Текст книги "Можно ли сделать золото? Мошенники, обманщики и ученые в истории химических элементов"

Автор книги: Клаус Гофман

сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 17 страниц)

Во время процесса речь пошла также об удачном эксперименте на мюнхенском монетном дворе. Защита строила на этом свое оправдание. Были заслушаны эксперты. Мнение университетского профессора Гонигшмида из Мюнхена, который проводил экспертизу еще с искусственным золотом тайного советника Мите, было категоричным. Невозможно провести превращение элементов путем простой химической реакции, как это практиковал Таузенд. Этого можно было бы достигнуть только разрушением атомов, для чего потребовались бы энергии, которыми в настоящее время не располагает никто.

Таузенд и его адвокат начали было пояснять, что превращение элементов возможно на основе "гармонически-периодической системы". Не знаком ли с ней господин профессор? Гонигшмид знал содержание брошюры, знал и господина автора. Брошюра "180 элементов", ответил он невозмутимо, является плодом творчества фантазера, полного неуча в области естественных наук, который пытается извлекать новые премудрости из устаревших учебников.

Превращение свинца в золото, которое на первый взгляд столь убедительно продемонстрировал Таузенд на монетном дворе, тоже получило во время процесса поразительное объяснение. "Искусственное" золото в количестве 95 мг, состоящее на 80 % из чистого золота и на 20 % из серебра, вполне могло образоваться... из золотого пера авторучки. Для таких золотых перьев как раз применяли сплав золота с серебром близкого состава. Когда прокурор услыхал это, он приказал немедленно доставить corpus delicti[64]. Однако авторучку Таузенда с золотым пером нигде не смогли найти...

Суд признал Франца Таузенда виновным в многократном обмане. Его приговорили к тюремному заключению сроком на три года и восемь месяцев, с учетом срока предварительного заключения. Прокурор требовал шести лет.

Адвокат Таузенда пытался по мере сил убедить суд в том, что виноват не только его подзащитный: на самом деле – так выразился защитник в своей речи – надо судить не Таузенда, а Людендорфа и других партийных бонз из NSDAP, а также тех, кто давал Таузенду кредит. Они обожествляли Таузенда, имевшего патологические наклонности, пока тот в своей фантазии и своего рода мании величия не стал принимать собственный обман за чистую правду.

Глава 5

ФАНТАСТИЧЕСКИЕ ЭНЕРГИИ

Последние недостающие элементы

После установления закона Мозли рентгеновская спектроскопия стала ценным вспомогательным средством при поисках еще неизвестных элементов и для их классификации. В начале 20-х годов из 92 элементов периодической системы не было обнаружено шесть: 43-, 61-, 72-, 75-, 85– и 87-й. Их порядковый номер можно было вывести на основе закона Мозли, определив частоту рентгеновского излучения[65]. Благодаря этому стало возможным поместить эти элементы в соответствующие группы периодической системы и тем самым предсказать их свойства.

Однако в отношении 72-го элемента не было единого мнения. Нильс Бор на основании своей атомной модели пришел к заключению, что следующие за лантаном (элементом 57) четырнадцать элементов должны быть трехвалентными, ибо они обладают одинаковым числом внешних электронов. Это является также причиной необычайного сходства лантаноидов, или так называемых редких земель. Только начиная с элемента 72, число валентных электронов, как обычно, будет увеличиваться от элемента к элементу на единицу. Следовательно, 72-й элемент, который еще не был известен, должен иметь четыре внешних электрона и быть четырехвалентным. Поскольку он – аналог циркония, его следует искать в цирконийсодержащих минералах. Элемент 72 ни в коем случае не относится к числу редкоземельных.

Другие исследователи придерживались противоположного мнения. Они уже давно безуспешно пытались выделить 72-й элемент из минералов, содержащих редкие земли, и все же неутомимо продолжали поиски. Французский химик Урбен был убежден, что еще в 1914 году рентгеноспектроскопическим путем обнаружил редкоземельный элемент 72, который был назван им кельтиум. Норвежские исследователи также давали заявки на подобные открытия.

Кто был прав? Только практика могла разрешить спор. Полагаясь на теорию Бора, химики Хевеши и Костер, гостившие в институте датского физика, начали в 1922 году поиски 72-го элемента в норвежских циркониевых минералах. Уже в первой фракции вещества можно было рентгеноспектроскопическим путем обнаружить искомый элемент. Вскоре удалось также выделить его аналитически весомые количества. Оба химика назвали открытый ими элемент гафний. Тем самым они почтили место работы Бора, Копенгаген который по-латыни называется Hafnia.

Гафний был последним недостающим элементом с четным порядковым номером. Согласно правилу, установленному Харкинсом, такие элементы обычно более распространены в природе, чем их нечетные соседи. Таким образом, для еще не известных химических элементов – с порядковыми номерами 43, 61, 75, 85 и 87 – можно было предположить, что они на Земле существуют только в виде следов или вообще не существуют, ибо в противном случае их уже давно открыли бы.

Поэтому, когда появилось сообщение, что обнаружены элементы 43 и 75, именовавшиеся также экамарганцем и двимарганцем, это стало научной сенсацией; ее распространению способствовала, прежде всего, пресса. На заседании Прусской академии наук в Берлине 11 июня 1925 года химик Ида Такке сообщила об удавшемся открытии. Совместно со своим будущим супругом Вальтером Ноддаком и исследователем О. Бергом она воспользовалась способом обогащения, основанным на химической природе этих элементов. Были сняты рентгеновские спектры веществ, полученных из разнообразных минералов. Наконец при переработке норвежского минерала колумбита исследователи наткнулись на следы искомых элементов, которые они стали называть мазурий (43-й) и рений (75-й). Концентрация их составляла всего лишь 10[-6]–10[-7] г.

Через несколько дней после известия об открытии элементов 43 и 75 опытный аналитик Вильгельм Прандтль сделал доклад на заседании химического общества в Мюнхене. Он настойчиво предостерегал от преждевременных заявок на открытия. Прандтлю не удалось найти эти экамарганцы ни в указанных минералах, ни в переданной им пробе вещества, которая, по данным исследовательницы, должна была содержать от 0,8 до 1,0 % рения.

Ситуация становилась неясной. В это время чешские исследователи Долейчек и Гейровский заявили, что им удалось обнаружить 1 % 75-го элемента в солях марганца полярографическим и спектроскопическим путем, и при этом раньше, чем Иде Ноддак. Лондонский химик Брюс также сделал заявку на открытие 75-го элемента. По этому поводу высказался советский исследователь О. Е. Звягинцев из Института по изучению платины и других благородных металлов АН СССР, который сомневался в открытии: в платиновых рудах двимарганца вовсе нет, вопреки мнению госпожи Ноддак. Ко всему тому появилось еще сообщение англичанина Лоринга об удавшихся "синтезах" элементов 43 и 75 в рентгеновской трубке. Алхимические представления сыграли при этом немалую роль, ибо Лоринг синтезировал элемент 43 из калия и никеля, а элемент 75 – из свинца и молибдена. Такие алхимические опыты наукой не принимались всерьез. Все другие высказывания следовало учесть.

Ида Ноддак защищалась от обвинений весьма темпераментно, поскольку была затронута ее честь исследователя. Брюс имел дело не со следами элемента, а лишь с марганцем, загрязненным железом,– уверяла она.– Что касается Гейровского и Долейчека, то проверка их опытов не дает никаких указаний на новый элемент. Спектральные линии, наблюдавшиеся чехами, могли принадлежать ртути и таллию, а не 75-му элементу.

Теперь о Прандтле. Чета Ноддак считала удивительным, что господин Прандтль не обнаружил рения. В переданном ему веществе содержались также уран и ниобий – в количествах десятикратных по сравнению с элементом 75. Даже эти элементы Прандтль не смог обнаружить. "Мы готовы,– снисходительно объявили они,– послать Прандтлю новый препарат, если он может удостоверить, что его спектрограф способен уловить содержание в несколько процентов". Это мало тактичное замечание вызвало у старого химика чрезвычайное раздражение: более 25 лет работал он с редкими и рассеянными элементами. "Я могу без преувеличения сказать, что в области препаративной неорганической химии располагаю несравненно большим опытом. На основании этого опыта я должен с сожалением отметить, что методы, с помощью которых В. и И. Ноддак хотят выделить оба экамарганца из минералов, нехороши ...".

Спор длился несколько лет, до тех пор, пока Ида и Вальтер Ноддак в октябре 1929 года не сообщили о выделении ими в целом 1 г рения. Они получили это количество из 600 кг минерала молибденового блеска и доказали чистоту нового элемента спектральными методами. Тем самым клетка с порядковым номером 75 в периодической системе оказалась занятой. Что касается судьбы элемента 43, то она осталась покрытой завесой молчания.

Рано трубить победу

С не меньшими боями шли химики к открытию 61-го элемента. Поневоле спросишь, всегда ли поиски последних недостающих элементов должны вызывать ссоры и споры между учеными мира?

Вильгельм Прандтль безуспешно пытался выделить редкоземельный элемент 61 из неодимовой (60-й элемент) и самариевой (62-й элемент) фракций природных иттриевых земель. Ему не удалось обнаружить его даже рентгеноспектральным методом. Через два года, в марте 1926 года, американские химики Гопкинс, Интема и Гаррис из Иллинойского университета сообщили, что обнаружили этот редкоземельный элемент спектральным анализом. Они нашли 61-й элемент там, где его тщетно искал Прандтль – в монацитовых остатках выделенной неодимово-самариевой фракции. Новый элемент они предложили назвать иллиний.

Прандтль сразу высказал сомнение. Одни только спектральные линии ничего не доказывают, к тому же эти линии, полагал он, наверняка происходят от загрязнений. Гаррис, Интема и Гопкинс не дали еще ни одного обоснованного доказательства открытия 61-го элемента.

Сообщение американцев вызвало выступление итальянцев Ролла и Фернандеса из Химического института Флорентийского университета: 61-й элемент был ими обнаружен еще в июне 1924 года рентгеноспектральным путем в бразильском монацитовом песке и назван флорентием.

С полным основанием все захотели узнать, в каком журнале опубликовано это сообщение. Итальянцы смущенно признались, что их еще не совсем полный исследовательский отчет находится в запечатанном конверте в Академии наук в Риме. Американцы комментировали такое объяснение с нескрываемой насмешкой. Если это действительно так, то они со всем почтением хотели бы указать на то, что еще в 1922 году американские ученые открыли неизвестные линии в спектре редкоземельных элементов и отнесли их к недостающему 61-му элементу. Следовательно, в любом случае приоритет, а также право наименования находятся на их стороне.

Если просмотреть научные журналы за 1926–1928 годы, то можно только удивляться, с каким упорством проводился этот научный бой за первенство в открытии 61-го элемента. Оба лагеря находили поддержку извне. До последнего времени не было единства в вопросе, кому, собственно, принадлежит приоритет; как же называть вновь открытый элемент, который никто еще вовсе и в руках не держал: иллиний или флорентий?

Самую умную мысль в этом споре высказал Вильгельм Прандтль в январе 1927 года: "Видимо, к концу периодической системы около 93-го номера образуются неустойчивые конфигурации; они дают о себе знать еще в более ранних периодах, а именно: у номера 43, затем у 43+18 61 и, наконец, окончательно у 43+18+32 93". Другими словами, Прандтль считал, что элементы с номерами 43, 61 и 93 вообще не должны существовать.

Не более мирно происходило открытие элементов 85 (экацезия) и 87 (экаиода). С 1930 по 1932 годы Аллисон, Мерфи и Бишоп из Алабамского политехнического института (США) не единожды заявляли, что они обнаружили элемент 85 – алабамий и элемент 87 – виргиний в морской воде, в естественных соляных залежах, а также в минералах, содержащих цезий и слюду. С помощью какого-то магнито-оптического метода исследователям, по-видимому, удалось провести обогащение воды этими элементами.

Научная ценность такого нового метода анализа горячо оспаривалась другими учеными – американцами Папис и Вайнером из Корнуэльского университета (Итака); они полагали, что сами получили элемент 87. Сюда надо причислить также некую Хулубай из Румынии, которая хотела назвать открытый ею элемент 87 молдавием.

Ньютон Фрэнд из Бирмингэма специально совершил поездку на Мертвое море, чтобы заняться поисками элементов 85 и 87. Необычайно высокая концентрация солей в этом внутреннем море должна была, по его мнению, открывать особенно благоприятные возможности. Представления о том, что экацезий, относящийся к щелочным металлам, следует искать в морской воде, были логичными, если учесть близкое родство 85-го элемента с цезием, калием, натрием. В 1932 году в журнале "Кемикл ньюс" свою лепту в этот вопрос внес некий Стивенсон. Он наконец узнал, где в Мировом океане следует искать экацезий: во впадине Минданао на глубине около 10 000 м. Кто решится на такую экскурсию?

Вопреки всем стараниям исследователей, клетки 43, 61, 85 и 87 периодической системы оставались пустыми. Рений был практически последним элементом, который смогли химически выделить классическим путем в достаточном количестве, хотя и после трудоемких операций.

От других недостающих элементов можно было увидеть лишь "тени" в виде рентгеновских спектральных линий. При этом не было даже уверенности, что они относились именно к искомым элементам. Такую неудачу объясняли тем, что элементов 43, 61, 85 и 87 теперь уже не существует. Наверняка они распались за те 4,6 миллиардов лет, что существует Земля. Во всяком случае, это следовало предположить по отношению к элементам 85 и 87, так как они в периодической системе должны располагаться рядом с радиоактивными элементами.

Снаряд без заряда

Со времени превращения азота в кислород при помощи альфа-излучения в 1919 году все твердо уверовали в то, что ядерная физика является ключом ко всеобщему превращению элементов. Однако вслед за надеждой, что методом Резерфорда можно постепенно превратить или расщепить все атомы с помощью альфа-лучей с достаточно большой энергией, ученых постигло разочарование. За десять лет после первого удачного эксперимента смогли подвергнуть бомбардировке едва лишь дюжину элементов, да и то самых легких. В случае тяжелых элементов в массивное ядро атома не могли проникнуть даже альфа-частицы с максимальной энергией в 9 мегаэлетронвольт (МэВ). Они отклонялись большим одноименным зарядом ядра, не придя с ним в соприкосновение. Тем самым была утрачена всякая надежда на превращение ртути с помощью альфа-частиц в соседнее золото. Выход думали найти в использовании таких снарядов, как протоны (ядра атома водорода). Конечно, для этого необходимо искусственно ускорить эту частицу до столь же высоких энергии, какими обладали альфа-частицы. Откуда же взять такие гигантские энергии? Для этой цели следовало бы получить и использовать напряжение в несколько миллионов вольт – техника, которой тогда еще не овладели.

Перелом произошел в 1930 году. Американские физики в Вашингтоне сконструировали трансформатор на 3 мегавольта (MB) и с его помощью ускорили протоны до энергии в 1 МэВ. Через год Ван-дер-Грааф в Принстонском университете построил свой первый генератор на 1,5 МэВ, названный позднее его именем.

Эрнест Лоуренс и его сотрудники из университета в Беркли в конце концов нашли совершенно новый путь: искусным приемом, с помощью больших электромагнитов в поле высокого напряжения, Лоуренс заставил частицы мчаться по спирали. Таким способом можно было постепенно ускорить частицы до высоких энергий. Это была новая установка – циклотрон. Посредством такого ускорителя частиц можно было достичь интенсивностей излучения, которые теоретически эквивалентны нескольким килограммам радия. Был сделан мощный шаг вперед, ибо человечество никогда не смогло бы получить столь значительных количеств радия.

В конце 1931 года Лоуренс с помощью своего циклотрона достиг мощности 1 МэВ, через год – уже 5 МэВ. В настоящее время мощность современных ускорителей частиц измеряют в гигаэлектронвольтах (ГэВ), то есть в миллиардах электронвольт. По сравнению с первыми ускорителями сегодняшние мощнейшие агрегаты с их километровыми путями пробега частиц выглядят гигантами.

Ученикам Резерфорда, Кокрофту и Уолтону, в 1932 году удалось провести первое ядерное превращение с помощью искусственно разогнанных протонов: мишенью служило ядро атома лития – самого легкого элемента после водорода и гелия. Путем такого обстрела литий превратился в гелий. Советские физики-атомщики И. В. Курчатов и Н. Н. Синельников, которые вскоре после кембриджских ученых и независимо от них обнаружили ту же реакцию, первыми дали вероятное объяснение процесса. Сенсационная пресса видела в "разрушении" лития дальнейший шаг к подчинению атомных сил человеку и связывала с этим самые отважные фантазии: боевой корабль с несколькими граммами лития в качестве топлива сможет пересечь Атлантику... Заметьте, военный корабль, а не торговое судно было первым примером в оценке атомной энергии. Специалисты рассматривали этот эксперимент гораздо более трезво. Превращение атома лития идет с ничтожным выходом. Нужно ускорить миллионы протонов, чтобы произошло одно-единственное столкновение.

К испытанным снарядам, бомбардировавшим атомное ядро,– альфа-частицам (ядрам атома гелия), протонам (ядрам атома водорода) – к началу 1932 года присоединился еще один: дейтрон. Это – ядро тяжелого изотопа водорода, которое обладает массой, равной удвоенной массе протона. В том же году в космическом излучении на большой высоте был открыт позитрон, оказавшийся положительно заряженной частицей – античастицей отрицательного электрона. Вскоре эту новую элементарную частицу удалось также обнаружить при земных радиоактивных процессах. Когда в 1932 году ученик Резерфорда, Джеймс Чэдвик, открыл еще одну, до той поры неизвестную, частицу – нейтрон, то этот год в научных кругах стали справедливо называть annus mirabilis – годом чудес.

Чэдвик обнаружил частицу, не имеющую заряда, с массой, равной массе протона, как составную часть так называемого бериллиевого излучения. Эти проникающие лучи, состоящие из нейтронов, были открыты в 1930 году при бомбардировке бериллия альфа-частицами Долгое время считались жестким гамма-излучением. Затем удалось показать, что бериллиевое излучение на самом деле состоит из гамма-лучей и потока нейтронов.

С открытием нейтрона сразу разрешались те принципиальные трудности, с которыми для теоретиков было связано истолкование атомных ядер. До этого существовало воззрение, что ядро атома состоит из протонов и электронов. Такое представление таило в себе трудно разрешимые противоречия. Кроме того, оно не давало объяснения, почему при одинаковом заряде ядра изотопы одного и того же элемента обладают различной массой. В 1932 году советский физик Д.Д. Иваненко, а вскоре после этого Вернер Гейзенберг – один из основателей квантовой механики – независимо друг от друга пришли к выводу: ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. Различие масс изотопов объяснялось большим или меньшим числом нейтронов.

Появилась надежда, что с открытием нейтрона найден снаряд, который -именно потому что был "не заряженным"– сможет проникнуть в устойчивую крепость ядер тяжелых атомов. Быть может, теперь и тяжелый элемент – ртуть можно будет превратить в соседний элемент – золото?

В своем труде "The interpretation of the atom[66]" в 1932 году Фредерик Содди первым высказался по поводу фундаментальной роли нейтрона как неоценимого нового снаряда для превращения атомов, быть может, даже их деления. Однако все еще оставался открытым один вопрос: как это осуществить?

Искусственная радиоактивность

В начале 30-х годов казалось, что любимое занятие многих исследователей атома – поиски новых продуктов распада – уже не может дать ничего нового. Такие исследования проводились с чисто криминалистическим чутьем. Теперь ряд естественных радиоактивных элементов оказался полным. Ничего не меняло и то обстоятельство, что существование первого члена ряда актиния, актиноурана было до сих пор лишь гипотетическим. Исследователям атома и не снилось, что можно будет отыскать еще неизвестные радиоактивные элементы.

В это время между специалистами возникли очень интересные споры, а именно по поводу элемента с порядковым номером 93. Такого элемента вообще не должно было существовать на Земле. Уран, после того как он был помещен Менделеевым в периодическую систему, был признан самым последним из 92-х элементов. Так полагали все.

Однако некоторые ученые не могли расстаться с мыслью, что число элементов, возможно, превышает 92. Когда-то, в 1922 году, Нильс Бор размышлял о возможности существования благородного газа с порядковым номером 118 – как это вытекало из его теории спектров и строения атома. Многим специалистам такие представления казались пустым теоретизированием.

В апреле 1934 года Ида Ноддак большим сообщением "Периодическая система элементов и ее пустые клетки" пробудила новый интерес к этой проблеме. В докладе, который был опубликован в журнале "Ангевандте хеми" 19 мая 1934 года, она ставила провокационный вопрос: почему периодическая система вдруг обрывается после урана? В составленной ею таблице она демонстративно оставляла незанятые места от 93 до 96 для элементов, которые еще предстояло открыть. Такой шаг она обосновывала весьма оптимистично: "Нам кажется возможным, что элементы, следующие за ураном, так называемые трансураны, с возрастанием порядкового номера становятся все менее жизнеспособными, а потому все более редкими. Однако стоящие за ураном четные элементы 94 и 96 могли бы быть получены сегодняшними средствами...; следует ожидать, что как раз в этом месте системы появятся некоторые неожиданности".

Действительно, такие неожиданности не заставили себя долго ждать. Уже в начале 1934 года Ирэн Кюри, дочь Марии Кюри, вместе со своим супругом. Фредериком Жолио, сделала открытие, поразившее специалистов. Им удалось обнаружить "новый тип радиоактивности". Так называлось их сообщение в "Отчетах Парижской академии наук" от 15 января. Что же крылось за этим заголовком?

Оба исследователя бомбардировали алюминиевую фольгу альфа-частицами; при этом обнаружилась отчетливая радиоактивность алюминия, которая сохранялась также после удаления источника излучения. Такой эффект никто никогда не наблюдал. Отдельные атомы алюминия после воздействия альфа-частиц превратились в радиоактивный фосфор (Р*). Этим новым методом можно было искусственно вызвать радиоактивность. То, что Стефания Марацинеану ошибочно искала на свинцовых крышах, стало фактом: для легких элементов – пока только для них – можно искусственно индуцировать радиоактивность:

[27]Al + [4]He [30]P + n

Радиоактивный фосфор распадается до устойчивого изотопа кремния с выделением позитрона:

[30]P [30]Si + e[+]

Исследователям атома, этим "алхимикам XX века", вновь удалось осуществить поразительное превращение элементов. Искусственным путем принудить вещества к радиоактивному распаду – это было, безусловно, новым большим шагом на пути к гигантским запасам энергии атомного ядра.

Энрико Ферми из Физического института Римского университета, новая звезда в международном семействе исследователей атома, заинтересовался открытием искусственной радиоактивности и начал систематически обстреливать нейтронами один элемент за другим. Молодой физик надеялся, что таким путем, а не только с помощью альфа-частиц ему удастся вызвать искусственную радиоактивность.

Ферми и его коллеги д'Агостино, Сегре, Амальди и Розетти подошли к этим опытам строго методически. Они начали с элемента 1, водорода, и подвергли его воздействию потока нейтронов. После того как был убран источник нейтронов – запаянная трубка с эманацией радия и порошком бериллия, ученые испытали облученный элемент на радиоактивность. Для этого был использован счетчик их собственной конструкции, работавший по принципу счетчика Гейгера – Мюллера, известного с 1928 года. Ферми вбил себе в голову испытать все элементы периодической системы вплоть до урана. Откуда же взять нужные вещества? Физикам потребовалось некоторое время для того, чтобы обыскать запылившиеся полки институтов, химических магазинов и аптек и найти все, что им требовалось.

Многие сотрудники Римского университета находили поведение молодых физиков очень забавным: Ферми и его друзья по окончании облучения мчались, как одержимые, по длинным коридорам института, чтобы испытать свои препараты в помещении, не зараженном радиоактивностью. Ведь могло так случиться, что образовался короткоживущий радиоактивный элемент с периодом полураспада в несколько секунд. Потом обычно можно было видеть, как они медленно возвращались с разочарованными лицами. Для первых восьми элементов физики не смогли обнаружить никакой искусственной радиоактивности. Однако на девятом элементе, фторе, счетчик вдруг защелкал. Вскоре итальянцы установили, что облучение нейтронами активизирует многие элементы. Чаще всего последние излучали бета-лучи и превращались при этом в атомы следующего элемента. Ферми открыл "радиоактивность, индуцированную бомбардировкой нейтронами". Так назвал он статью, написанную 10 апреля и опубликованную в мае 1934 года в журнале "Нейчур",

Спор вокруг девяносто третьего элемента

Интересных результатов Энрико Ферми ожидал для последнего элемента периодической системы. Уран является самым тяжелым элементом, встречающимся на Земле. Ядро этого атома состоит из 92 протонов и 146 нейтронов. Относительная атомная масса в результате составляет 238, точнее, для изотопа [238]U. Уже тогда предполагали, что уран состоит не только из этого изотопа. Например, гипотетический актиноуран должен был быть легче. Однако с помощью масс-спектрографа Астона в то время не удавалось найти другие изотопы урана, кроме [238]U.

Вопрос об актиноуране был разрешен однозначно только тогда, когда американский физик Артур Демпстер из Чикагского университета в декабре 1934 года использовал новый источник ионов для масс-спектрографа повышенной разрешающей способности. В 1935 году Демпстер внес ясность в вопрос об изотопном составе урана: кроме известной четкой линии, для [238]U он нашел еще слабую линию для [235]U – искомого актиноурана. Сегодня мы знаем, что природный уран на 99,27 % состоит из [238]U, на 0,72 % – из [235]U и на 0,005 % – из [234]U.

Когда в Физическом институте Римского университета в середине 1934 года молодой Ферми начал бомбардировать уран нейтронами, он, конечно, исходил только из существования [238]U. Если бы, как полагал Ферми, удалось внедрить в ядро еще один нейтрон, то по уравнению

[238]U + n [239]U

образовался бы радиоактивный изотоп с массовым числом 239 и – в случае его дальнейшего бета-распада – элемент с зарядом ядра 93:

[239]U [239]X + e

Такого вещества на Земле еще не было! Перспектива открытия этого элемента воодушевляла. Она означала проникновение в неизвестную область материи, до тех пор полностью сокрытую от человеческих представлений. Сходное чувство должно было в прежние времена охватывать кругосветных мореплавателей, когда они пускались в экспедиции для открытия новых стран и континентов и обнаружения их богатств.

Воодушевлению итальянцев не было границ, когда с первым же опытом пришла удача: облученный уран оказался сильно радиоактивным и, как предполагалось, испускал бета-лучи. Исследования показали, что продукты радиоактивного распада не идентичны с соседними элементами урана. Такое обнаружение можно было провести очень изящно. При химическом анализе требовалось только добавить соединение предполагаемого элемента, скажем, соли тория. После обычной химической переработки и разделения активность неизвестного продукта превращения либо обнаруживалась снова в ториевой фракции – и тогда это был изотоп тория,– либо ее не было. В последнем случае разъяснения могли дать дальнейшие химические опыты с добавлением других элементов или их соединений. Такие химические идентификации часто и с большой точностью проводили в то время Отто Хан, Лиза Мейтнер и Фриц Штрасман.

При повторении своих опытов Ферми не нашел никаких указаний на то, что из урана, облученного нейтронами, образовались какие-либо изотопы известных соседних элементов, такие, как протактиний, торий, актиний, радий. Исходя из этого, новый вид радиоактивных атомов должен был принадлежать элементам, находящимся по другую сторону урана – трансуранам! По мнению Ферми, особенно правомерным было приписать образовавшийся радиоактивный осадок с периодом полураспада 13 мин новому, 93-му, элементу. Несмотря на это, Ферми дал очень осторожное название своему отчету, опубликованному в журнале "Нейчур" 16 июня 1934 года: "Возможное получение элементов с атомным номером, превышающим 92". Поэтому, когда итальянская печать начала во все горло кричать о доказанном получении 93-го элемента и громогласно причислила эти успехи к "победам фашистов в области культуры", это не могло не задеть Ферми и его коллег.

Итальянские физики открыли в своих работах поразительный эффект: радиоактивность, индуцированная нейтронами, вдруг усиливалась во много раз, если нейтроны предварительно пропускали через слой парафина. Парафин является смесью углеводородов. На своем пути через кусок парафина нейтроны встречали большое число атомов водорода той же массы. В результате столкновений нейтроны передавали атомам водорода часть энергии, отклонялись от прямолинейного пути и приобретали зигзагообразную траекторию. Передавая часть энергии, они тормозились. Таким образом, нейтроны покидали парафин со значительно меньшими скоростями, чем входили него. Такие замедленные, или тепловые, нейтроны вызывают превращения атомов с гораздо большей вероятностью, чем быстрые, которые часто проскакивают мимо цели.

Ферми размышлял далее... С помощью этого метода можно будет в ближайшем будущем искусственно получать новые радиоактивные элементы. Быть может, даже в таких количествах, что они смогли бы заменить естественные радиоактивные вещества, которые все больше дорожают. Открытие приобретало коммерческое направление, что заставило Ферми и его сотрудников 26 октября 1934 года подать заявку на патент по искусственному изготовлению радиоактивных веществ из других элементов путем бомбардировки замедленными нейтронами. Что же, еще один алхимический патент? Едва ли. Мысль о том, чтобы получать когда-либо атомную энергию при помощи таких искусственных превращений элементов, не приходила тогда Ферми. И все же сделанное открытие означало существенный шаг в этом направлении.