Текст книги "Как были открыты химические элементы"

Автор книги: Дмитрий Трифонов

Соавторы: Валерий Трифонов
сообщить о нарушении

Текущая страница: 19 (всего у книги 22 страниц)

АСТАТ И ФРАНЦИЙ

В июле 1925 г. английский ученый В. Фриенд отправился в Палестину. «Земля обетованная» привлекала его отнюдь не по религиозным соображениям. Он не был ни археологом, ни туристом, путешествующим в поисках экзотических мест. В. Фриенд был просто-напросто химиком, и его багаж составляло в основном множество самых обычных склянок, куда ученый намеревался собирать пробы воды Мертвого моря. По концентрации растворенных солей Мертвое море почти не имеет себе равных среди водоемов земного шара. Рыба в нем не живет, человек может плавать в его водах, не рискуя утонуть, – так велика плотность этих вод.

Безрадостные библейские ландшафты не омрачали настроения В. Фриенда. Он верил в успех, а цель его состояла в том, чтобы обнаружить в водах Мертвого моря экаиод и экацезий, которые химикам никак не удавалось поймать. Ведь в солях, растворенных в морской воде, много щелочных металлов и галогенов; в Мертвом море их должно быть особенно много. И тем больше вероятность, что среди них, пусть в ничтожных количествах, затерялись неизвестные элементы – самый тяжелый галоген и самый тяжелый щелочной металл.

В. Фриенд, конечно, не был оригинален в выборе направления поисков. Еще в конце XIX в. химик не затруднился бы ответить на вопрос, где искать экаиод и экацезий в земной коре. Конечно же там, где встречаются в природе соединения щелочных металлов и галогенов: в залежах калийных солей, в морских и океанских водах, в различных минералах, в водах буровых скважин, в некоторых морских водорослях – словом, объектов для поисков было более чем достаточно.

Но более чем достаточно оказалось и неудачных попыток обнаружить экаиод и экацезий. И усилия В. Фриенда лишь разделили судьбу прежних безуспешных попыток.

Перенесемся в последние десятилетия прошлого века. Когда Д. И. Менделеев разработал периодическую систему элементов, то выяснилось, что в ней между висмутом и ураном существует много пробелов, соответствующих неизвестным элементам. Эти пробелы стали быстро заполняться после обнаружения явления радиоактивности. Встали на свои места полоний и радий, радон и актиний, наконец, протактиний занял место между ураном и торием. Только с экаиодом и экацезием получилась заминка. Правда, она не особенно смущала ученых. Неизвестные «эки» должны быть радиоактивными, поскольку ни у кого не возникало сомнений, что радиоактивность – общее свойство элементов, которые тяжелее висмута. Поэтому рано или поздно существование восемьдесят пятого и восемьдесят седьмого будет доказано радиометрическими методами.

Своеобразные генераторы вторичных химических элементов (природные изотопы урана и тория) дают начало длинным цепочкам последовательных радиоактивных превращений. В первое десятилетие XX в. ученые имели в своем распоряжении около сорока радиоактивных изотопов элементов конца периодической системы – от висмута до урана. Эти радиоэлементы объединялись тремя радиоактивными семействами. Их возглавляют торий-232, уран-235 и уран-238. Каждый радиоактивный элемент послал своих представителей в эти семейства. Каждый, кроме экаиода и экацезия. Ни в одной из трех цепочек не было звена, которое отвечало бы изотопам восемьдесят пятого или восемьдесят седьмого элементов. Тогда напрашивается неожиданный вывод, что экаиод и экацезий не являются радиоактивными элементами. Но почему? Никто не брал на себя смелость ответить на подобный вопрос. Стало быть, искать их в рудах урана и тория, где содержатся все радиоактивные элементы без исключения, не имеет смысла.

Предположение о вероятной стабильности экаиода и экацезия не подтверждалось. Но столь же тщетными оказывались попытки обнаружить изотопы этих элементов на ветвях радиоактивных «дерев». Правда, имелась одна возможность, которой не следовало пренебрегать. Распадается ли данный радиоактивный изотоп только одним-единственным способом или же двумя способами? Скажем, обладает способностью испускать и α– и β-частицы. Если это так, то продуктами распада этого изотопа будут изотопы двух различных элементов, а цепочка радиоактивных превращений в месте исходного изотопа как бы раздвоится, разветвится. Ученые давно интересовались этим вопросом, и для некоторых изотопов как будто удалось получить положительный результат.

В 1913 г. англичанин А. Кранстон работал с радиоэлементом MsTh-II (изотопом актиния-228). Этот изотоп испускает β-частицу и превращается в торий-228. Но ученому показалось, что в очень слабой степени здесь наблюдается и α-распад. В этом случае продуктом превращения должен был оказаться долгожданный экацезий. В самом деле,

А. Кранстон, однако, ограничился лишь констатацией наблюдения.

Прошел всего год. Три радиохимика из Вены – С. Мейер, Г. Гесс и Ф. Панет – исследуют изотоп актиний-227, принадлежащий семейству урана-235. Один опыт сменяется другим, и, наконец, чуткие приборы регистрируют α-частицы неизвестного происхождения. α-Частицы каждого радиоактивного изотопа характеризуются определенной длиной пробега в воздухе (порядка нескольких сантиметров). α-Частицы в работах венских химиков пробегали в воздухе 3,5 см. Частицы, испускаемые другими известными α-активными изотопами, пробегали дальше или ближе, но не то же расстояние. И в результате трое исследователей из Венского радиевого института приходят к выводу, что эти частицы говорят об α-распаде обычно β-активного актиния-227. Продуктом распада должен быть изотоп элемента № 87.

Открытие требовало подтверждения, новых экспериментов. С. Мейер, Г. Гесс и Ф. Панет были готовы доказывать свою правоту, но им помешала первая мировая война.

Венские исследователи действительно наблюдали α-излучение ²²⁷Ас, и тем самым в их присутствии рождались атомы восемьдесят седьмого. Но это ведь нужно было доказать. Опровергать все же было легче. Скептики возражали, что наблюдавшаяся α-активность слишком слаба, и достигнутый результат, вероятно, ошибочен. Другие указывали, что изотоп соседнего элемента протактиния тоже испускает α-частицы с длиной пробега, близкой к 3,5 см. Возможно, что исследователей подвела примесь протактиния.

Открытия восемьдесят пятого и восемьдесят седьмого элементов совершались неоднократно, и им предлагали разные названия: дакин и молдавий, алкалиний и гельвеций, лептин и англогельвеций. Но то были лишь заблуждения. За пышными именами якобы открытых элементов царила пустота.

Массовые числа всех изотопов, входящих в семейство тория-232, без остатка делятся на четыре. Поэтому ториевое семейство называют еще 4n-семейством. Массовые числа двух урановых семейств при делении на 4 дают в остатке два или три. По этой причине семейство урана-238 обозначают как (4n+2) – семейство, а урана-235 – как (4n+3) – семейство.

Но где же (4n+1) – семейство? Может быть, именно в этом неизвестном четвертом ряду радиоактивных превращений и располагаются изотопы экаиода и экацезия. Предположение не было лишено смысла, но ни один из известных радиоактивных изотопов по величине своего массового числа не мог быть отнесен к этому гипотетическому семейству.

Скептики не без основания утверждали, что действительно на заре существования Земли имелся и четвертый радиоактивный ряд. Но все входящие в него изотопы (в том числе и родоначальник ряда) имели слишком малые периоды полураспада и потому давным давно исчезли с лица нашей планеты. Четвертое радиоактивное древо высохло задолго до того, как появился первый человек.

В 20-х годах теоретики пытались реконструировать это семейство, представить как оно выглядело, если бы существовало. В этой воображаемой картине находилось место для изотопов элементов № 85 и № 87 (но зато отсутствовали изотопы радона). И этот путь поисков неуловимых элементов оказывался бесперспективным. Быть может, они вовсе не существуют?

Но до истины было не так уже далеко. Однако, прежде чем рассказать, каким способом ученые заполучили, наконец, «синюю птицу», вернемся к технецию, элементу № 43 – первому из синтезированных элементов.

Почему именно он оказался первым? Прежде всего потому, что не вызывал трудностей выбор мишени и бомбардирующей частицы. Материалом мишени мог служить молибден, который в то время уже умели приготовлять в достаточно чистом состоянии. Бомбардирующими снарядами могли быть нейтроны и дейтроны, причем дейтроны можно было разгонять на существующих ускорителях. Вот почему открытие технеция положило начало эпохе синтезированных элементов.

С прометием дело усложнилось тем, что он принадлежал к редкоземельному семейству, и в данном случае основные трудности коренились в определении его химической природы.

А вот по отношению к элементам № 85 и 87 задача представлялась куда более сложной. Для того чтобы попытаться получить экаиод, ученые могли располагать лишь одним вариантом для мишени – элементом висмутом с порядковым номером 83; столь же однозначным был и выбор бомбардирующего агента (α-частиц). Нельзя было использовать предшествующий экаиоду полоний в качестве мишени. Не годились и элементы, стоящие в периодической системе перед висмутом (от них никак нельзя было дотянуться до восемьдесят пятого, ибо отсутствовали необходимые снаряды).

Экацезий вообще представлялся недоступным искусственному синтезу. Чтобы его синтезировать, в 30-х годах отсутствовали подходящие мишени и снаряды. Но таковы бывают зигзаги в истории науки, что именно восемьдесят седьмой стал вторым после технеция достоверно открытым элементом из четверки отсутствовавших элементов в старых границах периодической системы.

И вот наступает момент, когда линии экаиода и экацезия, так долго тянувшиеся параллельно, на определенное время расходятся, и истинную историю открытия этих элементов целесообразно рассмотреть по отдельности.

Авторами синтеза элемента № 85 стали ученые, работавшие в Беркли (США), – Дж. Корсон, К. Маккензи и Э. Сегре. Итальянский физик Э. Сегре к этому времени переселился в США и среди группы исследователей был единственным, кто уже принимал участие в искусственном получении нового элемента – технеция. Эти авторы 16 июля 1940 г. отправили в крупнейший физический журнал «Physical Review» большую статью, озаглавленную «Искусственно радиоактивный элемент 85». В ней они описали, как в результате бомбардировки висмутовой мишени потоком α-частиц, ускоренных на циклотроне, им удалось получить радиоактивный продукт в соответствии с ядерной реакцией . По всей вероятности, он являлся изотопом экаиода с периодом полураспада 7,5 ч и массовым числом 211. Э. Сегре и его коллеги провели искусные химические эксперименты с ничтожными количествами нового элемента и убедились, что он похож на иод и обнаруживает слабые металлические свойства.

Исследование было достаточно убедительным. Однако новый элемент пока оставался безымянным. Кроме того, дальнейшие работы над экаиодом пришлось отложить в связи с началом войны. Лишь в 1947 г. искусственное получение восемьдесят пятого снова встало на повестку дня, и те же трое ученых объявили о синтезе другого изотопа с массовым числом 210. Его период полураспада был немногим больше – всего 8,3 ч. Как оказалось потом, это самый долгоживущий изотоп элемента № 85. И способ его получения был аналогичным. Только ученые несколько увеличили энергию бомбардирующих α-частиц. В результате из образующегося составного промежуточного ядра (²⁰⁹Bi+α) вылетало не два, а три нейтрона, и потому массовое число изотопа становилось на единицу меньшим. Только теперь решили дать название новому элементу – «астатин», от греческого слова, означающего «неустойчивый». В отечественной литературе ныне принято название «астат» (символ At).

Но в промежутке между синтезами изотопов ²¹¹At и ²¹⁰At произошло замечательное событие. Ученые из Венского радиевого института Б. Карлик и Т. Бернерт сумели доказать существование астата в природе. Это была поистине филигранная работа, находившаяся на грани возможностей техники радиометрических измерений. И она увенчалась успехом, а элемент № 85 обрел тем самым свое второе рождение. И так же как в случае технеция и прометия, можно говорить о двух самостоятельных датах в истории знакомства с астатом – дате синтеза (1940) и дате обнаружения в природе (1943).

Но к тому времени, когда Э. Сегре и его коллеги готовились приступить к облучению мишени из висмута α-частицами, прошло уже больше года, как научный мир узнал об открытии экацезия. В «Докладах Парижской Академии наук» помеченная датой 9 января 1939 г. появилась статья под названием: «Элемент 87: АсK, производящийся от актиния». Ее автором была Маргарита Перей, сотрудница маститого радиохимика А. Дебьерна, который четырьмя десятилетиями раньше заявил об открытии актиния.

Она не изобретала никаких принципиально новых методов и не строила туманных и глубокомысленных умозаключений относительно возможных источников экацезия в природе. В 1938 г. ей попала в руки статья 1914 г. Под статьей стояли фамилии венских химиков С. Мейера, Г. Гесса и Ф. Панета. И М. Перей задалась целью доказать их правоту. В ее руках тщательно очищенный образец изотопа актиний-227. Он интенсивно испускает электроны, но в этом электронном потоке нет-нет да и промелькнут α-частицы. Каждая такая частица пробегает в воздухе 3,5 см. И протактиний здесь ни при чем: исследовательница позаботилась о чистоте препарата актиния. Коль скоро испускаются α-частицы, то в препарате этом должен постоянно накапливаться изотоп экацезия с массовым числом 223. Эксперименты следуют один за другим. Да, вне всякого сомнения, в актиниевом образце действительно накапливается нечто, и это нечто имеет период полураспада, равный 21 мин. Теперь химические реактивы должны подтвердить, что нечто – новый элемент. Выясняется, что свойства подобны свойствам цезия.

М. Перей назвала новорожденный элемент в честь своей родины. Он стал называться францием. Лишь в течение короткого времени его именовали актинием K (АсK), и то была дань старой терминологии, применяющейся для обозначения радиоэлементов.

Первая характеристика, которую составила М. Перей на новорожденный элемент, была предельно краткой: образуется при α-распаде актиния-227:

испускает α-частицы с периодом полураспада около 21 мин. Затем в течение нескольких месяцев М. Перей изучала химическую природу франция, и ей удалось убедительно показать, что он во всем похож на цезий.

Ни один из естественных радиоактивных элементов не имеет столь малой продолжительности жизни; даже долговечность восемьдесят пятого, искусственно полученного, все же измеряется часами. Можно было надеяться на лучшее: вдруг удастся обнаружить природные изотопы франция с бóльшими периодами полураспада. Но франций-223 фактически оказался единственным изотопом элемента, существующим на Земле.

В таком случае приходилось рассчитывать лишь на синтез. Но этот путь был очень трудным. Лишь спустя более десятка лет после успеха М. Перей ученые освоили методы искусственного получения изотопов франция. Вот сокращенная запись ядерной реакции образования изотопа франция с массовым числом 212:

Этот метод называется расщеплением ядер урана быстрыми протонами, разогнанными на ускорителе до очень больших скоростей. Ударяя в урановое ядро, такой высокоэнергичный протон производит в нем своеобразный взрыв, в результате которого выбрасывается целый сонм частиц – шесть протонов и двадцать один нейтрон. Конечно, такая реакция осуществляется не вслепую, а основана на тщательных теоретических расчетах. Вместо урана может быть использован и торий. Продукт этой реакции – франций-212 – одно время считался самым долгоживущим изотопом (с T_½=23 мин), но впоследствии это значение уточнили, и оно оказалось равным 19 мин.

Получить франций искусственно – путь гораздо более сложный и менее надежный, чем извлечение элемента в качестве продукта распада природного актиния. Но ведь актиний тоже редко встречается в природе. Как же быть? В наши дни ученые облучают основной изотоп радия с массовым числом 226 (с Т_½=1622 года) быстрыми нейтронами. Поглотив нейтрон, ²²⁶Ra превращается в ²²⁷Ra, живущий около 40 мин. В ходе его распада накапливается чистый актиний-227, в результате α-распада которого образуется франций-223.

Символы At и Fr навсегда утвердились соответственно, в 85-й и 87-й клетках периодической системы Д. И. Менделеева, и свойства их оказались в точности такими, какие можно было предположить на основе таблицы элементов. Но по сравнению со своими нестабильными собратьями, рожденными волей ядерной физики, технецием и прометием, они явно находятся в проигрышном положении.

Приблизительный подсчет показывает, что в двадцатикилометровой толще земной коры содержится примерно 520 г франция и 30 г астата (это ориентировочная и кое в чем завышенная оценка). И все же количества эти одного порядка с земными «запасами» (кавычки здесь более чем уместны) технеция и прометия. Может, мы напрасно «обижаем» астат и франций? Нисколько! Ведь сорок третий и шестьдесят первый элементы производят в промышленных масштабах, и килограммы тут отнюдь не самая большая единица измерения. Дело заключается в том, что Tc и Pm имеют несравненно большие периоды полураспада. Эти синтезированные элементы можно поэтому накапливать в больших количествах. В то же время ни о каком накоплении астата и франция не может быть и речи. Фактически, когда возникает необходимость изучения их свойств, то каждый раз эти элементы приходится получать заново.

В радиоактивных семействах изотопы астата и франция располагаются не на главных, магистральных направлениях превращений, а на боковых ответвлениях. Эти разветвления распадов называются радиоактивными вилками. Вот вилка, благодаря которой образуется природный франций:

Изотоп в 99 случаях из 100 предпочитает испускать β-частицы и лишь в одном случае испытывает α-распад.

Еще менее утешительную картину можно наблюдать для вилок, ответственных за образование астата:

О чем рассказывают эти вилки? Генераторы природного астата (изотопы полония) сами по себе чрезвычайно редкие. Распад с испусканием α-частицы для них является не то чтобы преобладающим, но практически единственным. Что же касается β-распадов, то они выглядят прямо-таки недоразумением, как об этом красноречиво говорят соответствующие значения.

На 5000 α-распадов полония-218 приходится лишь один случай β-распада. Еще печальнее обстоит дело для полония-216 (1 на 7000) и полония-215 (1 на 200 000). Тут уж, как принято говорить, комментарии излишни. Франция все же больше в земной коре. Природным поставщиком его является наиболее долгоживущий изотоп актиния ²²⁷Ас (T_½=21 год); его, конечно, гораздо больше, чем уникально редких изотопов полония, способных производить астат.

ГЛАВА XIII.
ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Этот термин обозначает совокупность элементов с порядковыми номерами, большими 92 (элементов, которые непосредственно следуют за ураном). Ныне их известно 15. А сколько еще трансуранов предстоит узнать ученым? На этот вопрос пока нельзя дать ответа. Здесь скрывается одна из удивительных загадок науки.

Хотя день рождения первого трансуранового элемента нептуния (Z=93) относится к 1940 г. и не так уж отдален от нашего времени, проблема существования элементов тяжелее урана стала волновать исследователей гораздо раньше. Не оставил ее без внимания и Д. И. Менделеев. Он полагал, что если заурановые элементы и отыщутся в земных недрах, то количество их будет ограничено. Так считал ученый в 1870 г. Более четверти века проблема не была решена. Каждый год появлялось по нескольку сообщений об открытии новых элементов, оказавшихся ложными, но ни в одном случае не было речи об обнаружении элемента с большей атомной массой, чем у урана. Что уран последний элемент периодической системы, казалось аксиомой. Почему только – никто не знал.

Но вот произошло открытие явления радиоактивности, обнаружилось, что это свойство присуще торию и урану, т. е. самым тяжелым представителям таблицы Д. И. Менделеева. И логика рассуждений, казалось бы, подсказывала: трансурановые элементы некогда в природе существовали, но в силу высокой неустойчивости давно распались, превратившись в другие, известные элементы. Простота объяснения скрывала подводный камень: ведь были совершенно неясными величины периодов полураспада хотя бы ближайших правых соседей урана. Никто не мог поручиться, что эти гипотетические элементы менее долгоживущи, нежели торий и уран. А следовательно, поиски трансуранов в природе были обоснованными.

Тянулись десятилетия, и редко в научной литературе появлялось сообщение о якобы успешном обнаружении первого трансуранового элемента. С развитием теоретической физики появились многочисленные объяснения обрыва системы на уране. Среди них оказалось много курьезных, но ни одно не было убедительным. Словом, в 20-х годах нынешнего столетия проблема трансуранов выглядела столь же неопределенной, как в последней четверти прошлого столетия.

На этом безотрадном фоне промелькнула, однако, удивительная гипотеза, которую сначала ученые рассматривали как безосновательную. И лишь четыре десятка лет спустя ей суждено было обрести совершенно новое звучание. Автором гипотезы был немецкий ученый Р. Свинне. В 1925 г. он занимался поисками трансурановых элементов. Своеобразен был объект его поисков – пыль космического происхождения, собранная на ледниках Гренландии. Образцы темного порошка подарил Стокгольмскому музею в 80-х годах прошлого века известный полярный путешественник Э. Норденшельд. Исследуя эти образцы, Р. Свинне рассчитывал обнаружить в них следы трансурановых элементов с порядковыми номерами 106–110 и в одной из своих публикаций даже упомянул о получении им рентгеновского спектра, содержащего линии, которые, по мнению ученого, должны были относиться к сто восьмому элементу. Но в это никто не поверил, да и сам Р. Свинне не стал продолжать эксперименты.

Будучи теоретиком, Р. Свинне изучал закономерности изменения различных характеристик у радиоэлементов, в частности периодов полураспада. При этом он сделал вывод о том, что элементы, располагавшиеся непосредственно за ураном, должны иметь короткую продолжительность жизни. Зато в интервалах порядковых номеров 98–102 и 108–110 можно было ожидать достаточно долгоживущие трансураны. Где их искать? Не в земных минералах, думал Р. Свинне, а в объектах космического происхождения. Поэтому его внимание привлекла пыль, собранная Э. Норденшельдом. Все это в высшей степени интересно, но не было обосновано, а поэтому казалось обреченным на забвение.

Здесь же мы подходим к тому моменту, когда со словами «трансурановый элемент» стали рядом ставить слово «синтез».

Как бы это ни казалось парадоксальным, но попытки синтеза новых элементов (и именно трансурановых) начались на несколько лет раньше, чем появился на свет технеций. Поводом к этому оказалось открытие нейтрона. Не имеющая заряда элементарная частица обладала в глазах ученых безмерной проникающей силой, способной вызвать самые различные превращения всевозможных элементов. И поэтому во всех лабораториях, где был под рукой источник нейтронов, ими стали обстреливать мишени из разных веществ, в том числе и из урана. Особенную активность здесь проявил итальянский физик Э. Ферми, возглавлявший в Римском университете группу молодых энтузиастов.

Облучив уран, коллеги пришли к выводу, что в нем возникает какая-то новая активность. Поскольку в их распоряжении был уран-238, то, поглотив нейтрон, он превращался в неизвестный еще изотоп урана с массовым числом 239. Имея избыток нейтронов, этот изотоп обнаруживал четкое стремление к β-распаду. Написав в левой части равенства ²³⁹U-β^– неизбежно приходим к выводу, что в правой части нужно записать ²³⁹93.

Примерно так (правда, не столь четко, ибо многие понятия ядерной физики в то время еще не устоялись) рассуждал Э. Ферми и его молодые соратники. Чтобы доказать синтез первого трансуранового элемента, требовалось вмешательство химии. Нужно было установить, что возбужденная нейтронами активность в уране не принадлежит какому-либо из предшествующих ему элементов. Насколько позволяли возможности радиохимии, это и удалось установить. Следовательно, в руках группы Э. Ферми находился новый элемент, притом трансурановый, да притом впервые открытый благодаря ядерному синтезу (все описываемые события происходили в 1934 г.). У Э. Ферми и его коллег, однако, полной уверенности не было. Между тем сообщения о синтезе нового элемента просочились в печать, и событие начало обрастать несуществующими подробностями. Например, говорили, что Э. Ферми преподнес итальянской королеве пробирку с раствором соли девяноста третьего элемента. И много подобных измышлений печаталось в те дни, когда группа Э. Ферми продолжала изучать результаты облучения урана нейтронами.

Теперь уже несколько β-активных веществ выделяли ученые из урановой мишени. Два из них отличались химическим своеобразием; они легче осаждались с оксидом марганца (IV) в отличие от предшествующих урану элементов. Так был сделан вывод, что элемент № 93 есть экарений, аналог марганца. Ему дали название «аузоний» (Ао). Будучи β-активным, он мог превращаться в следующий элемент с Z=94, гесперий (Hs). Вот как записал Э. Ферми эту цепочку ядерных процессов:

Цепочку эту потянули дальше немецкие ученые О. Ган, Л. Мейтнер и Ф. Штрассманн, которые имели большой опыт радиохимических исследований, в особенности О. Ган, в свое время прославившийся открытием нескольких радиоэлементов. Благодаря скрупулезным исследованиям число новых трансурановых элементов возросло на три (по элемент с порядковым номером 97 включительно):

Наличие приставки эка указывает на то, что ученые считали образующиеся трансурановые элементы аналогами соответственно иридия, платины и золота из шестого периода системы. Но здесь-то и коренилась глубокая ошибка, которая обнаружилась не сразу. Свойства ближайших трансурановых на самом деле оказались другими.

История науки полна удивительных догадок, на первых порах будто бы ни на чем не основанных. И. Ноддак еще в 1934 г. высказала одну из них: при обстреле урана нейтронами вовсе не образуются новые элементы, ядра урана как бы раскалываются на осколки – ядра элементов более легких и уже известных. Коллеги подняли И. Ноддак на смех, и особенно иронизировал по поводу ее гипотезы О. Ган. Однако ирония Гана обернулась иронией судьбы.

В это же время и другие ученые хотели выяснить, что же происходит с ураном под действием нейтронов. И. Жолио-Кюри и ее сотрудник сербский физик П. Савич с особой тщательностью изучали обстрелянную урановую мишень. И среди возбужденных активностей обнаружили следы химического элемента, по свойствам очень похожего на актиний, т. е. элемента, предшествующего урану, а отнюдь не следующего за ним в периодической системе Д. И. Менделеева. Вскоре оказалось, что у него больше общего с лантаном, нежели с актинием. Следовательно, один из продуктов обстрела урана медленными нейтронами похож на лантан.

Если бы И. Кюри и П. Савич не остановились на осторожном выражении «похож на лантан», а твердо доказали, что неизвестный элемент есть лантан, они стали бы авторами (или по крайней мере, соавторами) одного из самых выдающихся научных открытий XX в. (Здесь не мешает вспомнить, что порядковый номер лантана равен 57, а урана 92, и заодно вспомнить о предположении И. Ноддак.) Это казалось более чем невероятным. Но факты оставались фактами. Работы И. Кюри и П. Савича выглядели настолько убедительными, что О. Ган взялся их проверить, тот самый О. Ган, который был яростным противником результатов, полученных И. Кюри. Решение его означало, что он начал сомневаться в правильности занимаемых им позиций.

Вместе со своим сотрудником Ф. Штрассманном он воспроизвел опыты французских коллег, в которых они еще недавно видели своих научных противников. Почти все оказалось таким, как считала Ирэн Жолио-Кюри. В урановой мишени содержались изотопы и лантана, и предшествующего ему элемента – бария. Как химик, О. Ган не мог в этом сомневаться. Как физик, он не знал, как этот факт объяснить.

Дело состояло в том, что при действии нейтронов ядра урана как бы раскалываются на два осколка, и эти осколки представляют собой изотопы элементов середины периодической системы. Ядерная физика не знала ничего подобного. Но иного объяснения найти было нельзя. О. Ган и Ф. Штрассманн сделали вывод, что ядра урана обладают способностью разваливаться под действием нейтронов.

Это произошло 23 декабря 1938 г. Ученые немедленно написали о своем открытии. Потом О. Ган признавался: «После того как статья была отправлена по почте, все это снова показалось столь невероятным, что захотелось вернуть статью обратно из почтового ящика»[18]18
  Цит. по кн.: Юнг Р. Ярче тысячи солнц. Пер. с англ. М., 1956.


[Закрыть].

Невероятное оказалось вероятным. Несколькими днями позже письмо об этом событии получила от О. Гана его многолетняя сотрудница Л. Мейтнер. Вместе со своим племянником, физиком О. Фришем она попробовала теоретически истолковать это явление.

Ядра до известной степени можно уподобить капле жидкости – ученые уже давно пытались проводить аналогию между свойствами ядра и свойствами жидкой капли. Если капле сообщить достаточную энергию, привести ее в движение, то она может разделиться на более мелкие капли. Если ядро придет в возбужденное состояние (его приводит в это состояние нейтрон), то оно также может разделиться на более мелкие части. Постепенно происходит деформация уранового ядра, оно удлиняется, образуются сужения, и, наконец, происходит деление на две половины. Так представляли процесс деления уранового ядра Л. Мейтнер и О. Фриш. В своей статье они писали, что поразительное сходство этой картины с процессом деления, которым размножаются бактерии, послужило поводом назвать это явление ядерным делением.

Ядро урана распадалось на два осколка. При этом выделялась огромная энергия. Но вместе с осколками из погибающего уранового ядра вылетало несколько свободных нейтронов. Они могли разрушать другие ядра урана. И так далее. При благоприятных условиях в куске урана могла возникнуть цепная реакция деления – колоссальной мощи ядерный взрыв. Уже в 1940 г. советские ученые Я. Б. Зельдович и Ю. Б. Харитон создали строгую теорию цепной реакции деления. Человек осуществил процесс, которого, казалось, не знала природа. Люди еще не обнаруживали в ней столь глубокого процесса превращения элементов. Изотопы 34 химических элементов – от цинка (порядковый номер 30) до гадолиния (порядковый номер 64) – были найдены среди осколков деления урана. Ядерный реактор оказался настоящей фабрикой радиоактивных изотопов.