Борис Казаков - Превращение элементов

Теперь надо объяснить, что происходит с мишенью, в частности с алюминием; картина представляется такой: поглотив альфа-частицу, атом алюминия увеличивает свой заряд на 2 и становится атомом фосфора; правда, несколько необычного, имеющего массовое число не 31, а 30.

Но как убедить в этом химиков? Для них присутствие химического элемента можно доказать, только проведя характерную аналитическую реакцию. Химической разницы у изотопов нет, потому не так уж и трудно показать присутствие фосфора, ибо известна специфическая реакция его обнаружения. Беда лишь в том, что существует-то этот фосфор в течение трёх с половиной минут, да и образуется его ничтожные доли миллиграмма. Жолио обратилась за содействием к знакомым химикам, но те ничем не могли помочь: не существует экспресс-анализ фосфора; требуется несколько часов, чтобы определить его наличие. Пришлось физикам стать в какой-то степени химиками. Они сами разработали метод, который дал им возможность зарегистрировать новообразованный фосфор. Облучённую альфа-частицами алюминиевую фольгу они быстро растворили, после чего в раствор ввели обычную фосфорную соль и туда же добавили реактив, осаждающий фосфор. Весь фосфор, как прибавленный, так и новообразованный, был отделён от алюминия. Поднесённый после этого к осадку счётчик Гейгера зарегистрировал своими щелчками выбрасывание фосфором заряженных частиц.

Что и требовалось доказать!

Не столь уж трудно было написать после этого схему процесса: поглощая альфа-частицу, атом алюминия выбрасывает нейтрон и превращается в изотоп фосфора, который существует недолго; он радиоактивен и, выбрасывая позитрон, становится кремнием. Аналогична последовательность для двух других элементов: бор — радиоактивный азот — углерод; или: магний — радиоактивный кремний — алюминий.

Совокупность таких доказательств могла убедить самого предубеждённого скептика. Узнав об этих результатах (они были опубликованы в Париже в «Отчётах» Академии наук), Резерфорд не замедлил направить в адрес французских учёных письмо, в котором сообщал, что он в восторге от проделанных ими опытов и полученных результатов.

Значение работы Жолио было оценено всем учёным миром, что выразилось в присуждении им Нобелевской премии. Если до этого времени радиоактивность можно было лишь наблюдать, регистрировать, изучать, то теперь оказалось возможным её создавать в элементах, которые в природе самопроизвольно не распадаются.

Искусственная радиоактивность произвела на всех ошеломляющее впечатление, и группа молодых итальянских физиков, возглавляемых Энрико Ферми, задалась вопросом: а что, если произвести аналогичную работу, но в качестве снарядов использовать не альфа-частицы, а нейтроны, которые в ядро будут проникать несравненно легче?

Ферми был замечательным теоретиком, но в экспериментальной физике не имел тогда достаточного опыта, а дело было совершенно новое. Прежде всего необходимо было располагать источником нейтронов. Полоний-бериллиевый источник был испробован на облучении нескольких элементов, но никаких признаков наведённой активности обнаружено не было. Тогда Ферми решил его заменить более сильным — радон-бериллиевым. В этом молодым физикам помог директор физической лаборатории департамента здравоохранения Джулио Трабакки, которого шутливо называли «божьим промыслом» за то, что у него, как у человека, педантично любившего порядок, можно было найти всё, начиная с отвёртки и кончая источником нейтронов.

Один грамм радия, хранившийся в подвалах физического института, непрерывно отделял при своём распаде благородный и радиоактивный же газ радон. Его-то и отдал «божий промысел» Ферми и его группе. Трубочку, в которой был бериллий, заполняли радоном, погружали конец её в жидкий воздух, чтобы газ сконденсировался; после этого трубочку запаивали, и она становилась источником нейтронов. Так как активность радона через несколько дней исчезала, трубочки приходилось всё время изготовлять заново.

Ферми не предполагал провести какой-то единичный лабораторный эксперимент, он хотел проверить нейтронным облучением все элементы периодической системы. Для этого, конечно, нужно было располагать ими, если и не в чистом виде, то хотя бы в соединениях. Эмилио Сегре, ставший потом знаменитым учёным, повесил на плечо сумку и отправился «в поход за добычей» к известному тогда торговцу химикалиями Троколли. К великому удивлению и счастью, Сегре удалось набить свою сумку сразу же чуть ли не всеми нужными химикалиями, причём торговец проявил отсутствие какой бы то ни было корысти. Когда Сегре, просмотрев свой список, дошёл до цезия и рубидия, Троколли отдал две банки бесплатно, сказав, что их никто не спрашивал уже 15 лет, и возгласил при этом торжественно по-латыни: «Даю тебе рубидий и цезий даром из любви к Господу нашему».

Облучение элементов нейтронами было начато строго систематически в порядке возрастания атомного веса. Начали с водорода, затем облучили литий, бор, углерод, азот, кислород и… не получили никакого эффекта. Наступил период разочарования и уныния. А у кого он в своё время не наступает? Тут важно не упасть духом и найти в себе силы преодолеть этот неприятный и трудный рубеж. Ферми сумел преодолеть и продолжил работу. И вот первый, пока ещё слабый успех: облучённый фтор заставил несколько раз щёлкнуть счётчик Гейгера — Мюллера.

Дальше пошло лучше.

Чтобы измерения не искажались радиацией источника нейтронов, счётчики находились в комнате, далеко отстоящей от лаборатории, где проводилось облучение. Возбуждённая радиоактивность в том или ином элементе бывала очень непродолжительной, и, чтобы успеть её зарегистрировать, экспериментаторы неслись по коридору сломя голову.

Понятно, что одного щёлканья счётчика для каких-то научных выводов из эксперимента было недостаточно; следовало определить, что же получается из элемента, подвергшегося воздействию нейтронов. Для этого нужен был профессиональный химик. «Божий промысел» располагал и этим. В его лаборатории работал Оскар Д'Агостино, и профессор Трабакки познакомил с ним всех нейтронных энтузиастов группы Ферми. Правда, Д'Агостино стажировался тогда в области радиохимии в Париже, в лаборатории М.Кюри, в Риме же он находился лишь на пасхальных каникулах. Но узнав о работе, которую предлагает ему Ферми, он «не воспользовался обратным билетом в Париж», по выражению Сегре.

Определение образовавшихся элементов проводилось по методу, который использовал недавно Фредерик Жолио-Кюри. Эксперименты велись систематически и последовательно освещались в научном журнале.