Виток спирали - Рич Валентин Исаакович

…Когда в 1923 году шведский король вручал Нобелевскую премию физику Роберту Милликену за многочисленные успехи в изучении природы электричества, Милликен сказал: "Я прошу вас выслушать ответ экспериментатора на основной и часто предлагаемый вопрос: что такое электричество? Ответ этот наивен, но вместе с тем прост и определенен. Экспериментатор констатирует прежде всего, что о последней сущности электричества он не знает ничего".

А другой известный ученый Герман Вейль утверждал, что "…различие между обоими видами электричества (положительным и отрицательным) представляет собой еще более глубокую загадку природы, нежели различие между прошлым и будущим…"

Глава седьмая,

в которой Севре делает первый искусственный элемент, Ферми разбивает ядро урана пополам, а Петржак и Флеров доходят до границы Менделеевской системы

ЗАПРЕЩЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Последним из предсказанных Менделеевым элементов, который удалось открыть обычным химическим путем, был элемент номер 75, или, по терминологии Менделеева, двимарганец.

Открыть его было чрезвычайно трудно.

Во-первых, выше двимарганца стоял в таблице еще один неоткрытый элемент — номер 43, И потому о свойствах двимарганца нельзя было судить так, как о свойствах экасилиция (германия) но свойствам кремния и олова или о свойствах экаалюминия (галлия) по свойствам алюминия и индия.

Во-вторых, находясь в восьмой группе элементов и считаясь аналогом марганца, двимарганец на самом деле, как потом обнаружилось, походил на него мало. И потому, сколько ни искали его в марганцевых минералах, так и не нашли.

Эту особенность элемента номер 75 удалось разгадать немецким химикам — супругам Иде и Вальтеру Поддан.

Но, пожалуй, слово "разгадать" неверно. Ида Ноддак рассказывала, что они с мужем целый год по десять — двенадцать часов в день читали отчеты о всех исследованиях всех соединений тяжелых элементов пятой, шестой, седьмой и восьмой групп таблицы Менделеева.

Они выяснили, как изменяются их свойства сверху вниз и слева направо. И поняли, что двимарганец должен во многом походить на осмий, рутений, молибден и другие тяжелые металлы. И что надо искать его не в марганцевых минералах, а в платиновых или в ниобиевом минерале колумбите.

Предположение подтвердилось. В 1922 году они обнаружили в русской платиновой руде новый окисел, а в 1926 году выделили из норвежского колумбита первые миллиграммы нового металла — рения.

Между прочим, деньги на эти исследования Ноддакам дали владельцы электроламповых заводов, которые надеялись, что металл, расположенный между вольфрамом и осмием, сможет заменить вольфрам в лампочках и будет служить дольше. К двадцатым годам XX века менделеевскую таблицу знали уже все.

После того как клетка номер 75 была заполнена, внутри таблицы остались только четыре пустые клетки.

Клетка номер 43 — над рением. Там было место предсказанного еще Менделеевым экамарганца.

Клетка номер 85 — под йодом. Ее должен был занимать предсказанный Менделеевым экайод, самый тяжелый галоген.

Клетка номер 87 — под цезием. Менделеев называл этот элемент экацезием. Это должен был быть самый тяжелый щелочной металл.

Наконец, клетка номер 61 принадлежала еще не открытому родственнику редкого элемента лантана.

У всех этих, не обнаруженных пока еще, элементов была одна общая особенность — та же, что у открытых последними европия 83), актиния (№ 89), протактивия (№ 91) и рения (№ 75), — элементы с нечетным номером, то есть с нечетным числом протонов в ядре, дольше скрывались от исследователей. Почему именно — никто не знал (это и сейчас еще не известно). Но так или иначе, а то, что все неоткрытые элементы были нечетными, легкого успеха охотникам за элементами не предвещало.

Возможные трудности усугубила еще одна непонятная закономерность, впервые замеченная еще в 1923 году русским химиком С. А. Щукаревым и окончательно сформулированная в 1934 году немецким физиком Маттаухом.

Они изучали атомы с одинаковой массой, но принадлежащие разным элементам. После Мозли, объяснившего, что дело не в атомном весе, а в заряде ядра, такие атомы никого не удивляли. Что из того, что у атомов ниобия, циркония и молибдена может быть одинаковый атомный вес — скажем, 93? Ведь заряд у них разный, значит, и число электронов разное — у ниобия 41, у циркония 40, у молибдена 42. И ведут себя эти атомы одного веса совсем по-разному.

Но вот что обнаружили Щукарев и Маттаух. Среди таких одинаковых по атомной массе атомов разных элементов не может быть двух стабильных, нераспадающихся соседей. Например, если цирконий-93 стабилен, то ниобий-93 радиоактивен. А вот "следующий за ниобием молибден-93 опять может быть стабильным.

И когда приложили это правило к недостающим элементам № 43 и № 61, то выяснили досадную вещь: у обоих были стабильные соседи такого же атомного веса, как они. Значит, нераспадающихся атомов этих неоткрытых элементов существовать не могло. Атомы двух других искомых элементов — № 85 и № 87 — не могли не распадаться потому, что все элементы тяжелее 82-го распадались. Так что всех четырех неоткрытых элементов могло просто не остаться на свете!

Труднее всего было поверить, что не удастся обнаружить легкий элемент под № 43. Но что поделаешь! В таблице Менделеева он находился между молибденом (атомный вес 96) и рутением (атомный вес 101). Значит, атомный вес неоткрытого экамарганца мог быть только 97. 98, 99 или 100. Но у молибдена были найдены стабильные изотопы с атомным весом 96. 97. 98 и 100. А у рутения — 99, 101 и 102. Поэтому места для нераспадающегося экамарганца просто не оставалось. Странно, но факт!

Тем не менее молодой итальянец Эмилио Сегре, знавший все это, начал в 1936 году охоту именно за экамарганцем.

ИСКУССТВЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Сегре прекрасно понимал, что на природные минералы ему рассчитывать нечего. Раз до сих пор экамарганец никому не попался, раз все сообщения об открытии новых элементов в марганцевых минералах неизменно оказывались ошибочными, значит, если он когда-нибудь там и был, то весь уже распался.

Точно так же нечего было рассчитывать, что экамарганец мог образоваться при естественном распаде урана, тория, актиния и других радиоактивных элементов. Там дело всегда кончалось свинцом — элементом № 82. А среди промежуточных неустойчивых ядер — таллием, элементом № 81. От номера 81 до номера 43 было слишком далеко.

Нет, на природу Сегре не рассчитывал. Он рассчитывал на циклотрон.

…Во времена, которые уже в эпоху Демокрита и Аристотеля, вероятно, считались древними, существовало такое оружие — праща. Веревку складывали вдвое, в петлю закладывали камень, раскручивали веревку с камнем и, раскрутив, отпускали один конец — камень с силой летел вперед…

Американский физик Эрнест Лоуренс придумал, как закрутить заряженную частицу магнитами, чтоб она, летя по кругу, набирала скорость. И как потом бросить ее в мишень. Там, где ускоренные в циклотроне частицы вылетали по касательной наружу, Лоуренс поставил на их пути массивную металлическую пластину — зуб. Большинство частиц, ударяясь о скошенную грань зуба, отражалось в нужную сторону. Но некоторые частицы проникали внутрь зуба и, конечно, разогревали его. Поэтому зуб приходилось делать из очень тугоплавкого металла. Лоуренс выбрал молибден.

И вот что сообразил Эмилио Сегре: на циклотроне ускоряли ядра дейтериа — тяжелого изотопа водорода; ядра водорода, которые натыкались на зуб и застревали в нем, могли сталкиваться с ядрами молибдена; но если к ядру атома молибдена, элемента № 42, прибавить еще один положительный заряд, то получится ядро элемента № 43.

Молибденовый зуб циклотрона — вот где могло быть единственное на Земле прибежище для экамарганца! Сегре отправился в Америку и получил там кусок облученного на циклотроне молибдена.