Виток спирали
Шрифт:
Пока Ферми занимался сравнительно легкими элементами, все было более или менее понятно. Но когда он стал обстреливать уран, появилось множество радиоактивных ядер с неожиданными свойствами — не похожими ни на уран, ни на торий, ни на радий, радон, полоний, ни на прочно радиоактивные элементы, расположенные неподалеку.
И точно такие же непонятные вещи стали получаться у немцев Отто Гана и Фридриха Штрассмана, которые тоже занялись нейтронным обстрелом урана.
Сперва Ферми, а за ним и немецкие исследователи решили, что у них получились атомы новых элементов, которые должны идти в таблице Менделеева после урана, — экарения, экаосмия, экаиридия, экаплатины. Но выделить их химическими способами никак
Из урана, элемента № 92, получался не радий — элемент № 88, не свинец — элемент Да 82, а например, бром — элемент № 35, рубидий — элемент № 37, стронций — элемент № 38, молибден — элемент № 42, наш новый знакомый — технеций, элемент № 43.
Нейтрон отбивал от уранового ядра не какую-то малую часть вроде альфа-частицы, а буквально разваливал ядра пополам. И каждый разделившийся надвое атом урана излучал энергии раз в сто больше, чем при альфа-распаде. Со времен Беккереля не обнаруживали атомы таких небывалых свойств!
И еще одна особенность была у нового вида ядерных превращений. Чем тяжелее атом, тем больше нейтронов приходится в его ядре на один протон. Поэтому при распаде ядра урана на два ядра средней массы неминуемо должны были высвободиться "лишние" нейтроны. Подсчеты показали: каждый атом урана, поглотив один нейтрон и развалившись, высвобождает два новых нейтрона.
Тогда не так уж много людей понимало, что означает это роковое число: два. Между тем вот как должны были вести себя эти два нейтрона в достаточно большой массе урана: каждый нейтрон, разрушая новое ядро, освобождал бы два новых нейтрона, каждый из новых двух — еще два, и цепная реакция должна была мгновенно охватить весь уран, освобождая из него чудовищное количество ядерной энергии.
Это поняли Эйнштейн и Ферми, бежавшие от фашистов в Америку, Жолио-Кюри во Франции, Ган и Штрассман в Германии, это поняли и советские физики.
Дальнейшее известно, но ядерное оружие — не тема этой книги…
Почти одновременно с Энрико Ферми нейтронной бомбардировкой атомных ядер начал заниматься в Ленинграде молодой физик — на год моложе Ферми — Игорь Васильевич Курчатов.
И как только стало известно, что при нейтронном облучении атомы урана делятся и что при этом освобождается гораздо больше энергии, чем при обычном распаде, Курчатов занялся ураном. Двум своим помощникам, Константину Петржаку и Георгию Флерову, он поручил проверить, как зависит деление урана от энергии нейтронов — то есть, попросту говоря, от скорости нейтронных снарядов.
Петржак и Флеров взяли ампулку с радоном — источником альфа-лучей. Взяли бериллий — из которого альфа-лучи могли бы выбить нейтронные снаряды. Взяли урановую смолку. Смонтировали такой счетчик, чтобы от альфа-частиц он не щелкал, а щелкал от импульса в сто раз большего. И приступили к опытам.
Но прежде чем начать нейтронный обстрел урана бериллиевыми лучами, они решили удостовериться, что у них не будет никаких помех. Смонтировав свой прибор, убрали ампулку с радоном, убрали бериллий и включили счетчик. И тут же раздался щелчок.
Они немного подождали. Новый щелчок!
Не в порядке счетчик?
Петржак проверил все лампы, все конденсаторы, все сопротивления, неисправностей не было.
Значит, помехи не внутри прибора, а вне его. Может быть, виноваты космические лучи? А может, еще проще — по соседней улице прошел трамвай, дуга заискрила? Но существовала еще одна возможность, и молодым экспериментаторам
Сперва решили уйти под воду, благо море рядом, Стали уже договариваться с подводниками, но потом от этой затеи отказались: Балтийское море мелкое" а космические лучи проходят через десятки метров воды.
Тогда придумали другой выход: московское метро.
И вот Петржак с Флеровым перевезли свое нехитрое оборудование из Ленинграда в Москву и обосновались на станции "Динамо". Шестидесятиметровый слой земли я бетона надежно изолировал прибор от посторонних зарядов.
Вставлен в счетчик тонкий диск с намазанной на него окисью урана, никаких других источников излучения нет поблизости и в помине.
Томительно потянулись минуты, часы. И вдруг — щелчок. И следом — другой.
В прибор вложили еще один диск с ураном, и щелчков стало вдвое больше. Еще один диск — еще больше щелчков. На сколько больше дисков, на столько больше щелчков!
Так произошло открытие самопроизвольного или, по-научному, спонтанного деления.
Ядро атома урана оказалось таким громоздким сооружением, что уже не могло выдерживать собственной массы. Если у висмута, так сказать, чуть-чуть осыпалась штукатурка, если у полония, астата, радона, радия, тория вываливались из стен отдельные кирпичи, то уран разваливался весь.
После открытия самопроизвольного деления урана можно было уже понять, почему таблица Менделеева кончалась на атом элементе: все ядра, начиная с уранового, неизбежно разваливались…
Глава восьмая,
в которой даются современные рецепты изготовления золота
Впервые граница естественной системы элементов была нарушена в конце 1940 года.
Работавшие на циклотроне Лоуренса американцы Мак-Миллан, Эйбольсон, Сиборг, Вейл и Кеннеди, обстреляв ядрами тяжелого водорода урановую мишень, обнаружили новые ядра, у которых был заряд на один и на два больше, чем у урана.
Элемент № 93 был назван нептунием, а № 94 — плутонием — в честь планет, находящихся в нашей Солнечной системе дальше планеты Уран. У нептуния и плутония оказалось много изотопов, как у всех тяжелых элементов. Все изотопы были сильно радиоактивными.
Единичные сверхтяжелые ядра, полученные в циклотроне, по могли, конечно, иметь практического значения. Но очень скоро появился другой их источник — несравненно более мощный.
При облучении урана нейтронами происходят разные процессы — потому разные, что обычный уран, содержащийся в природных минералах, это, собственно говоря, не один уран, а три разных урана, три изотопа. Одного изотопа, с атомным весом 234, так мало, что его можно вообще не принимать в расчет. Другого, с атомным весом 235, гораздо больше. Именно его атомы, поймав нейтрон, тут же делились пополам, выбрасывая два новых нейтрона. Но урана-235 в общей массе природного урана все же менее одной сотой части. А почти все остальное приходится на третий изотоп, с атомным весом 238. Когда нейтроны из урана-235 попадают в ядра урана-238, его ядро, увеличившись на один нейтрон, тут же выбрасывает электрон. Тем самым оно увеличивает на единицу и свою массу, и свой заряд, и вместо элемента № 92 с массой 238 получается элемент № 93 с массой 239 — изотоп нептуния.