Борис Казаков - Превращение элементов

• Название: Превращение элементов
• Автор: Борис Казаков
• Издательство: "Знание"
• Жанр: Химия
• Год: 1977

Идея, которой поклонялись алхимики, пренебрегая насмешками и гонениями, пробилась сквозь века: физикам XX века удалось осуществить превращение одних элементов в другие.

Об истории развития знаний о строении вещества от античности до наших дней увлекательно рассказывается в этой научно-популярной книге.

---

Через сутки о произведённых опытах своим читателям сообщили многие американские газеты. Доктор Л.Альварец, физик Калифорнийского университета, в этот день сидел в кресле парикмахера и был уже наполовину подстрижен, когда взгляд его упал на заголовок в газете: «Атом урана разделён на две половины, высвобождено 200 миллионов электрон-вольт энергии». Учёный отстранил парикмахера, вскочил с кресла и выбежал на улицу с развевающейся на ветру салфеткой. В радиационной лаборатории университета он ошарашил коллег необычайным известием, оценить по достоинству которое могли, конечно, не обыватели, уже привыкшие к различным газетным сенсациям и эффектам, а лишь те, кого непосредственно касались проблемы превращения элементов.

Как же всё-таки могло случиться, что такой учёный, как Энрико Ферми, мог не заметить деления ядер урана, которое, несомненно, происходило в его экспериментах? Много лет спустя этот вопрос был ему задан, и он пояснил, что виной всему была тонкая алюминиевая полоска, толщиной всего в три мила (0,0762 миллиметра), не позволявшая регистрировать всплески энергии на экране осциллографа. Ее ставили, чтобы отделить радиацию предполагаемого 93-го элемента, т. е. в качестве «радиационного сита». К слову сказать, два года спустя после группы Ферми такие же опыты поставили швейцарские физики. Аппаратура была та же. Однажды они забыли поставить алюминиевую фольгу в камеру и были поражены невероятно высокими кривыми на экране осциллографа, но посчитали, что «проклятый аппарат искрит». Перейдя на другой аппарат, в котором уже была алюминиевая фольга, они больше не наблюдали такого явления и вспомнили о нём, надо полагать, лишь в 1939 г., когда были проведены эксперименты Фриша, Даннинга и других физиков.

Итак, атом урана расщеплён — какие это может иметь практические последствия? О том, что при ядерных превращениях выделяется значительное количество энергии, знали ещё в 1919 г. благодаря экспериментам Резерфорда. Однако именно Резерфорд проявлял до конца дней своих обоснованный скепсис в отношении практического использования этой энергии. По словам Эйнштейна, это всё равно, что «стрелять птиц в темноте, к тому же если их вообще немного». Эта образная фраза Эйнштейна точно характеризовала реальное положение вещей: как мы помним, в экспериментах Резерфорда из миллиона альфа-частиц только одна попадала в ядро азота и вызывала реакцию превращения.

По-иному эта проблема выглядела сейчас. Выступая в аудитории университета Джорджа Вашингтона, Энрико Ферми дал понять изумлённым слушателям, что, по всей вероятности, при расщеплении урана испускаются нейтроны. Это существенно меняло дело, поскольку в этих условиях возможно возникновение цепной реакции. Правда, всё это Ферми преподнёс пока лишь как предположение, не подкреплённое экспериментально.

В начале марта 1939 г. Лео Сциллард, венгерский физик, давно уже эмигрировавший в США, и Уолтер Зинн поставили эксперимент, который убедил их в том, что при делении ядра урана действительно выбрасываются нейтроны. Почти в это же время две другие группы учёных удостоверились в том же — группа Э.Ферми и Г.Андерсона в Колумбийском университете и группа Фредерика Жолио-Кюри в Париже, в которую входили также X. фон Халбан, Лев Коварски и Ф.Перрен. Последние немедленно опубликовали в английском журнале сообщение — «Высвобождение нейтронов в ядерном взрыве урана». Физики больше не сомневались в том, что практическое использование ядерной энергии не за горами, но не всех это радовало. Напротив, та часть учёных, которая понимала, чем это грозит человечеству при политической ситуации, сложившейся в мире накануне второй мировой войны, была весьма встревожена. Лео Сциллард, например, признавался впоследствии, что у него тогда «почти не оставалось сомнений, что мир ждёт беда».

В мир и так уже стучалась беда: всей Западной Европе грозила гигантская военная машина фашистской Германии. Захватнические устремления Гитлера уже не скрывались, и претензии его становились всё наглее. Не существовало уже Австрии, было ясно, что вот-вот германские армии хлынут на территории других государств. Много учёных с мировым именем эмигрировали из континентальной Европы в США или Англию, опасаясь фашистских концлагерей, куда их запрятали бы без малейших колебаний. Но не так уж и мало прославленных физиков осталось в самой Германии. Среди них были тот же О.Ган, К.Вейцзекер, В.Боте, В.Гейзенберг и многие другие. Они прекрасно разбирались в физике атомного ядра и в идеях, связанных с новейшими её достижениями. Где была гарантия тому, что, уяснив себе, какие возможности открываются в работах по высвобождению атомной энергии, Гитлер не заставит этих учёных трудиться над созданием чудовищного оружия для порабощения мира? Промышленный потенциал Германии очень высок, средств для этого Гитлер не пожалеет, если только поверит в то, что это достижимо.

Понимая, какую угрозу таит опубликование новых данных по расщеплению ядра урана в создавшейся обстановке, ведущие физики в США, прежде всего Лео Сциллард, решили, что весьма своевременным было бы для учёных воздержаться от публикации работ на эту тему. Предлагалось ввести добровольную самоцензуру, чтобы важные данные не стали достоянием гитлеровской Германии. С этой целью Сциллард и В.Вайскопф направили соответствующую телеграмму Ф.Жолио-Кюри. В Париже её получили 1 апреля 1939 г. и… отклонили содержавшееся в ней предложение. Первоначально французы её восприняли вообще как первоапрельскую шутку, но затем стали понимать всю её серьёзность. Что же было причиной их отказа? Во-первых, Ф.Жолио-Кюри не был уверен в том, что это предложение будет поддержано всеми физиками мира, полагая, что Сциллард и его товарищи выступают здесь лишь с частной инициативой, и вряд ли тот, кто добьётся успеха в ближайшее время, воздержится от патентования своего открытия. Во-вторых, Жолио-Кюри твёрдо придерживался принципа М.Кюри — всегда публиковать каждый научный результат. И наконец, пожалуй, самое важное. Коллектив французских учёных очень нуждался в финансовой поддержке, а получить её, не публикуя результатов, возможности не представлялось.

Прошла всего лишь неделя, и французы написали в лондонский журнал новую статью, в которой указывалось, что при делении ядра урана выделяется не один, а несколько нейтронов. Это уже говорило о том, что реакция, если она начнётся в уране, будет не только самоподдерживающейся, но и нарастающей. Фриш сказал по этому поводу: «Мне казалось это невозможным, так как тогда не было бы залежей урана…».

Однако Бор рассудил по-другому. Природный уран состоит из нескольких изотопов с массовыми числами 238, 235 и 233. Главную массу составляет уран-238, его в природном уране 99,3 %. Но как раз его атомы под воздействием медленных нейтронов не расщепляются. Этому были подвержены атомы урана-235, а их-то было очень мало, так что нейтроны, выброшенные ими, прежде чем оказать свое действие на такие же атомы, поглощались ураном-238. Таким образом, «нейтронный вор» уран-238 останавливал реакцию, и потому о «выгорании» природного урана не было оснований беспокоиться.

Разделить эти изотопы химическим путём невозможно, так как это один и тот же элемент, для которого характерны совершенно одинаковые реакции.

Трудности, стоявшие перед физиками, замышлявшими осуществить цепную реакцию расщепления урана, были очень велики, но не настолько, чтобы их нельзя было преодолеть. Во всяком случае за последнее время наука не раз доказывала, что она умеет находить и прямые, и обходные пути для решения самых сложных и запутанных задач. Кто поручится, что выдающиеся физики, оставшиеся в фашистской Германии, первыми не преодолеют эту трудность?

15 марта 1939 г. Гитлер оккупировал всё то, что осталось от Чехословакии после пресловутого Мюнхенского соглашения. 16 марта Э.Ферми прибыл в Вашингтон с письмом декана Колумбийского университета к начальнику штаба военно-морского флота США. Он был принят молодыми офицерами, которые вежливо и внимательно выслушали знаменитого физика, пытавшегося объяснить им, как важно в настоящий момент форсировать работы по овладению атомной энергией. Ферми говорил, что осуществление контролируемой цепной реакции может означать создание атомных реакторов для подводных лодок и военных судов или же бомб, мощность которых в миллионы раз превосходила бы всё известное до сих пор. Его выслушали очень терпеливо, просили и в дальнейшем держать в курсе исследований, но, как утверждают, после его ухода один из офицеров сказал другому: «Этот итальяшка — сумасшедший!»

Опасность, нависшую над миром, понимали только сами учёные. Они решили во что бы то ни стало внушить эту мысль об опасности непосредственно президенту США Рузвельту.

О том, как был осуществлён этот план, рассказано во многих публикациях. Поэтому мы её коснемся только в общих чертах. Было составлено письмо на имя Рузвельта, уговорили А.Эйнштейна, разделявшего пацифистские убеждения, подписать его и попросили экономиста Александра Сакса вручить президенту. К письму была приложена пояснительная записка, написанная Сциллардом.