Марианна Шаскольская - Фредерик Жолио-Кюри

Радий выделяет тепло. Если бы грамм радия распался целиком, выделилось бы около 2 тысяч миллионов калорий, в 360 тысяч раз больше, чем дало бы сгорание грамма угля. Но пройдет история человечества, от падения Римской империи до наших дней, пока грамм радия распадется наполовину! Можно ли пользоваться таким источником энергии?

Как же все-таки овладеть энергией атомного ядра? Очевидно, надо не ждать, пока ядро распадется само, а научиться его разбивать. Но как? Ведь все попытки вмешаться в процесс радиоактивного распада неизменно кончались неудачей. Мысль о проникновении внутрь атомного ядра казалась смелой фантастикой.

«Мы находимся теперь в положении первобытного человека, — писал в те годы один из авторов теории радиоактивного распада, Фредерик Содди. — Первобытный человек пользовался для жизни только солнечным светом, прежде чем он научился добывать огонь. Первым шагом на долгом пути, пройденном человеком от варварства к цивилизации, было, по-видимому, искусство получать огонь». Первобытный дикарь научился готовить пищу на костре, но мог ли он мыслить о будущем огня — о топках паровых машин, о паровозах и пароходах?! Он видел только естественное проявление огня, то есть пламя. Так и… «мы знаем о существовании внутренних запасов энергии в веществе только на основании естественных проявлений ее в радиоактивности».

Энергия, нужная нам для самого нашего существования, которой природа снабжает нас лишь неохотно и совсем не щедро по сравнению с нашими нуждами, действительно содержится в виде громадных запасов в окружающей нас материи, но управление ею и использование ее еще не в наших руках. «Когда мы научимся превращать элементы по желанию из одного в другой, тогда, и только тогда, ключ от этой сокровищницы природы будет в наших руках».

1919 год принес весть о новой победе человека над природой: Резерфорду впервые удалось искусственно разбить атомное ядро.

Чтобы разбить неприступную твердыню, Резерфорд произвел бомбардировку, а «снаряды», разрушавшие атомное ядро, были диаметром в стотысячные части миллиардных долей сантиметра (10 -13сантиметра). В качестве снарядов Резерфорд применил альфа-частицы.

Представьте себе стрелка, стоящего очень далеко от мишени размером в сто гектаров (один квадратный километр). На мишени нарисована цель: кружочек диаметром в один сантиметр. Именно так относятся друг к другу размеры атома и атомного ядра: ядро меньше атома в сто тысяч раз.

Каково стрелять в такую цель даже и самому искусному стрелку? Но задача Резерфорда была еще сложнее: представьте себе, что стрелку к тому же завязали глаза и он должен стрелять вслепую. Ведь атомы и их ядра невидимы.

Резерфорду удалось поставить опыт так, что альфа-частицы попадали в ядро атома азота и разбивали его. При этом из ядра азота вылетали протоны, и азот превращался в кислород. Это была первая искусственная реакция превращения элементов, осуществленная человеком.

От слепого стрелка Резерфорд отличался тем, что на его мишени была не единственная цель: в веществе множество ядер, и, не попав в одно ядро, снаряд может попасть в другое. К тому же у Резерфорда был не один снаряд, он бомбардировал азот громадным количеством альфа-частиц. В ядро азота попадали очень немногие частицы: единицы из миллионов.

Англичанин Блеккет, который вслед за Резерфордом занимался бомбардировкой атомных ядер, снял и изучил двадцать три тысячи фотографий. На них были видны пятьсот тысяч следов альфа-частиц, но лишь в восьми случаях Блеккет обнаружил то, что искал: след попадания альфа-частицы в ядро.

Кстати, увидеть и сфотографировать следы альфа-частиц Блеккет смог лишь потому, что к этому времени англичанин Вильсон изобрел прибор, названный камерой Вильсона. Камера Вильсона заполнена пересыщенным паром. Когда сквозь пар пролетает заряженная частичка, след ее вырисовывается как темная черточка на ровном сером фоне.

Решил ли Резерфорд задачу овладения ядерной энергией? Нет, до этого решения было далеко.

Да, действительно, при каждом распаде атомного ядра, когда в него попадала альфа-частица, выделялась громадная энергия. Например, каждый раз, когда альфа-частица попадает в ядро атома алюминия, выделяется энергия в 3,3 миллиона электроновольт [3] Электроновольт — единица энергии, применяемая в ядерной физике. Один электроновольт составляет 4,45*10 -14 киловатт-часов или 3.83*10 -8 калорий. . Это много. Но ведь попадают очень редкие альфа-частицы, а все остальные летят вхолостую. А на то, чтобы направить пучок альфа-частиц на ядра, нужно затрачивать энергию. Если подсчитать, то оказывается: чтобы осуществить разрушение одного ядра атома алюминия и получить при этом 3,3 миллиона электроновольт, надо затратить вхолостую почти миллиард электроновольт. Ясно, что тратится несравненно больше энергии, чем получается. Опыты Резерфорда не сделали рентабельным источник ядерной энергии. Но они показали, что человек может извлечь ядерную энергию. Пусть пока этот процесс оставался явно невыгодным. Сокровищница природы еще хранила свое богатство, но ключ был уже в руках человека. Успех Резерфорда в штурме ядра азота и искусственном превращении азота в кислород был сенсацией, вестью о начале новой эпохи в истории наук: люди научились осуществлять ядерные превращения. Это сообщение появилось в то время, когда в лабораториях только что снова затеплилась жизнь, прерванная войной. Многие лаборатории, и прежде всего лаборатория Кюри в Париже, подхватили и продолжили работы Резерфорда. Вскоре удалось наблюдать расщепление ядер не только у азота, но и у бора, фтора, натрия, алюминия, фосфора. За ними последовало расщепление ядер неона, магния, кремния, серы, хлора, аргона, калия.

Стало ясно, что человек может искусственно вызвать превращение элементов, бомбардируя атомное ядро надлежащими снарядами. Но вот тут-то и таилась основная трудность: снарядов не было. Альфа-частицы, то есть ядра атомов гелия, несут на себе положительный электрический заряд. Ядро любого атома тоже заряжено положительно. А так как электрические заряды одного знака отталкиваются, то мишень, то есть ядро бомбардируемого атома, и снаряд, то есть альфа-частица, отталкиваются друг от друга.

Заставить альфа-частицу преодолеть эти силы отталкивания удавалось лишь для легких атомов. Поэтому и оказывалось возможным разрушать лишь ядра легких элементов. Последним из них стал калий. Все попытки разрушить ядра элементов, следующих за калием, не привели к успеху. Для штурма атомного ядра нужны были снаряды более мощные, чем альфа-частицы. Но в те времена физики еще не знали других частиц.

Не удивительно, что десятилетие, прошедшее после работ Резерфорда, хотя и было заполнено интенсивной работой, но не принесло новых решающих открытий в области превращения элементов. Это был период, когда углублялись и накапливались знания о строении атома и атомного ядра, совершенствовалась техника эксперимента.