Страница 11 из 28
Макс Планк в 1901 году.
ГАН ДО ЗНАКОМСТВА С МЕЙТНЕР
Отто Ган родился во Франкфурте (Германия) в 1879 году. Он был младшим из трех детей в семье довольно скромного происхождения. Однако дела его отца шли успешно, и они не испытывали финансовых ограничений. Как писал в автобиографии Отто, его отец желал для сына карьеры архитектора, хотя сам Ган не чувствовал в себе способностей к этому делу:
«У меня отсутствовала какая бы то ни было склонность к рисованию. [...] У меня не было артистического воображения, в целом я совершенно не был приспособлен к этой профессии».
В юношеские годы Отто превратил прачечную в своем доме в импровизированную химическую лабораторию и так увлекся экспериментами, что твердо решил стать химиком.
В 1897 году он поступил в Марбургский университет, но, как сам говорил впоследствии, «наше внимание к науке было не слишком заметным». В тот период Гана скорее привлекали развлечения, а не наука:
«Я не планировал превращаться в ученого, мне быстро стало понятно, что для работы в промышленности достаточно освоить основы».
Он понимал, что после окончания обучения ему несложно будет найти работу в немецкой химической промышленности, переживавшей бурное развитие, поэтому в университетские годы много времени проводил в тавернах вместе с друзьями, и это были «беззаботные и счастливые часы». Однако по предметам, напрямую связанным с химией, Ган получал высшие оценки.
После окончания учебы он прошел обязательную военную службу, а затем стал ассистентом одного из профессоров Марбургского университета. Для получения работы в промышленности Гану требовалось иметь опыт работы за рубежом и знать иностранные языки. Отто решил, что для расширения полученных знаний лучше всего отправиться в Лондон. Этот простой план имел неожиданные результаты.
В 1904 году Ган прибыл в Лондон, чтобы работать вместе с шотландским химиком и экспертом по благородным газам Уильямом Рамзаем (1852-1916). Тот открыл, среди прочего, газ гелий и в этом же году получил Нобелевскую премию. Исследования Рамзая были посвящены радиоактивности, он находился на пике своей научной карьеры. Увы, через несколько лет химик занялся проектом добычи золота из морской воды, и в связи с этим его карьера пошла на спад. Для Гана сотрудничество с Рамзаем открывало множество возможностей, которыми он не преминул воспользоваться.
У Гана есть институт для открытия новых элементов.
Эрнест Резерфорд
«Это был год моей «трансмутации» из специалиста по органической химии в радиохимика», — вспоминал Ган. Его знания по радиоактивности были скудными, а опыта у него не было совсем. Однако Рамзай считал, что отсутствие знаний может стать преимуществом: такой исследователь свободен от предрассудков. Скоро изучение радия, открытого Кюри в начале века, привело Гана к выводу, что он обнаружил новый радиоактивный элемент. Отто назвал его радиоторием, так как его связь с торием была очевидна. Рамзай заметил способности Гана, сулившие блестящую карьеру исследователя, и попросил своего новоиспеченного помощника продолжать исследования в области радиоактивности. Позднее сам Ган признавал:
«Как это вещество [радиоторий] попало в образец радия? Объяснение состояло в том, что образец был взят не из жилы чистого урана, а из торианита, который залегает на Цейлоне [сегодня Шри-Ланка] и содержит, кроме урана, большой процент тория. Строго говоря, открытие радиотория было делом удачи».
Пребывание в Лондоне подходило к концу. Гана ожидало крупное химическое предприятие, занимавшее прочные позиции в экономике страны и обещавшее юноше широкие перспективы. Это была стабильная и хорошо оплачиваемая работа.
РАДИОТОРИЙ, РАДИОАКТИНИЙ, МЕЗОТОРИЙ И РАДИОАКТИВНЫЕ РЯДЫ
Если в 1900 году было известно совсем немного радиоактивных элементов, то очень скоро ученые начали открывать все новые и новые. Идентификация радиоактивных элементов (или, как их называли, радиоэлементов) происходила хаотично. Эрнест Резерфорд заметил, что при распаде радиоактивные элементы испускают излучение (альфа, бета и гамма) и в определенных случаях трансмутируют в другие вещества, которые, как правило, также являются радиоактивными. Химическая трансмутация и испускание излучения связаны, испускаемые частицы — ключ для понимания превращения элементов. Во время радиоактивных процессов меняется соотношение частиц в атоме элемента и происходит его превращение. Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди установили, что на самом деле все разнообразие радиоактивных элементов можно классифицировать по семействам и организовать в простую схему, напоминающую родословное древо, — так были сформированы ряды распада. От родительского элемента — урана или тория — при последующих распадах и испускании частиц появлялись дочерние элементы, или продукты распада. Новые вещества, открытые Ганом, должны были распределяться по радиоактивным рядам. В 1904 году Резерфорд опубликовал первые ряды, показывающие связи между разными радиоактивными элементами. На рисунке можно увидеть семейства радия и тория, которые в ходе серии распадов испускают частицы, также указанные на схеме (Чт — сокращение для обозначения частиц, в данном случае альфа или бета).
Понятие изотопа было введено Содди в 1913 году и помогло классифицировать все радиоэлементы заново. Ган замечал:
«Все мои попытки отделить друг от друга «элементы» радий и мезоторий окончились неудачей. Так же трудно было отделить радиоторий от тория. Химическое сходство между этими элементами было очевидным и значительно большим, чем сходство между редкоземельными элементами; однако никто не задумывался о возможности существования изотопов».
Изотопы одного элемента имели одинаковые химические характеристики, поэтому некоторая путаница была вполне объяснима. Разное массовое число заставляло считать каждый изотоп новым элементом. Кстати, впоследствии было выяснено, что мезоторий, открытый Ганом в 1907 году, — это радиоактивный изотоп радия (если быть точными, речь идет о радии-228) как продукт распада тория.
Но Рамзай ввел Отто в новый мир, в котором он почувствовал себя как рыба в воде. Исследовательская работа означала весьма неопределенное и нестабильное будущее, но и открывала интересные возможности. Рамзай, со своей стороны, сказал Гану, что для продвижения в науке необходимо отправиться в Канаду и поработать там в Университете Макгилла с главным экспертом по радиоактивности — Эрнестом Резерфордом. Гану необходимо было принять решение: возвращаться на родину или просить Резерфорда принять его в качестве помощника в лаборатории. Он выбрал второй вариант, но впоследствии наладил плодотворное сотрудничество и с предприятиями химической промышленности, финансировавшими часть его проектов.
Отто Ган работал в Университете Макгилла у Эрнеста Резерфорда в течение полутора лет. Вначале Резерфорд не слишком высоко оценил открытие радиотория. Не доверял он и методам, которые использовал Уильям Рамзай. Ученый даже написал Гану, что тот должен «поучиться физике и отделаться от своего элемента». Однако постепенно между Резерфордом и Ганом завязалась дружба на всю жизнь, а канадский период работы стал для Отто очень плодотворным и, как говорил он сам, «памятным». Здесь Гану удалось найти вещество, которое он назвал радиоактинием.
Вернувшись в Германию, Ган нашел место в Берлинском химическом институте. Берлин, казалось, был идеальным городом для химика, так как в нем находились основные предприятия химической промышленности. Ганом заинтересовался сам директор института Эмиль Фишер, известный ученый, получивший Нобелевскую премию в 1902 году за изучение пурина.