Получение энергии. Лиза Мейтнер. Расщепление ядра
Шрифт:
РАДИОТОРИЙ, РАДИОАКТИНИЙ, МЕЗОТОРИЙ И РАДИОАКТИВНЫЕ РЯДЫ
Если в 1900 году было известно совсем немного радиоактивных элементов, то очень скоро ученые начали открывать все новые и новые. Идентификация радиоактивных элементов (или, как их называли, радиоэлементов) происходила хаотично. Эрнест Резерфорд заметил, что при распаде радиоактивные элементы испускают излучение (альфа, бета и гамма) и в определенных случаях трансмутируют в другие вещества, которые, как правило, также являются радиоактивными. Химическая трансмутация и испускание излучения связаны, испускаемые частицы — ключ для понимания превращения элементов. Во время радиоактивных процессов меняется соотношение частиц в атоме элемента
Понятие изотопа было введено Содди в 1913 году и помогло классифицировать все радиоэлементы заново. Ган замечал:
«Все мои попытки отделить друг от друга «элементы» радий и мезоторий окончились неудачей. Так же трудно было отделить радиоторий от тория. Химическое сходство между этими элементами было очевидным и значительно большим, чем сходство между редкоземельными элементами; однако никто не задумывался о возможности существования изотопов».
Изотопы одного элемента имели одинаковые химические характеристики, поэтому некоторая путаница была вполне объяснима. Разное массовое число заставляло считать каждый изотоп новым элементом. Кстати, впоследствии было выяснено, что мезоторий, открытый Ганом в 1907 году, — это радиоактивный изотоп радия (если быть точными, речь идет о радии-228) как продукт распада тория.
Но Рамзай ввел Отто в новый мир, в котором он почувствовал себя как рыба в воде. Исследовательская работа означала весьма неопределенное и нестабильное будущее, но и открывала интересные возможности. Рамзай, со своей стороны, сказал Гану, что для продвижения в науке необходимо отправиться в Канаду и поработать там в Университете Макгилла с главным экспертом по радиоактивности — Эрнестом Резерфордом. Гану необходимо было принять решение: возвращаться на родину или просить Резерфорда принять его в качестве помощника в лаборатории. Он выбрал второй вариант, но впоследствии наладил плодотворное сотрудничество и с предприятиями химической промышленности, финансировавшими часть его проектов.
Отто Ган работал в Университете Макгилла у Эрнеста Резерфорда в течение полутора лет. Вначале Резерфорд не слишком высоко оценил открытие радиотория. Не доверял он и методам, которые использовал Уильям Рамзай. Ученый даже написал Гану, что тот должен «поучиться физике и отделаться от своего элемента». Однако постепенно между Резерфордом и Ганом завязалась дружба на всю жизнь, а канадский период работы стал для Отто очень плодотворным и, как говорил он сам, «памятным». Здесь Гану удалось найти вещество, которое он назвал радиоактинием.
Вернувшись в Германию, Ган нашел место в Берлинском химическом институте. Берлин, казалось, был идеальным городом для химика, так как в нем находились основные предприятия химической промышленности. Ганом заинтересовался сам директор института Эмиль Фишер, известный ученый, получивший Нобелевскую премию в 1902 году за изучение пурина.
Радиоактивность была областью исследований, еще не получившей достаточного внимания в университете, но открытие мезотория, сделанное в 1907 году, вызвало большой интерес со стороны промышленных предприятий. Химически этот элемент был сходен с радием, но его производство обходилось значительно дешевле. Мезоторий обладает рядом интересных характеристик, и благодаря своему открытию Ган получил некоторую известность в стране. Позже выяснилось, что все три открытых
ИССЛЕДОВАНИЕ БЕТА-ИЗЛУЧЕНИЯ
Мейтнер и Ган встретились впервые в Берлинском университете в конце 1907 года. С первого момента они прекрасно поняли друг друга, так что Ган сразу же предложил Лизе работать в химическом институте вместе с ним. Однако на это нужно было испросить разрешения директора Фишера. Тот поначалу сопротивлялся идее Гана, так как нормы университета запрещали женщинам присутствовать в здании, да и он сам хотел бы воздержаться от совместной работы в лаборатории с женщиной. Наконец он уступил и позволил Мейтнер работать в институте — при условии, что их лаборатория будет находиться в подвале, в помещении, где до этого была столярная мастерская. Мейтнер запрещалось входить в основное здание, даже туалетной комнатой ей приходилось пользоваться в соседнем отеле. «Мне пришлось пообещать, что я не буду входить в химический институт, где работали студенты-мужчины и Ган ставил свои химические опыты», — рассказывала она впоследствии.
В те дни женщинам было запрещено работать в институте. Когда я предложил Эмилю Фишеру принять Лизу Мейтнер, чтобы она работала со мной в столярной мастерской в подвале института, [...] он просил ее, чтобы она не входила в учебные аудитории, так как это стало бы плохим прецедентом.
Отто Ган
По утрам Мейтнер приходила на занятия в университет как слушатель — это было основной причиной ее пребывания в Берлине. Ган, в свою очередь, в течение рабочего дня занимался подготовкой к открытию отдела радиохимии института.
В их полном распоряжении для экспериментов оставались только вечера.
Отношения между исследователями всегда были дружескими и очень уважительными. В течение многих лет они обращались друг к другу на «вы», не встречались за стенами лаборатории и никогда не обедали вместе во время работы. Однако, несмотря на некоторую отдаленность, Ган считал, что они были «очень хорошими друзьями», а Мейтнер всегда вспоминала об этом периоде с теплотой, говоря об искреннем расположении Гана, а также о «его любезности и увлеченности музыкой». Ган обладал невероятной музыкальной памятью и часто во время трудоемких экспериментов насвистывал симфонии Бетховена и Чайковского. Экстраверт Ган и застенчивая Лиза Мейтнер хорошо дополняли друг друга.
В ПОДВАЛЕ
Оборудование в их лаборатории было очень простым: три электроскопа, сконструированные по образцу моделей, используемых Резерфордом. Эти аппараты нужны были для измерения и учета различных излучений при радиоактивных процессах. Первой большой целью ученых стало исследование бета-излучения, и они проанализировали этот тип испускания частиц для всех известных элементов. В результате в журнале Physikalische Zeitschrift была опубликована первая совместная статья Гана и Мейтнер под заголовком «О поглощении бета-лучей разных радиоэлементов». Если Ган был одержим идеей открытия новых элементов, то для Мейтнер более интересным казалось «распутывать излучения». В последующие два года они опубликовали восемь статей в том же журнале.
В следующем 1908 году Резерфорд получил Нобелевскую премию по химии за открытия в области радиоактивности, и это вызвало рост интереса исследователей к этой сфере. Ган и Мейтнер замечали, что их все больше принимают всерьез, их работы привлекают все большее внимание и признание коллег. Резерфорд, отправившийся за Нобелевской премией в Стокгольм, по дороге заехал в Германию, к своему ученику Гану, и познакомился с Мейтнер, о достижениях которой уже был наслышан.
Неустанная работа двух ученых приносила все новые плоды, такие как обнаружение в 1908 году нового радиоэлемента — актиния С. Для более полного анализа бета-излучения они начали применять мощный магнит, чтобы отклонять потоки частиц и измерять их электрический заряд. В этот период Мейтнер обнаружила и экспериментально доказала радиоактивную отдачу — этот эффект ранее предсказал Резерфорд, но сам он его не обнаружил. Ядро радиоактивного атома, испуская альфа-частицу, испытывает откат назад — словно в результате отдачи после выстрела из ружья.