Абрам Иойрыш - А-бомба

В США любят говорить, что атом — уроженец Америки. Но это не так.

На рубеже XIX и XX вв. расщеплением атома занимались главным образом европейские ученые. Английский ученый В. Томсон предложил модель, согласно которой атом Состоит из положительно заряженного вещества, внутри которого вкраплены электроны. По Томсону, атом напоминает пудинг с изюмом. Томсоновскую модель атома нельзя было проверить непосредственно, но в её пользу свидетельствовали некоторые аналогии.

Француз А. Беккерель открыл радиоактивность в 1896 г. Он показал, что все соединения урана радиоактивны, причем активность примерно пропорциональна количеству содержащегося в них урана.

Французы П. и М. Кюри открыли радиоактивный элемент радий в 1898 г. Они сообщили, что им удалось выделить из урановых отходов «вещество, содержащее… некоторый новый элемент, сообщающий ему свойство радиоактивности и очень близкий по своим химическим свойствам к барию».

Радиоактивность радия примерно в миллион раз больше радиоактивности урана. Без открытия радия большая часть последующих работ была бы невозможна и, быть может, по сей день мы продолжали бы поиски объяснения радиоактивности.

Англичанин Э. Резерфорд в 1902 г. разработал теорию радиоактивного распада, в 1911 г. открыл атомное ядро и в 1919 г. наблюдал искусственное превращение ядер.

А. Эйнштейн, живший до 1933 г. в Германии, в 1905 г. разработал принцип эквивалентности массы и энергии. Он связал воедино оба эти понятия и доказал, что определенному количеству материи соответствует определенное количество энергии.

Датчанин Н. Бор в 1913 г. разработал теорию строения атома, которая легла в основу физической модели устойчивого атома. Он принял за основу модель атома Резерфорда и предположил, что процесс излучения есть квантовое явление. Бор считал, что «классическая электродинамика недостаточна для описания систем атомного размера», поскольку модель атома Резерфорда неустойчива с точки зрения классической электродинамики.

Дж. Кокрофт и Э. Уолтон (Англия) в 1932 г. экспериментальным путем подтвердили теорию Эйнштейна об эквивалентности массы и энергии.

Дж. Чедвик (Англия) в 1932 г. открыл новую элементарную частицу нейтрон.

Д. Д. Иваненко (СССР) в 1932 г. выдвинул гипотезу о строении атомного ядра из протонов и нейтронов.

И. и Ф. Жолио-Кюри (Франция) в 1933 г. впервые искусственно получили радиоизотопы.

Э. Ферми (Италия) в 1934 г. первым использовал нейтроны для бомбардировки атомного ядра.

С этого времени ядерная физика стала быстро развиваться.

В 1937 г. И. Кюри (Франция) открыла деление урана под действием медленных нейтронов. Какие элементы рождаются, когда ядро атома урана захватывает нейтрон? До сих пор во всех ядерных реакциях при естественном радиоактивном распаде, в опытах Э. Резерфорда и в опытах по искусственной радиоактивности всегда образовывались элементы, стоящие в соседних клетках периодической таблицы Д. И. Менделеева. Но у И. Кюри и ее ученика — югослава П. Савича результат получился невероятный: продуктом распада урана был… лантан — 57-й элемент, расположенный в середине таблицы Менделеева.

Процесс деления объяснил советский ученый Я. И. Френкель с помощью так называемой капельной модели ядра. В ее основе лежит представление о сходстве свойств ядра и капли «ядерной жидкости», удерживаемой в равновесии силами поверхностного натяжения.

Об этом мы сейчас и расскажем…

В 1938 г. в Риме, на конгрессе Национального химического объединения Ф. Жолио-Кюри познакомился с О. Ганом, авторитетным химиком, работавшим в Химическом институте Общества кайзера Вильгельма, и обсуждал с ним работу И. Кюри и П. Савича. Ган сомневался в правильности вывода, сделанного И. Кюри.

— Я восхищаюсь вашей женой, — говорил О. Ган, — я весьма дружелюбно отношусь к ней. Но на этот раз она ошиблась. Посоветуйте мадам Жолио проверить. Впрочем, я повторю ее опыты и надеюсь в скором времени доказать ей, что она неправа.

Вернувшись в Берлин, Ган проделал те же опыты.

Немало великих открытий в истории науки кажутся случайными, и, действительно, они нередко были следствием счастливого стечения обстоятельств, хотя в науке, по словам Планка, никогда не существовало «счастья без заслуг».

Ган и Штрассман облучили уран нейтронами и тщательно проверили результаты И. Кюри. И, несмотря на то что Ган долго не соглашался с этими результатами, ему в конце концов пришлось признать: И. Кюри права. Да, там был лантан, а в числе продуктов распада урана оказался еще и сосед лантана барий. В книге «Искусственные элементы», вышедшей в 1948 г., О. Ган писал: «Осенью 1938 г. мы — Штрассман и я, — основываясь на опытах Кюри и Савича, пришли к удивительным результатам. Мы выделили три щелочных металла, которые вначале приняли за искусственные изотопы радия. Уже одно это было бы достойно удивления, потому что радий с зарядом ядра 88 вовсе не является близким соседом урана. Но результаты оказались еще непонятнее. Ни одним из известных методов разделения радия и бария, нам не удалось отделить наши «изотопы радия»… Контрольные опыты, в которых мы смешивали свои искусственные «изотопы радия» с его природными изотопами, а потом их разделяли, наконец разрешили проблему. Природный радий удалось отделить от бария, а искусственные «изотопы радия» — нет. Таким образом мы пришли к выводу, что щелочноземельный элемент, образующийся при воздействии нейтронов на уран, — не радий, а барий. Это был совершенно неожиданный результат…».

Результат для химиков был бесспорным, а для физиков необъяснимым. Снова загадка, и снова пришлось признать, что И. Кюри права. Ган и Штрассман отправили в научный журнал заметку, в которой писали: «Как химики, мы принуждены определенно заявить, что новые вещества (подразумеваются продукты деления урана. — Авт.) ведут себя не как радий, а как барий». Это сообщение, опубликованное 6 января 1939 г., заинтересовало ученых.

Ган и Штрассман недоумевали, обнаружив странный, но бесспорный факт, и не отважились допустить мысль, что открыли новый физический процесс, связанный с освобождением громадной энергии. Результаты этих опытов были объяснены другими учеными.

У Гана более 30 лет в качестве ассистентки работала австрийка Л. Мейтнер, которую Эйнштейн называл «наша мадам Кюри». Будучи «неарийского» происхождения, она в конце 30-х годов вынуждена была эмигрировать из Германии в Голландию, а оттуда переехала в Стокгольм. В то время она уже была известным ученым. С ее мнением считались многие. Совершенно растерянный Ган написал ей о своей и Штрассмана, как, ему казалось, неудаче.

Письмо Гана очень заинтересовало Мейтнер. Она знала своего профессора как великого мастера в области химии, поэтому нисколько не сомневалась в точности его экспериментов. Мейтнер все время думала о письме. Действительно, в чем загадка? Уран находится в конце таблицы Менделеева, барий и лантан — в середине. Заряд и масса ядра бария или лантана в сумме составляют примерно половину заряда и массы ядра урана. В облученном нейтронами уране получаются элементы, имеющие примерно вдвое меньший атомный вес, чем уран.