Юрий Корякин - Биография атома

Осколки деления имеют очень маленький пробег в уране, они сразу задерживаются им. В газах пробег осколков значительно больше. Поэтому заметить можно только те осколки, которые вылетели из разделившегося ядра урана, расположенного на самой поверхности слоя урана. Следовательно, чем больше поверхность, тем большее число распадов ядер урана можно заметить. Кроме того, можно было ожидать маскирующего влияния внешних причин. Например, космических лучей. Эти лучи несутся к нам из космического пространства. Существование этих лучей открыл в 1909— 1910 гг. немецкий ученый Альберт Гоккель. Используя воздушный шар, он установил, что чем выше от Земли, тем интенсивнее это излучение. Сначала Гоккелю никто не верил. Все считали это явление противоестественным. Но постепенно было установлено, что такие лучи есть и их основная часть задерживается земной атмосферой. Некоторая часть космических лучей достигает поверхности Земли. Так что все живое на земле постоянно находится под обстрелом космических лучей. Но это нестрашно, так как вся жизнь на Земле давно уже приспособилась, привыкла к этим лучам. В состав космических лучей входят нейтроны, протоны и другие элементарные частицы. Причем иногда они имеют очень большую энергию. На десятки метров эти частицы могут проникать в глубь Земли — настолько велика их скорость.

Поэтому Петржак и Флёров решили избавиться от космических лучей. Ведь если нейтроны, входящие в состав космического излучения, попадут в уран, то они вызовут деление его ядер. И тогда нельзя будет понять, почему разделились ядра урана— сами по себе или под действием космических лучей.

Значит, нужно чем-то защититься от этих лучей. Самый простой способ — укрыться под толстым слоем земли. Метро как раз и является идеальным местом для таких опытов. Ведь над станцией метро «Динамо» значительная толща земли.

Шли поезда, тысячи пассажиров проходили в день по этой станции. Но никто не знал, что рядом, в служебных помещениях станции, двое молодых советских ученых проводят очень важное исследование свойств атома.

И они установили, что действительно очень небольшое число ядер урана, казалось бы без всякой причины, самопроизвольно, или, как еще говорят, спонтанно, распадается, освобождая при этом те же два-три нейтрона. Замечательное экспериментальное мастерство проявили Петржак и Флёров, доказав реальность очень трудно наблюдаемого явления. Ведь в одном грамме урана каждый час самопроизвольно распадается всего лишь несколько атомов. Насколько же трудно это заметить, если в одном грамме урана содержится 2 500 000 000 000 000 000 000 атомов!

Статья об этом открытии была опубликована в журнале «ЖЭТФ» за сентябрь все того же 1940 г. Она называлась «Спонтанное деление урана». Как мы видим, этот год был поистине урожайным для науки об атоме.

И мы можем гордиться тем, что часть очень важных открытий в 1940 г. принадлежит нашим ученым.

Открытие Петржака и Флёрова показало, что для начала цепной реакции совсем не нужны нейтронные источники. Первые нейтроны для цепной реакции всегда найдутся. Их дадут самопроизвольно разваливающиеся ядра урана.

Прежде чем рассказать о декабрьском событии 1942 г., вернемся на несколько лет назад (1934 г.) в солнечную Италию, в Римский университет.

Помните, мы говорили об опытах группы «мальчуганов», возглавляемых Энрико Ферми? Облучая нейтронами различные элементы, они пытались получить 93-й элемент и получили неожиданный результат.

Немного раньше двое ученых из той же группы, Бруно Понтекорво и Эдуардо Амальди, облучая нейтронами различные материалы и испытывая их радиоактивность, обнаружили большую странность в их поведении. Оказывается, величина приобретенной веществами радиоактивности зависела от того, какие предметы находились рядом с облучаемым материалом. Если облучаемый образец находился в свинцовом ящике, то у него наблюдалась радиоактивность гораздо меньшая, чем если он облучался на деревянном столе. Ферми, руководитель «мальчуганов», сразу же обратил на это явление самое серьезное внимание. Тот факт, что чем легче вещество, находящееся рядом с облучаемым образцом, тем сильнее становится радиоактивность, приобретенная образцом, навел его на некоторые размышления. Но ученый предпочитал пока о них не рассказывать. Он только посоветовал своим друзьям поместить облучаемый образец в парафин и посмотреть, что получится.

Так и сделали. Взяли кусок парафина, выдолбили в нем ямку и в нее поместили облучаемый образец—серебряный стаканчик, внутри которого находился источник нейтронов. После облучения проверили радиоактивность серебряного стаканчика. Произошло чудо: парафин в сто раз увеличил радиоактивность стаканчика!

Этот опыт убедил Ферми в правильности его догадки. А рассуждения Ферми были такие. Когда быстрый нейтрон сталкивается с ядром, то поведение нейтрона после столкновения сильно зависит от того, с каким ядром столкнулся нейтрон—легким или тяжелым. Если ядро тяжелое, то нейтрон ударится о него, как о неподвижную стенку, и отскочит почти с той же энергией, которую он имел до столкновения. Подобно тому, как бильярдный шар, ударяясь о бортик бильярда, отскакивает от него с такой же скоростью. Если же ядро легкое, то нейтрон передаст ему часть своей энергии и отскочит от ядра уже с меньшей энергией. Чем легче ядро, тем больше энергии потеряет нейтрон.

Предельный случай, когда ядро имеет массу, равную массе нейтрона. Например, ядра атомов водорода. Ядро водорода содержит единственную частицу — протон. Его масса примерно равна массе нейтрона. Ударившись о такое ядро, нейтрон может совсем потерять свою энергию. Вспомним бильярдные шары. При лобовом столкновении двух одинаковых шаров налетающий шар останавливается, а другой отскакивает со скоростью налетевшего на него шара.

А что происходит, если нейтрон пролетает через вещество с меньшей скоростью? Тогда он с большей вероятностью может быть захвачен каким-либо ядром. Ведь время нахождения нейтрона вблизи ядра при уменьшении скорости увеличивается, и, следовательно, увеличивается время взаимодействия между ними. Значит, чем легче ядра атомов вещества, тем большее количество пролетающих через него нейтронов потеряет энергию и будет захвачено ядрами. И тем больше будет радиоактивность облучаемого вещества.

Поэтому и наблюдались на первый взгляд странные явления в опытах Амальди и Понтекорво. Когда облучаемый образец находился в свинцовом ящике, то нейтроны, ударяясь о ядра атомов свинца, почти не изменяли своей энергии и направления полета. А если образец помещался на деревянный стол, то дерево, содержащее много легких ядер водорода и углерода, сильно замедляло и рассеивало нейтроны. Некоторые из них после нескольких соударений возвращались назад уже сильно замедленными. Они-то и захватывались очень охотно ядрами атомов серебра. Поэтому и увеличивалась его радиоактивность. В парафине еще больше атомов водорода. И, как и ожидал Ферми, радиоактивность серебра, облученного в парафине, увеличилась еще больше.