Страница 3 из 17
Параллельные цепочки
Результаты оказались удивительными по двум причинам. Прежде всего, были обнаружены три параллельные цепочки. Судя по образующимся продуктам распада, все вновь полученные элементы вели свое начало от U238; возможно, что некоторые из них происходили от U235 (который встречается значительно реже). Таким образом, дело выглядело так, что есть по крайней мере две параллельные цепочки элементов-изомеров. Изомерные свойства распространяются на всю цепочку элементов, возникающих при β-распадах.
Изомерия ядер была в 1938 г. новинкой, и не было ясно, как ее интерпретировать. Было предложено считать (как это принято и сейчас), что она обусловлена угловыми моментами высокого порядка, но были также предположения, что она является следствием существования каких-то жестких образований внутри ядра. Можно было представить себе, что такое жесткое образование могло бы уцелеть при β-распаде и влиять на время жизни следующего продукта распада.
Но и в этом случае большая длина цепочки все еще казалась непонятной. В конце концов уран сам по себе не был β-радиоактивным. Другие элементы этой группы никогда не испытывают больше двух последовательных β-распадов, а здесь наблюдалось четыре или пять. Ган-химик наслаждался столь большим числом новых элементов, а Гана-радиохимика или физика-ядерщика беспокоил механизм, который мог бы объяснить их существование.
Политическая ситуация в Германии затрудняла проведение всех этих работ. У власти был Гитлер, и институт вел тонкую политическую игру с правительством, чтобы предотвратить преследование некоторых сотрудников института по расовым мотивам. Когда в 1938 г. нацисты оккупировали Австрию, положение Мейтнер стало весьма небезопасным; начали распространяться слухи о том, что она может потерять свое место и ей не разрешат выехать из Германии, так как она слишком много знает. Это вызвало у нее беспокойство. Датские коллеги предложили провезти ее нелегально в Голландию без визы. Поэтому в начале лета 1938 г. она уехала из Германии, проехала Голландию, сделала короткую остановку в Дании и воспользовалась гостеприимством Манне Зигбана из Нобелевского института в Стокгольме.
Вблизи цели
После этого группа Гана, в которую уже вошел Штрассман, стала продолжать работу, но Лизе Мейтнер там не было. Между тем аналогичными вопросами стали заниматься в Париже. Интересно отметить, что точки зрения этих двух групп не совпадали. Сначала трансурановыми элементами в Париже мало интересовались. Однако вскоре интерес к ним резко возрос, так как была обнаружена новая, пропущенная ранее цепочка радиоактивных элементов с атомным весом 4n + 1, получающаяся при бомбардировке тория нейтронами. Известно, что ряды с атомным весом 4n, 4n + 2, 4n + 3 состоят из элементов с естественной радиоактивностью. Но цепочка 4n + 1 не была известна, и поэтому Ирэн Кюри, дочь мадам Кюри-Склодовской, вместе с австрийцем Гансом фон Гальбаном и швейцарцем Петером Прайсверком, приступила к исследованию этой серии и опубликовала несколько работ по этому вопросу.
Позже эта группа распалась, потому что Гальбан уехал в Копенгаген, где в течение некоторого времени занимался вместе со мной исследованием медленных нейтронов. Ирэн Кюри нашла нового сотрудника в лице югослава Павле Савича. Они пытались разобраться в вопросах, связанных с трансурановыми элементами. Понимая, что это – целый ряд различных веществ, Ирэн Кюри предложила остроумный метод выделения одного из них по высокой проникающей способности испускаемых им β-лучей. Покрыв образцы достаточно толстым листом латуни, они исследовали только те препараты, излучение которых проходило через этот экран. Но они не могли даже представить себе, что при такой методике могло бы отбираться не одно вещество, а несколько, тем более что время жизни, равное 3,5 часа, оказалось всюду одинаковым. По своим химическим характеристикам, как они сначала думали, это вещество напоминало торий.
Ган проверил эту работу и пришел к заключению, что это не торий. Он сообщил об этом в Париж. Кюри и Савич продолжали работу и в более поздней заметке летом 1938 г. подтвердили, что вещество с периодом полураспада 3,5 часа не является торием, но по своим свойствам немного напоминает актиний, а еще больше лантан. Кюри действительно вплотную подошла к гипотезе о делении ядер, но, к сожалению, не высказала ее достаточно ясно. Она писала, что этот элемент определенно не актиний, очень похож на лантан, «от которого может быть отделен только фракционным методом». Все же, по ее мнению, их можно было разделить. Причиной этого, возможно, было то, что Кюри получила смесь двух веществ; в этом случае, конечно, можно было осуществить отделение одной составной части от другой. Затем эту работу в свою очередь проделали Ган и Штрассман, которые обнаружили радиоактивные продукты, напоминавшие своим поведением актиний и отчасти радий. Примерно в то же самое время другие ученые были тоже близки к цели: Готфрид фон Дросте – физик, работавший с Лизе Мейтнер, попытался обнаружить, испускает ли уран после облучения его нейтронами α-частицы с большой длиной пробега. Если бы он, подав смещение на усилитель, отсек тем самым обычные α-частицы, то он бы, конечно, обнаружил явление деления ядер. К сожалению, вместо того чтобы использовать смещение, он применял фольгу, толщина которой была достаточной для того, чтобы через нее не прошло не только α-излучение от урана, но и осколки деления; также не были найдены длиннопробежные α-частицы, которые должны были бы появляться в случае образования изотопов радия и актиния.
Позже Ган и Штрассман, тщательно исследовав химические свойства этого «радия», обнаружили его идентичность с барием.
Плодотворный визит
Именно с этого момента я активно включился в работу над этой проблемой. Я приехал в Швецию, где Лизе Мейтнер страдала от одиночества, и я, как преданный племянник, решил навестить ее на рождество. Она жила в маленьком отеле Кунгэльв около Гетеборга. Я застал ее за завтраком. Она обдумывала письмо, только что полученное ею от Гана. Я был весьма скептически настроен относительно содержания письма, в котором сообщалось об образовании бария при облучении урана нейтронами. Однако ее привлекла такая возможность. Мы гуляли по снегу, она пешком, я на лыжах (она сказала, что может проделать этот путь, не отстав от меня, и доказала это). К концу прогулки мы уже могли сформулировать некоторые выводы: ядро не раскалывалось, и от него не отлетали куски, а это был процесс, скорее напоминавший капельную модель ядра Бора; подобно капле ядро могло удлиняться и делиться. Затем я исследовал, каким образом электрический заряд нуклонов уменьшает поверхностное натяжение, которое, как мне удалось установить, падает до нуля при Z = 100 и, возможно, весьма мало для урана. Лизе Мейтнер занималась определением энергии, выделяющейся при каждом распаде из-за дефекта массы. Она очень ясно представляла себе кривую дефекта масс. Оказалось, что за счет электростатического отталкивания элементы деления приобрели бы энергию около 200 МэВ, а это как раз соответствовало энергии, связанной с дефектом массы. Поэтому процесс мог идти чисто классически без привлечения понятия прохождения через потенциальный барьер, которое, конечно, оказалось бы тут бесполезным.
Мы провели вместе два или три дня на рождество. Затем я вернулся в Копенгаген и едва успел сообщить Бору о нашей идее в тот самый момент, когда он уже садился на пароход, отправляющийся в США. Я помню, как он хлопнул себя по лбу, едва я начал говорить, и воскликнул: «О, какие мы были дураки! Мы должны были заметить это раньше». Но он не заметил, и никто не заметил.
Мы с Лизе Мейтнер написали статью. При этом мы постоянно поддерживали связь по междугородному телефону Копенгаген – Стокгольм. Я рассказал о наших соображениях Плачеку, находившемуся в Копенгагене, прежде чем решил ставить эксперимент. Сначала Плачек не верил, что эти тяжелые ядра, которые, как известно, испускают α-частицы, могут быть подвержены еще одному типу распада. «Это звучит, – сказал он, – примерно так: человек попал под машину, а при вскрытии оказывается, что пострадавший и без того скончался бы через несколько дней, так как у него злокачественная опухоль». Затем он сказал: «Почему бы вам не провести контрольные эксперименты, используя камеру Вильсона?» У меня не было подходящей камеры Вильсона, а найти ее каким бы то ни было образом было трудно. Но я приспособил ионизационную камеру, с помощью которой можно было без труда экспериментально наблюдать большие импульсы, возникающие от ионизации, производимой осколками деления.