Под знаком кванта - Леонид Иванович Пономарёв
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
n+292U ---► 292U ---> 293X-f-e4-V.
Из опытов Ферми такой вывод следовал настолько естественно, что даже без детальной его проверки он сразу же стал научной сенсацией и достоянием газет. В этом согласном хоре раздавались, однако, и критические голоса, о которых вспомнили лишь несколько лет спустя: немецкие радиохимики супруги Ида и Вальтер Ноддак, открывшие элемент рений, уже в 1934 г. допускали, что Ферми видел не образование трансурановых элементов, а осколки ядра урана. Но большинство радиохимиков еще не были готовы к таким радикальным заключениям и принялись искать «трансурановые» элементы.
Немецкий радиохимик Отто Ган (1879—1968), ученик Рамзая и Резерфорда, в течение многих лет терпеливо и тщательно распутывал цепочки радиоактивных превращений, открыл элемент протактиний и изомерию ядер. В 1937 г. совместно с Лизе Мейтнер (1878—1968) и Фрицем Штрассма-ном (1902—1980) он решил повторить опыты Ферми по облучению урана нейтронами. Он наблюдал при этом обычную p-активность с периодом полураспада 23 мин, и, поскольку эту активность никак не удавалось отделить от урана, они согласились с Ферми, что это действительно p-распад 292U с превращением его в новый неизвестный элемент 2эзХ. Но в отличие от Ферми они были профессиональными химиками и, прежде чем объявить о своем открытии, хотели найти химические доказательства образования нового элемента. Последовала новая серия экспериментов, которая летом 1938 г. была прервана: Лизе Мейтнер, спасаясь от преследований нацистов, эмигрировала в Швецию.
Осенью 1938 г. Ган и Штрассман возобновили опыты, используя при этом все тот же метод «реакций с носителем». Облучив уран нейтронами, они его растворяли, добавляли в раствор соли бария и затем осаждали барий. Оказалось, что вместе с барием в осадок выпадает и p-активное вещество. Ган и Штрассман решили, что это радий-231, который мог бы образоваться из 29гП путем двух последовательных а-распа-дов и который по своим химическим свойствам весьма похож на барий. Но что-то мешало им немедленно сообщить об этом заключении, да к тому же в аналогичных опытах Ирэн Кюри и Павле Савича происходило тоже нечто непонятное: они как будто наблюдали лантан. В конце концов, после бесконечных проверок, Ган и Штрассман убедились, что их p-активность от радия отделить можно, но отделить ее от бария никакими силами не удается. За этот результат Отто Ган, радиохимик с тридцатилетним стажем, мог поручиться. И все же сомнения оставались, и в своей статье Ган и Штрасс-
ман честно в них признавались: «Как химики мы должны заменить символы Ra, Ас и Th в нашей прежней схеме на Ba, La и Се. Как «химики-ядерщики», в определенном смысле близкие физике, мы еще не можем решиться на этот шаг, противоречащий всем прежним представлениям ядерной физики».
Нам трудно понять сейчас их недоумение: уже в школе мы знаем, что ядро урана делится, и не находим в этом ничего странного. Попытаемся, однако, взглянуть на это явление глазами первооткрывателей и если не понять, то хотя бы почувствовать корень их сомнений. Прежде всего, они — химики, и химический элемент для них — некая чрезвычайно устойчивая индивидуальность, которая остается невредимой, пройдя через жар и холод, бесконечные растворения, кристаллизации и бурные химические реакции. Лишь недавно они с большим трудом привыкли к тому, что иногда, в процессе радиоактивного распада ядер, один элемент может превратиться в другой. Но самое большее, чего можно было в этом случае добиться,— это передвинуть элемент в таблице Менделеева на одну, максимум на две клетки. Но ведь порядковый номер бария равен 56 — почти вдвое меньше порядкового номера урана! И если поверить в то, что барий действительно образуется из урана, придется допустить, что элементы по таблице Менделеева можно перемещать, как вздумается,— ни один химик с этим смириться не может.
22 декабря 1938 г. Ган и Штрассман направили в печать статью с описанием своих опытов. Накануне Отто Ган написал письмо Лизе Мейтнер, в котором поделился своими сомнениями,— с ней его связывали 30 лет дружбы, работы и совместных открытий. Она получила письмо незадолго до рождественских каникул, которые намеревалась провести в отеле небольшого городка Кунгалв близ Гётеборга. Там навестил ее племянник Отто Роберт Фриш (1904—1979), тоже физик, эмигрировавший в Копенгаген и работавший в то время в институте Нильса Бора. Сообща они довольно быстро поняли, что Ган и Штрассман наблюдали развал ядра урана при захвате им нейтрона (чуть позже они по предложению биолога Уильяма Арнольда ввели общепринятый теперь термин деление ядра — по аналогии с делением клетки, точно так же, как за четверть века до них Резерфорд ввел понятие «ядро атома» по аналогии с ядром клетки). Но— самое главное — они тут же поняли, что при таком делении должна выделяться огромная энергия. После работ Астона было известно, что энергия связи на один нуклон в ядре урана равна 7,6 МэВ, а для ядер элементов, расположенных
9 Л. И. Пономарев 257 в середине таблицы Менделеева,— значительно больше — 8,5 МэВ. Чем больше энергия связи ядра, тем оно прочнее и тем больше его дефект массы, то есть разность между массой ядра и массой составляющих его нуклонов, и тем большая энергия выделяется при образовании ядра. Поэтому при делении ядра урана с атомным весом 235 должна освобождаться энергия
Д£=(8,5 —7,6) МэВ-235^200 МэВ,
то есть почти в пять раз больше, чем во всей цепочке радиоактивного распада — от урана до свинца. Теперь мы уже знаем, что это действительно огромная энергия, и можем понять волнение Фриша и Мейтнер, когда они впервые на клочке бумаги проделали этот простенький подсчет: из него следовало, что при делении ядер, заключенных в 1 г урана, выделяется энергия, равная 8-1O10 Дж, то есть теплота, запасенная в 3 т угля.
По возвращении в Копенгаген Фриш успел рассказать все эти новости Нильсу Бору чуть ли не на пристани у трапа парохода, увозившего Бора на несколько месяцев в Америку, а сам немедленно принялся готовить эксперимент по проверке гипотезы о делении ядер урана. Во второй половине дня
