Страница 4 из 8
Эволюционное накопление знаний в области ядерной физики дало качественный скачок, с ним связаны имена многих ученых и, прежде всего, Фредерика и Ирен Жолио-Кюри. 15 декабря 1934 года на сессии Академии наук в Париже было объявлено об их рубежном для ядерных исследований открытии. Бомбардируя атомы бора и алюминия альфа-частицами, они получили новые радиоактивные изотопы азота и фосфора, наблюдая одновременно излучение позитронов. В своем докладе ученые сообщали об окончательно установленной возможности создать вызванную внешний причиной радиоактивность определенных атомных ядер, которая сохранялась в течение времени и после устранения причины, вызвавшей ее.
Это было открытие искусственной радиоактивности, отмеченное рядом французских наград и Нобелевской премией в 1935 году. Значение данного достижения не умаляется тем обстоятельством, что великие французы щедро поделились с другими физиками целым рядом открытий не менее важных для преодоления препятствий на тернистом пути.
Открытие искусственной радиоактивности распахнуло двери в новую анфиладу комнат, где хранились загадки ядерной физики. Решающий шаг в их научном осмыслении сделан Энрико Ферми и участниками его римской группы физических исследований. Во Франции искусственная радиоактивность была достигнута с помощью быстрых альфа-частиц. Ферми решил использовать для этой цели нейтроны. Его гениальные догадки сулили гораздо лучшие возможности.
Первый успех был достигнут. Нейтронной атакой на атомное ядро была открыта искусственная радиоактивность алюминия и фтора, а потом еще 40 из 60 облученных нейтронами элементов дали, по крайней мере, по одному радиоактивному изотопу. По образному выражению соратника Ферми Э. Сегре, это была «золотая жила».
23 апреля 1934 года Резерфорд писал Ферми: «Дорогой Ферми, я хочу поблагодарить Вас за то, что Вы любезно прислали мне отчет о Ваших новых экспериментах по возбуждению искусственной радиоактивности посредством нейтронного облучения. Ваши результаты чрезвычайно интересны и нет сомнений, что в дальнейшем мы сможем получить больше данных относительно действительных механизмов таких превращений…, поздравляю Вас с Вашим успешным выходом из области теоретической физики! Вам пришла в голову хорошая идея относительно того, с чего именно следует начать…»
Патриарх атомной физики оказался прав. Это было началом нового пути. Выход из теоретической физики явился входом в ту область, о существовании которой ни он, ни кто-либо другой в то время не мог и предположить.
Мифологическое событие… Так называют то, что произошло в старой физической лаборатории римского университета октябрьским утром 1934 года. Именно здесь Энрико Ферми и его молодые сотрудники, к своему немалому изумлению, обнаружили фундаментальный физический эффект, открытие которого сегодня можно с полным основанием считать истинным началом ядерного века. Действительно, отсчет нового ядерного времени следует вести с осени 1934 года.
В официальным постановление Шведской академии 10 декабря 1938 года о присуждении Ферми Нобелевской премии по физике говорилось: «…за доказательство существования новых элементов, возникающих при нейтронном облучении, и за сделанное в связи с этими исследованиями открытие ядерных реакций, происходящих под действием медленных нейтронов». Ферми, благодаря своей научной интуиции и несомненному таланту, открыл прямую дорогу к конечной цели многих и многих последующих перспективных и интересных находок.
Итак, нейтроны «заговорили» в руках ученых. Причем обнаружился их разный характер. Физикам еще предстояло выяснить особую роль медленных нейтронов в возбуждении ядерных реакций, причины их избирательного отношения к разным изотопам урана – урана-235 и урана-238. В природной смеси изотопов урана-235 в 140 раз меньше, чем урана-238.
Деление же под действием медленных нейтронов испытывает лишь легкий изотоп, уран-235. К обнаружению этого еще предстояло прийти. Но путь становился все короче и короче.
Эксперименты по методу Э. Ферми начали проводиться в большинстве научно-исследовательских лабораториях разных стран, где ученые занимались данной проблемой. Полное подтверждение нашло открытие Ферми о том, что радиоактивность металлической мишени возрастает в сотни раз при воздействии медленными нейтронами. А его вывод относительно процессов, возникающих при бомбардировке самого тяжелого металла – урана, вызвал новые размышления, подтолкнув исследовательскую мысль дальше.
Что же происходит с ядрами урана в ходе тех опытов, начало которых положил Ферми? Первое правильное предположение было высказано уже в том же 1934 году немецким ученым Идой Ноддак. Она раньше других пришла к заключению, что сущность процесса связана с делением ядер урана. Это объяснение выглядело настолько парадоксально с точки зрения предшествующего опыта и бытовавших физических представлениях, что немецкие научные круги, в частности, видный их представитель Отто Ган, у которого она так искала поддержку, остались глухи к пророчеству своего коллеги. Но Ноддак, все-таки опубликовала статью, посвященную сделанным ею выводам в одном из немецких специальных журналов по прикладной химии. Отклика, адекватного значению, статья не получила. Возможно, потому, что как с юмором заметил Харитон «к счастью, физики не читают химические журналы». Во всяком случае, именно недостаточная любознательность немецких физиков сработала на благо человечества. Ведь трудно представить, куда повернул бы ход истории, если бы физики Германии, которая к этому времени уже была охвачена безумием фашизма, своевременно и по достоинству оценили предположения Ноддак.
Однако рано или поздно общая тенденция исследовательского поиска неизбежно должна была привести к появлению экспериментальных данных, достоверно доказывающих вывод Ноддак. Но это произошло только 4 года спустя.
В 1938 году тот же Ган, к которому в свое время обращалась Ноддак, работая в начале с Лизой Мейтнер, а затем с Фрицем Штрассманом, пришел к аналогичным выводам. Химические исследования показали, что воздействие на уран медленными нейтронами дает радиоактивные изотопы бария, лантана, цезия. Все эти элементы имеют атомный вес вдвое меньше, чем уран, то есть они мгновенно «перескакивали» из конца Периодической системы в ее середину. Иного объяснения, чем то, что при попадании нейтрона ядро урана разваливается, не было.
Открытие явления деления ядра урана Ганом и Штрассманом датируется в истории науки 18 декабря 1938 годах. И уже 6 января 1939 го появилась их статья, обобщавшая итоги анализа этого явления. Вскоре вышла в свет публикация Мейтнер и Фриша, дававшая теоретическое обоснование опытов Гана-Штрассмана. Оперативность опубликования этих материалов настораживает. Как теперь стало известно, она не была случайной. Протекцию осуществлял директор издательство «Шпрингер» П. Розбауд, который был английским разведчиком. Ядерная физика явно начинала приобретать ту атрибутику, которая будет ее сопровождать на всем дальнейшем пути развития.
Действия Розбауда были вызваны его стремлением насторожить научную общественность и политические круги антинацистски настроенных стран относительно возможных шагов фашистской Германии по военному использованию этого открытия. Надо отметить, что этот ход «Гриффина» (кодовое имя Розбауда) не прошел бесследно. Опасения зародились не только среди физиков, в полной мере сразу осознавших практическую перспективу этого открытия, но и в государственных структурах многих стран, бывших еще потенциальными противниками нацистской Германии. Будущее показало, что эти опасения стали решающими в том повороте, который пережила ядерная физика через год.
Однако вернемся к самой физике. В науку вошло понятие «деление ядра». Главный вывод заключался в том, что ядро урана обладает слабой стабильностью и способно после захвата нейтрона распадаться на два осколка почти равной величины. Осколки деления с огромной скоростью разлетаются в стороны, а их энергия постепенно распределяется между соседними ядрами, и поэтому весь кусок урана нагревается. Если число делений велико, то и тепловая энергия будет необычайно большой. Это и есть атомная энергия.