Страница 36 из 48
Осенью 1935 года Фредерик Жолио-Кюри решил приступить к некоторым экспериментам по применению бета-радиоактивных изотопов для биологических исследований и медицинской диагностики. Раньше он никогда не ставил таких опытов и вообще был далек от биологии и медицины. Можно напомнить, что многие замечательные открытия в физике побуждали их авторов использовать свои открытия в гуманных целях, в частности в медицине. Так было, например, с Вильгельмом Рентгеном, который, несмотря на то, что никогда не был связан с медициной, первый предложил использовать открытые им лучи для медицинских исследований. Мари Кюри создала целую область медицины, известную в ее время под названием кюри-терапии; она сделала первые, но весьма важные шаги в использовании радия для лечения рака.
Опыты Фредерика Жолио-Кюри в области биологии и медицины, как подтвердилось в дальнейшем, были чрезвычайно важными и плодотворными; они положили начало широчайшему применению радиоактивных изотопов для распознавания многих болезней и для лечения больных.
В наше время участие физиков в решении проблем биологии и медицины помогает продвижению вперед этих областей науки, когда-то казавшихся весьма далекими от физики и математики. Известно много случаев, когда крупные физики интересовались проблемами биологии (например Нильс Бор, И.Е. Тамм). Фредерик Жолио-Кюри был, пожалуй, первым известным физиком, непосредственно заинтересовавшимся проблемами медицинской диагностики с применением ядерной энергии. Теперь физики часто принимают участие в решении медицинских проблем как теоретических, так и практических.
Фредерик Жолио-Кюри написал несколько статей по вопросу практического применения искусственных радиоактивных изотопов. В одной из них, напечатанной в 1954 году под названием «Будущее ядерной физики во Франции», он высказал мысль о широком развитии радиоизотопных методов исследований в науке и технике и указывал на возможности конкретного использования изотопов в промышленности, например для просвечивания литья в целях обнаружения дефектов, для измерения толщины металлических изделий в процессе их производства, для устранения электростатического электричества, образующегося при изготовлении текстиля, для измерения расхода жидкостей, исследования механизма фотосинтеза и т.д. Он также подчеркивал возможность применения радиоактивных изотопов в энергетике.
Открытие искусственной радиоактивности Луи де Бройль с полным основанием назвал великим; история науки и техники, так же как и достижения сегодняшнего дня, подтвердили правильность этой оценки. На торжественном заседании Парижской академии наук в октябре 1959 года Луи де Бройль, один из двух самых выдающихся учеников Поля Ланжевена (вторым был Фредерик Жолио), сказал: «Оба они (Ирен и Фредерик Жолио-Кюри. — Ф.К.) стали физиками с мировой известностью. Однако им не хватало великого открытия, которое было бы их вкладом в науку. И они сняли его с древа своих трудов, как снимают созревший плод. Этим великим открытием были искусственные радиоактивные элементы».
Вскоре после получения Нобелевской премии Фредерик Жолио-Кюри стал заведующим кафедрой ядерной химии в Сорбонне и руководителем работ группы французских и иностранных исследователей. К его обширным педагогическим обязанностям прибавилось много научно-организационной работы. Прекрасно понимая важность исследований в области ядерной физики, Фредерик намерен был прежде всего создать условия для развертывания ядерных исследований во Франции. В течение нескольких лет он строит ускоритель Ван де Граафа на 1 миллион электрон-вольт в строительном институте в Аркей-Кашан, заново оборудует Лабораторию Ампера, преобразуя ее в Лабораторию атомного синтеза; строит циклотрон на 7 миллионов электрон-вольт в Коллеж де Франс.
В то же самое время Ирен Жолио-Кюри проводит исследования трансурановых элементов и в этой работе у нее оказывается талантливый сотрудник — югославский физик Павле Савич, впоследствии руководитель крупнейшего в Югославии Института ядерных исследований «Борис Кидрич».
Можно полагать, что к этому времени Ирен и Фредерик Жолио-Кюри понимают, что их работы, как сотни и тысячи других работ по ядерной физике, проводимых во многих странах, приведут в конце концов к возможности практического использования атомной энергии главным образом в качестве энергетического источника. В своем сообщении об открытии искусственной радиоактивности ученые, говоря о возможности «внешней причиной» вызвать радиоактивность некоторых ядер, которая существует непродолжительное время и после удаления источника облучения, высказывали также предположение о существовании более «продолжительной радиоактивности», если облучать элементы другими частицами. Какими?
Супруги Жолио-Кюри утверждали, что более мощными частицами для облучения должны служить пучки протонов и дейтронов, разогнанные до значительных энергий в высоковольтных ускорителях. Этим и объясняется стремление Фредерика оборудовать в руководимых им лабораториях новейшие ускорители, которые в то время только что появились. После опытов Джона Кокрофта и Эрнеста Уолтона, построивших в Кевендишской лаборатории первый высоковольтный ускоритель, Эрнест Лоуренс, чьим именем теперь называется крупнейшая лаборатория по физике высоких энергий Калифорнийского университета, достиг наилучших результатов в создании ускорителя частиц — циклотрона.
С нынешней точки зрения даже примитивные по мощности ускорители того времени еще долго оставались редкостью в европейских лабораториях. Многие исследователи продолжали использовать для бомбардировки мишеней альфа-частицы, но открытие нейтронов изменило положение. Молодой итальянский ученый профессор Римского университета Энрико Ферми, как только узнал об опытах Жолио-Кюри, решил повторить их. Однако для бомбардировки он применил не альфа-частицы, как делали Жолио-Кюри, а нейтроны.
Его намерение можно понять, вспомнив слова Джеймса Чадвика из доклада, прочитанного в Стокгольме в 1933 году по случаю вручения ему Нобелевской премии. Большая эффективность нейтронов в получении ядерных реакций легко объясняется. При столкновении положительно заряженной частицы с ядром вероятность ее проникновения в ядро ограничена кулоновской силой их взаимодействия. Этим определяется минимальное расстояние, на которое может приблизиться частица. Расстояние возрастает с увеличением атомного номера ядра и вскоре достигает столь большой величины, что вероятность проникновения частицы в ядро становится очень малой. В случае же соударения нейтрона с ядром ограничений такого рода не существует. Сила взаимодействия нейтрона с ядром очень мала, только на очень малых расстояниях она начинает быстро расти и носит характер притяжения. Вместо потенциального барьера, как в случае заряженных частиц, нейтрон встречает «потенциальную яму». Поэтому даже нейтроны очень малой энергии могут проникнуть в ядро.
Ферми в статье, опубликованной в итальянском научном журнале, так охарактеризовал нейтроны как частицы для бомбардировки: «Применение нейтронов как бомбардирующих частиц страдает тем недостатком, что число нейтронов, которыми можно практически располагать, неизмеримо меньше числа альфа-частиц, которые можно получить от радиоактивных источников, или числа протонов или дейтронов, которые можно ускорить в высоковольтных устройствах. Но, с другой стороны, этот недостаток частично компенсируется большей эффективностью нейтронов при получении искусственных ядерных реакций. Нейтроны обладают также тем преимуществом, что им свойственна большая способность вызывать ядерные реакции в том смысле, что число элементов, которые могут быть активированы нейтронами, значительно больше числа активных элементов, которые можно получить с помощью других радиоактивных частиц».
Энрико Ферми использовал в своих опытах источник нейтронов в виде стеклянной трубочки, содержащей порошок бериллия и радий. Трубочка вводилась в цилиндрический образец какого-нибудь элемента, если это был, например, металл. Для газов использовалась другая методика. После того как элемент интенсивно облучался определенное время нейтронным потоком, его быстро переносили к счетчику Гейгера — Мюллера, расположенному в другой комнате, и регистрировали импульсы счетчика, определяя, радиоактивен элемент или нет. Ферми подверг бомбардировке нейтронами 68 элементов, в том числе фтор, аллюминий, кремний, фосфор, хлор, железо, кобальт, серебро, йод. В первых опытах, естественно, он использовал те же элементы, что и Жолио-Кюри. У 37 элементов Ферми, и его сотрудники, которых он привлек к этим опытам (Э. Амальди, О. Д'Агостино, Ф. Разетти, Б. Понтекорво) надежно обнаружили явление искусственной радиоактивности.