Избранные научные труды
Шрифт:
Когда летом 1928 г. Гамов присоединился к нам в Копенгагене, он был занят исследованием проникновения заряженных частиц в ядра за счёт обратного туннельного эффекта. Он начал эту работу в Гёттингене и рассказал о ней Гоутермансу и Аткинсону; последние пришли к предположению о том, что источники солнечной энергии могут быть сведены к ядерным превращениям, вызываемым ударами протонов, обладающих большими тепловыми скоростями; наличие таких протонов, согласно представлениям Эддингтона, следовало ожидать во внутренней части Солнца.
Во время короткого визита в Кембридж в октябре 1928 г. Гамов обсуждал экспериментальные перспективы, вытекающие из его теоретических работ с Кокрофтом, который, выполнив более подробные расчёты, убедился в возможности достижения заметных эффектов бомбардировкой лёгких ядер протонами с энергией значительно
Эти эксперименты положили начало новой стадии чрезвычайно важных исследований, результатом которых было быстрое нарастание от года к году как наших сведений о ядерных реакциях, так и совершенства ускорительной техники. Но уже первые опыты Кокрофта и Уолтона принесли в нескольких отношениях результаты большого значения. Они не только подтвердили во всех деталях предсказания квантовой теории относительно зависимости сечения реакции от энергии протонов, но и дали возможность увязать кинетическую энергию -частиц с массами реагирующих частиц, которые к этому времени были известны с достаточной точностью благодаря блестяще развитой Астоном масс-спектроскопии. Такое сравнение позволило впервые дать экспериментальную проверку знаменитого соотношения Эйнштейна между энергией и массой, к которому он пришёл за много лет до этого на основании релятивистских аргументов. Едва ли нужно напоминать, насколько важным оказалось это соотношение при дальнейшем развитии ядерных исследований.
История открытия нейтрона Чэдвиком носит на себе очень сходные драматические черты. Широту взглядов Резерфорда характеризует то, что он давно предчувствовал присутствие в ядрах тяжёлой нейтральной составляющей с массой, близкой к массе протона. Как это постепенно выяснилось, эта идея могла дать объяснение открытию Астоном изотопов почти всех элементов с атомными массами, близкими к целым кратным атомного веса водорода. В связи с изучением многочисленных типов -излучения, вызывающего ядерные расщепления, Резерфорд и Чэдвик провели тщательные поиски данных, касающихся существования частиц такого сорта. Однако вся эта история достигла наивысшей точки, когда Боте и Жолио-Кюри обнаружили проникающее излучение, возникающее при бомбардировке бериллия -частицами. Сначала это излучение было принято за некоторое излучение -типа, но великолепное знакомство Чэдвика с многочисленными аспектами радиационных явлений позволило ему совершенно отчётливо понять, что экспериментальные данные несовместимы с этой точкой зрения.
Замечательными исследованиями, которые выявили большое количество новых черт явления, Чэдвик сумел доказать, что мы наблюдаем обмен импульсом и энергией с нейтральной частицей, массу которой он определил отличной от массы протона менее чем на одну тысячную. С учётом той лёгкости, с которой нейтроны (если их сравнивать с заряженными частицами) могут проходить через вещество без обмена энергией с электронами и проникать в атомные ядра, было ясно, какие широкие возможности создавало открытие Чэдвика для наблюдения новых типов ядерных превращений. Некоторые чрезвычайно интересные случаи таких новых явлений были немедленно продемонстрированы в Кавендишской лаборатории Физером, который получил в камере Вильсона снимки, на которых было видна расщепление ядра азота в процессе выбивания -частиц нейтронной бомбардировкой. Как известно, подхваченные многими лабораториями исследования в этом направлении привели к быстрому нарастанию наших знаний о строении ядра и процессах ядерных превращений.
Весной 1932 г. на одной из наших ежегодных конференций в Копенгагенском институте, где, как всегда, мы были рады встретить многих из наших бывших сотрудников, одним из главных обсуждавшихся вопросов был, разумеется,
«21 апреля 1932 г.
Дорогой Бор!
Мне было очень приятно услышать о всех вас от Фаулера, когда он вернулся в Кембридж, и узнать о замечательной встрече старых друзей. Я с интересом узнал о вашей теории нейтрона. Я познакомился с ней в очень удачном изложении научного обозревателя «Манчестер Гардиан» Кроузера, человека вполне квалифицированного в этих вопросах. Я очень рад, что вы благожелательно относитесь к нейтрону. Я считаю, что данные в его пользу, полученные к настоящему времени Чэдвиком и другими, в существенном исчерпывающе полны. Остаётся ещё спорный вопрос о том, в какой степени производимая ионизация (или ионизация, которая могла бы производиться) может объяснить поглощение, если пренебречь столкновениями с ядрами.
Беда не приходит одна, и у меня есть для вас ещё интересные новости, краткое сообщение о которых должно появиться в «Nature» на следующей неделе. Вы знаете, что у нас есть лаборатория высоких напряжений, где устойчивое постоянное напряжение может быть доведено до 600 000 вольт и выше. Там недавно исследовались эффекты бомбардировки лёгких элементов протонами. Протоны падали на поверхность материала, расположенную под 45° к оси трубки, а вызываемые ими эффекты наблюдались сбоку сцинтилляционным методом — экран из сернистого цинка был покрыт достаточно толстым слоем слюды, чтобы задержать протоны. В случае лития наблюдались яркие сцинтилляции, начиная примерно с 125 000 вольт, которые быстро нарастали с ростом напряжения вплоть до многих сотен в минуту при значениях протонного тока в несколько миллиампер, -частицы, по-видимому, имели определённую длину пробега, практически не зависимую от напряжения и равную в воздухе около 8 см. Самое простое предположение, которое можно было сделать, состояло в том, что литий-7, захватывая протон, разламывается и при этом испускает пару обычных -частиц. Принимая эту точку зрения, можно показать, что полное значение высвобождаемой энергии составляет около 16 млн. электронвольт, и это даёт правильный порядок для происходящих изменений в массах, если допустить справедливость закона сохранения энергии.
Позже будут поставлены специальные опыты, чтобы проверить природу частиц, но по яркости сцинтилляций и следам в камере Вильсона представляется весьма вероятным, что это -частицы. В опытах, проведённых в самые последние дни, аналогичные эффекты наблюдались у бора и фтора, однако пробег частиц меньше, хотя они также похожи на -частицы. Возможно, бор-11 захватывает протон и раскалывается на три -частицы, тогда как фтор разламывается на кислород и -частицу. Баланс энергии находится примерно в соответствии с этими выводами. Я не сомневаюсь, что вас очень заинтересуют эти новые результаты, которые мы надеемся в ближайшем будущем расширить.
Совершенно ясно, что -частица, нейтрон и протон, по-видимому, будут вызывать различные типы расщепления, и возможно, что очень показательно то, что до сих пор наблюдались результаты только для 4n+З элементов. Всё выглядит так, как будто добавление четвёртого протона ведёт к немедленному образованию -частицы и последующему распаду. Я думаю тем не менее, что вопрос в целом скорее следует рассматривать в виде единого процесса, чем в виде отдельных ступеней.
Не могу не радоваться тому, что силы и деньги, затраченные на создание высоких напряжений, вознаграждены вполне определёнными и интересными результатами. Фактически они должны были наблюдать эти эффекты на год или что-нибудь вроде этого раньше, но избрали неправильное направление. Вы легко можете представить себе, какие широкие горизонты открывают эти результаты для исследования превращений вообще.