Виток спирали - Рич Валентин Исаакович

30 января 1937 года работа в его лаборатории закипела.

Сперва надо было посмотреть — излучает ли облученный молибден. Оказалось, излучает. Значит, какая-то радиоактивная примесь в нем была.

Но какая именно? Вопрос этот был вовсе не прост, потому что источником излучения мог быть не только таинственный элемент № 43.

В 1934 году Ирен и Фредерик Жолио-Кюри открыли новое явление — искусственную радиоактивность. Обстреливая альфа-частицами алюминий, они обнаружили, что часть его превратилась в неустойчивый, радиоактивный изотоп фосфора. Затем удалось получить искусственные радиоактивные изотопы многих других химических элементов. Какой-нибудь радиоактивный изотоп известного элемента вполне мог оказаться и в облученном молибденовом зубе.

Чтобы обнаружить экамарганец, Эмилио Сегре и его помощник Казимир Перье растворили излучающий молибден в царской водке и химическим путем стали удалять из раствора все атомы с зарядом ядра, отличным от 43. Сначала из раствора вывели ниобий. Но излучение осталось. Потом цирконий. Излучение осталось. Потом молибден. Результат тот же. Потом рутений. То же самое. Особенно трудно было с рением. Но и это труднейшее разделение осталось позади, и рений ушел из раствора. А радио-активность осталась!

И только тогда Сегре и Перье объявили: открыт новый радиоактивный элемент, образовавшийся из молибдена в циклотроне.

Этот искусственный элемент назвали технецием — от греческого слова "технитос" — "искусственный".

Позже тем же способом были изготовлены элемент № 85, названный астатом, и элемент № 61, который назвали прометием. А элемент № 87 — франций, удалось найти среди остатков распада актиния.

Обстрел атомных ядер ядрами водорода и альфа-частицами привел к созданию первых искусственных элементов. Но к еще более поразительным результатам привели опыты, в которых ядра стали обстреливать нейтронами.

ОБСТРЕЛ НЕЙТРОНАМИ

О поразительных свойствах нейтрона Эрнст Резерфорд предупреждал еще тогда, когда у него только-только мелькнула мысль о том, что нулевой атом может существовать. В июне 1920 года Резерфорд говорил: "Такой атом должен обладать небывалыми свойствами. Он должен отличаться способностью свободно двигаться через вещество. Он должен с легкостью проникать в глубины атомов и там может либо соединяться с атомными ядрами, либо подвергаться распаду".

Но к каким событиям могли привести эти небывалые свойства нейтрона — об этом даже Резерфорд догадаться не мог.

Довольно долго не мог догадаться об этом и тот, кто первым вызвал эти события, — итальянец Энрико Ферми, один из самых замечательных физиков XX века.

Энрико Ферми учился в Пизанском университете, а потом — в университетах Германии и Голландии, как раз в те годы, когда наука вступала в эпоху новой алхимии и перед молодыми исследователями открывались неслыханные возможности.

Именно тогда, в начале двадцатых годов, из стен университетов вышли многие прославленные физики и химики мира. Людям старших поколений не так-то легко было воспринять "алхимические" веяния нового времени, и молодежь быстро завоевывала себе место под солнцем. Прошли те времена, когда Томсон смог потрясти всю ученую Англию, став профессором в двадцать восемь лет. Энрико Ферми не было и двадцати пяти, когда он оказался профессором Римского университета.

Ферми принялся обстреливать нейтронами мишени из самых разных элементов, и у него получались самые разные радиоактивные изотопы.

Пока Ферми занимался сравнительно легкими элементами, все было более или менее понятно. Но когда он стал обстреливать уран, появилось множество радиоактивных ядер с неожиданными свойствами — не похожими ни на уран, ни на торий, ни на радий, радон, полоний, ни на прочно радиоактивные элементы, расположенные неподалеку.

И точно такие же непонятные вещи стали получаться у немцев Отто Гана и Фридриха Штрассмана, которые тоже занялись нейтронным обстрелом урана.

Сперва Ферми, а за ним и немецкие исследователи решили, что у них получились атомы новых элементов, которые должны идти в таблице Менделеева после урана, — экарения, экаосмия, экаиридия, экаплатины. Но выделить их химическими способами никак не удавалось. И вдруг — это было уже в 1930 году, на шестой год после начала нейтронного обстрела урана — Ган и Штрассман поняли, в чем дело. И Ферми, и они искали атомные ядра тяжелее урана. А надо было искать легкие, И не чуть-чуть легче, а приблизительно в два раза!

Из урана, элемента № 92, получался не радий — элемент № 88, не свинец — элемент Да 82, а например, бром — элемент № 35, рубидий — элемент № 37, стронций — элемент № 38, молибден — элемент № 42, наш новый знакомый — технеций, элемент № 43.

Нейтрон отбивал от уранового ядра не какую-то малую часть вроде альфа-частицы, а буквально разваливал ядра пополам. И каждый разделившийся надвое атом урана излучал энергии раз в сто больше, чем при альфа-распаде. Со времен Беккереля не обнаруживали атомы таких небывалых свойств!

И еще одна особенность была у нового вида ядерных превращений. Чем тяжелее атом, тем больше нейтронов приходится в его ядре на один протон. Поэтому при распаде ядра урана на два ядра средней массы неминуемо должны были высвободиться "лишние" нейтроны. Подсчеты показали: каждый атом урана, поглотив один нейтрон и развалившись, высвобождает два новых нейтрона.

Тогда не так уж много людей понимало, что означает это роковое число: два. Между тем вот как должны были вести себя эти два нейтрона в достаточно большой массе урана: каждый нейтрон, разрушая новое ядро, освобождал бы два новых нейтрона, каждый из новых двух — еще два, и цепная реакция должна была мгновенно охватить весь уран, освобождая из него чудовищное количество ядерной энергии.

Это поняли Эйнштейн и Ферми, бежавшие от фашистов в Америку, Жолио-Кюри во Франции, Ган и Штрассман в Германии, это поняли и советские физики.

Дальнейшее известно, но ядерное оружие — не тема этой книги…

ПОСЛЕДНИЙ В ТАБЛИЦЕ

Почти одновременно с Энрико Ферми нейтронной бомбардировкой атомных ядер начал заниматься в Ленинграде молодой физик — на год моложе Ферми — Игорь Васильевич Курчатов.

И как только стало известно, что при нейтронном облучении атомы урана делятся и что при этом освобождается гораздо больше энергии, чем при обычном распаде, Курчатов занялся ураном. Двум своим помощникам, Константину Петржаку и Георгию Флерову, он поручил проверить, как зависит деление урана от энергии нейтронов — то есть, попросту говоря, от скорости нейтронных снарядов.

Петржак и Флеров взяли ампулку с радоном — источником альфа-лучей. Взяли бериллий — из которого альфа-лучи могли бы выбить нейтронные снаряды. Взяли урановую смолку. Смонтировали такой счетчик, чтобы от альфа-частиц он не щелкал, а щелкал от импульса в сто раз большего. И приступили к опытам.

Но прежде чем начать нейтронный обстрел урана бериллиевыми лучами, они решили удостовериться, что у них не будет никаких помех. Смонтировав свой прибор, убрали ампулку с радоном, убрали бериллий и включили счетчик. И тут же раздался щелчок.

Они немного подождали. Новый щелчок!

Не в порядке счетчик?

Петржак проверил все лампы, все конденсаторы, все сопротивления, неисправностей не было.

Значит, помехи не внутри прибора, а вне его. Может быть, виноваты космические лучи? А может, еще проще — по соседней улице прошел трамвай, дуга заискрила? Но существовала еще одна возможность, и молодым экспериментаторам она была, конечно, стократ милей: ну, а если это — свидетельство самопроизвольного деления отдельных урановых ядер? Еще Нильс Бор на основе теоретических расчетов, сделанных вскоре после открытия Гана и Штрассмана, предупреждал, что в принципе урановые ядра могли бы распадаться пополам и самопроизвольно. Надо было продолжить эксперимент. И попытаться проверить это. То есть доказать, что виновник щелчка — именно уран. Но следовало избавиться от всевозможных посторонних помех.