Превращение элементов - Казаков Борис Игнатьевич - Страница 34

В несколько изменённом виде повторилось то, что в своё время было с Резерфордом. Некоторые участники брюссельской встречи восприняли доклад Жолио-Кюри с сожалением. Они заподозрили у Жолио-Кюри желание поспешным выступлением «отыграться» за неудачу с нейтроном. Только Нильс Бор, а затем и Вольфганг Паули ободрили французских учёных. Бор отвёл их в сторону и сказал, что считает полученные ими результаты очень важными. Эта, хотя и кулуарная, поддержка придала им силы и уверенности, несмотря на общее неприятие их выводов. Как знать, может быть, именно такой поворот событий и помог супругам Жолио сделать не менее важное открытие.

Не было бы счастья, да несчастье помогло.

Сразу же по возвращении в Париж супруги перепроверили всё, что ими было получено, убедились в своей правоте и продолжили опыты. В эти, по выражению биографа Фредерика Жолио, «враждебные дни» они старались «расчленить» свой эксперимент на отдельные этапы, максимально упростив его.

Они поставили себе целью ответить на вопрос: как зависит излучение нейтронов и сопутствующих им позитронов от скорости бомбардирующих атом альфа-частиц? Это изучалось постепенным отдалением от мишени радиоактивного источника. В одном из опытов источник альфа-частиц был убран совсем, а счётчик Гейгера, регистрирующий выделение из обстрелянной алюминиевой фольги заряженных частиц, продолжал щёлкать. Что-нибудь более непонятное было трудно придумать. Боясь ошибки, супруги попросили немецкого физика В.Гентера проверить исправность счётчика. Тот внимательно исследовал прибор и удостоверил, что он в полном порядке. Выходило, что алюминий после воздействия на него альфа-частиц сам становился радиоактивным. Волей-неволей вспомнилось давнее заблуждение, в которое впали и Резерфорд, и Мария Кюри, сделав вывод, что излучения радия или тория заставляют быть радиоактивными окружающие предметы. Выходит, что никакого заблуждения не было? Жолио-Кюри не затруднились измерить продолжительность эмиссии — 3 часа 15 минут. Называйте это как хотите — возбуждённая, наведённая, искусственная радиоактивность, но она — установленный факт! Получена даже фотография следов частиц с помощью камеры Вильсона в магнитном поле.

Сомнений нет: это те самые позитроны, которые предсказал Дирак, которые обнаружил Андерсон в составе космического излучения. Теперь они обнаружены на Земле, французские учёные вызвали их к жизни. Эксперименты были продолжены — заменены мишени. Под воздействием альфа-частиц возбудилась позитронная эмиссия у бора и магния. Измерили её продолжительность: в первом случае — 14 минут, во втором — 2 минуты 30 секунд.

Теперь надо объяснить, что происходит с мишенью, в частности с алюминием; картина представляется такой: поглотив альфа-частицу, атом алюминия увеличивает свой заряд на 2 и становится атомом фосфора; правда, несколько необычного, имеющего массовое число не 31, а 30.

Но как убедить в этом химиков? Для них присутствие химического элемента можно доказать, только проведя характерную аналитическую реакцию. Химической разницы у изотопов нет, потому не так уж и трудно показать присутствие фосфора, ибо известна специфическая реакция его обнаружения. Беда лишь в том, что существует-то этот фосфор в течение трёх с половиной минут, да и образуется его ничтожные доли миллиграмма. Жолио обратилась за содействием к знакомым химикам, но те ничем не могли помочь: не существует экспресс-анализ фосфора; требуется несколько часов, чтобы определить его наличие. Пришлось физикам стать в какой-то степени химиками. Они сами разработали метод, который дал им возможность зарегистрировать новообразованный фосфор. Облучённую альфа-частицами алюминиевую фольгу они быстро растворили, после чего в раствор ввели обычную фосфорную соль и туда же добавили реактив, осаждающий фосфор. Весь фосфор, как прибавленный, так и новообразованный, был отделён от алюминия. Поднесённый после этого к осадку счётчик Гейгера зарегистрировал своими щелчками выбрасывание фосфором заряженных частиц.

Что и требовалось доказать!

Не столь уж трудно было написать после этого схему процесса: поглощая альфа-частицу, атом алюминия выбрасывает нейтрон и превращается в изотоп фосфора, который существует недолго; он радиоактивен и, выбрасывая позитрон, становится кремнием. Аналогична последовательность для двух других элементов: бор — радиоактивный азот — углерод; или: магний — радиоактивный кремний — алюминий.

Совокупность таких доказательств могла убедить самого предубеждённого скептика. Узнав об этих результатах (они были опубликованы в Париже в «Отчётах» Академии наук), Резерфорд не замедлил направить в адрес французских учёных письмо, в котором сообщал, что он в восторге от проделанных ими опытов и полученных результатов.

Значение работы Жолио было оценено всем учёным миром, что выразилось в присуждении им Нобелевской премии. Если до этого времени радиоактивность можно было лишь наблюдать, регистрировать, изучать, то теперь оказалось возможным её создавать в элементах, которые в природе самопроизвольно не распадаются.

…Тем больше абсурда?

Искусственная радиоактивность произвела на всех ошеломляющее впечатление, и группа молодых итальянских физиков, возглавляемых Энрико Ферми, задалась вопросом: а что, если произвести аналогичную работу, но в качестве снарядов использовать не альфа-частицы, а нейтроны, которые в ядро будут проникать несравненно легче?

Ферми был замечательным теоретиком, но в экспериментальной физике не имел тогда достаточного опыта, а дело было совершенно новое. Прежде всего необходимо было располагать источником нейтронов. Полоний-бериллиевый источник был испробован на облучении нескольких элементов, но никаких признаков наведённой активности обнаружено не было. Тогда Ферми решил его заменить более сильным — радон-бериллиевым. В этом молодым физикам помог директор физической лаборатории департамента здравоохранения Джулио Трабакки, которого шутливо называли «божьим промыслом» за то, что у него, как у человека, педантично любившего порядок, можно было найти всё, начиная с отвёртки и кончая источником нейтронов.

Один грамм радия, хранившийся в подвалах физического института, непрерывно отделял при своём распаде благородный и радиоактивный же газ радон. Его-то и отдал «божий промысел» Ферми и его группе. Трубочку, в которой был бериллий, заполняли радоном, погружали конец её в жидкий воздух, чтобы газ сконденсировался; после этого трубочку запаивали, и она становилась источником нейтронов. Так как активность радона через несколько дней исчезала, трубочки приходилось всё время изготовлять заново.

Ферми не предполагал провести какой-то единичный лабораторный эксперимент, он хотел проверить нейтронным облучением все элементы периодической системы. Для этого, конечно, нужно было располагать ими, если и не в чистом виде, то хотя бы в соединениях. Эмилио Сегре, ставший потом знаменитым учёным, повесил на плечо сумку и отправился «в поход за добычей» к известному тогда торговцу химикалиями Троколли. К великому удивлению и счастью, Сегре удалось набить свою сумку сразу же чуть ли не всеми нужными химикалиями, причём торговец проявил отсутствие какой бы то ни было корысти. Когда Сегре, просмотрев свой список, дошёл до цезия и рубидия, Троколли отдал две банки бесплатно, сказав, что их никто не спрашивал уже 15 лет, и возгласил при этом торжественно по-латыни: «Даю тебе рубидий и цезий даром из любви к Господу нашему».

Облучение элементов нейтронами было начато строго систематически в порядке возрастания атомного веса. Начали с водорода, затем облучили литий, бор, углерод, азот, кислород и… не получили никакого эффекта. Наступил период разочарования и уныния. А у кого он в своё время не наступает? Тут важно не упасть духом и найти в себе силы преодолеть этот неприятный и трудный рубеж. Ферми сумел преодолеть и продолжил работу. И вот первый, пока ещё слабый успех: облучённый фтор заставил несколько раз щёлкнуть счётчик Гейгера — Мюллера.