы должны сначала взять патент, а потом уже сообщать подробности вашего способа производства искусственных радиоактивных веществ».

Для молодых исследователей такая постановка вопроса была совершенно новой и неожиданной. Правила и порядки промышленности им были совсем неизвестны, едва ли они представляли себе, что их открытие может составить интерес для производства большого масштаба, а затем — в обычае ли учёных брать патент на свои открытия? Но Корбино настоял на своём. Мальчуганы привыкли слушать его советы и полностью им доверять. Совместная заявка была ими подана; авторами значились Ферми, Розетти, Сегре, Амальди, Д'Агостино, Понтекорво и Трабакки. Они не забывали своего «божьего промысла», который так старался помочь им во всех их исследованиях.

Однако попытки заинтересовать кого-нибудь из промышленников открытием оказались безуспешными: руководители фирм оставляли тогда ядерную энергию любителям фантастики.

На фоне многих интересных достижений новой физики не столь шумным и заметным было сообщение Ф.Панета в лондонском журнале «Природа» об опытах по бомбардировке бора нейтронами.

Между тем эти опыты имели принципиальное значение. Дело в том, что до сих пор последствия бомбардировки элементов нейтронами наблюдались лишь по косвенным показателям — регистрацией радиоактивности и по наличию следа элементарной частицы на фотопластинке. Ф.Панет, в течение семи недель обстреливая бор нейтронами, получил литий и гелий. Показать наличие гелия спектроскопически не составляло труда, но Панет не ограничился этим и измерил количество полученного газа. Это был первый случай, когда продукт превращения элементов стал доступен непосредственному измерению.

Но что же всё-таки 93-й элемент, получил его Ферми или не получил? Неужели этот вопрос ведущими физиками и химиками был оставлен без внимания? Нет, конечно, опыты Ферми повторялись, но выводы из них у учёных были неодинаковы. Гипотеза Иды Ноддак показалась Отто Гану настолько дикой, что он не желал о ней даже упоминать, сказав её супругу Вальтеру, что не хочет выставлять учёного в смешном виде, ибо предположение о раскалывании ядра урана — чистейший абсурд.

Да, в это, действительно, было трудно поверить, чтобы нейтроны ничтожной энергии производили бы такие разрушения в ядре, каких не удавалось добиться воздействием на него самых мощных снарядов. «Это напоминало, — по выражению Р.Юнга, автора книги «Ярче тысячи солнц», — то, как если бы на войне кто-нибудь предложил артиллеристам, безуспешно ведущим огонь снарядами самых крупных калибров по укрывшемуся в подземных убежищах противнику, попытаться добиться успеха с помощью шариков для пинг-понга».

Отто Ган и Лиза Мейтнер в 1917 г. заполнили 91-ю клетку периодической системы неизвестным ранее элементом протактинием. Теперь вместе с радиохимиком Фрицем Штрассманом они воспроизвели все эксперименты Ферми по воздействию нейтронов на уран и пришли к выводу, что при этом получались не один, а последовательно несколько заурановых (радиоактивных) элементов с порядковыми номерами от 93-го до 96-го.

К этому времени весьма интересные результаты получили Ирен Жолио-Кюри и югославский радиохимик Павел Савич. В продуктах реакции после обстрела урана нейтронами они, как сообщалось, обнаружили новый элемент, химическими свойствами напоминающий актиний. Однако более тщательное исследование показало, что новый элемент не может быть актинием; он, хотя и напоминает его, но ещё более похож на соседа по третьей группе — на лантан. Это было не что иное, как подтверждение абсурдной гипотезы Иды Ноддак. Ирен в неё не верила и старалась отделить новообразованный элемент от настоящего лантана. Ей казалось, что разделения удалось добиться методом фракционной перегонки. Судя по всему, новый элемент — трансурановый, но не из тех, что получены группой немецких физиков. Узнав обо всём этом, Ган сказал, что «Кюри и Савич очень сильно запутались». Он написал им частное письмо с просьбой повторить эксперименты с большей тщательностью. И не получил ответа. А вскоре вышла вторая статья Ирен, дополняющая первую. Оскорблённый Ган не захотел её читать, но Штрассман с таким жаром пересказал ему основные положения этой статьи, что Ган положил горящую сигарету на письменный стол и помчался в лабораторию. Выявилась фатальная ошибка Жолио-Кюри: не «похожий на лантан», а сам лантан обнаружила она!

Ган и Штрассман — первоклассные химики, они со всей несомненностью установили в продуктах реакции присутствие таких элементов, как лантан, барий и церий. Ошибка Жолио-Кюри состояла в убеждении, что она отделила от лантана элемент, «похожий на лантан», тогда как она отделила барий или церий. Но как могло это произойти, откуда здесь взялись элементы № 56, 57 и 58, так далеко отстоящие от урана? Это всё равно, как если бы в инкубатор положили яйцо страуса, а вылупились цыплёнок и голубь. Выходит, что атом урана под воздействием нейтрона расщеплялся на приблизительно равные части. В соответствии с общепринятыми в физике взглядами, это был чистейший абсурд, и разве сам Ган не то же самое говорил Вальтеру Ноддак? Тем не менее всё было настолько очевидным, что и химикам, и физикам ничего не оставалось, как заняться многократной и тщательной проверкой. У Гана и Штрассмана не осталось больше никаких сомнений в правильности полученных результатов. Они подготовили статью, в которой описали всё, но, проявляя исключительную осторожность, оговорились, что «как ядерные химики, тесно примыкающие к физикам, они не могут заставить себя совершить этот скачок, столь противоречащий всем явлениям, до сих пор наблюдавшимся в ядерной физике». Они даже допускали, что «редкое стечение случайностей привело их к ошибочным наблюдениям».