Бруно Понтекорво - Атомный проект. Жизнь за «железным занавесом»

Для детектирования излучения малой энергии Бруно Понтекорво конструирует цилиндрические счетчики Гейгера — Мюллера диаметром 2 мм и длиной 40 мм с пятимикронной алюминиевой стенкой, заполненные воздухом при атмосферном давлении. Эту технику он изучал вместе со своими флорентийскими друзьями Дж. Бернардини, Д. Бочарелли и Дж. Оккиалини.

Изомеры могут быть получены либо в ядерных реакциях, либо в радиоактивных распадах. Бруно Понтекорво выбирает индуцированные медленными нейтронами реакции, которые он хорошо знает. В качестве мишени он использует родий, который, как и бром, является хорошим кандидатом для такого исследования. Выбор обусловлен причиной чисто сентиментальной. В Риме он работал над радиоактивностью родия, индуцированной нейтронной бомбардировкой, причем эта радиоактивность служила индикатором нейтронов. Бруно Понтекорво обнаружил два периода полураспада — 44 с и 4,2 мин (позже он расскажет, что пробежал по меньшей мере 100 км с радиоактивным родием).

С помощью «рудиментарного» метода измерения поглощения и простой установки (источники нейтронов Rn + Be, тонкие мишени из родия и тонкостенные гейгеровские счетчики) он установил, что мягкая компонента обусловлена излучением от внутренней конверсии, сопровождающей переход изомерного состояния в основное состояние родия с периодом полураспада 4,2 мин, тогда как период полураспада 44 с соответствует β-распаду 104Rh с переходом в основное состояние 104Pd.

В этом исследовании родия Бруно Понтекорво думал использовать кадмий в качестве подложки источника. Он знал, что бомбардировка кадмия медленными нейтронами не приводит к интенсивной радиоактивности. В то же время подготовительные эксперименты, в которых можно было наблюдать очень мягкое излучение, показали, что при бомбардировке быстрыми нейтронами кадмиевая подложка становилась радиоактивной с периодом полураспада T = 50 мин. Как показал химический анализ, проведенный вместе с М. Доде, эта радиоактивность была обусловлена изотопом кадмия. Испускаемое излучение было приписано β-стабильному изотопу кадмия, причем этот изотоп получался не путем захвата нейтрона, а в реакции (n, nγ) без захвата быстрых нейтронов. Эта реакция была известна Бруно Понтекорво еще со времени его работы в Риме, когда он изучал неупругое рассеяние быстрых нейтронов в свинце. Совместно с М. Доде он представляет работу «О радиоэлементе, образованном в кадмии под воздействием быстрых нейтронов».

Это был первый пример изомера, возбужденного быстрыми нейтронами.

Бруно Понтекорво предположил, что другим способом получения β-стабильных изомеров может служить облучение мишени рентгеновскими лучами, энергетический спектр которых непрерывен, но с энергией ниже порога развала ядра; тогда трансмутация ядра мишени невозможна и не происходит рождения радиоактивных изотопов, излучение которых мешало бы наблюдению мягких электронов. В таком случае эксперимент является более «чистым». Высокие уровни ядра возбуждаются чем-то вроде ядерной «флюоресценции», и испускание «флюоресцентных» γ-лучей может оставить ядро в метастабильном состоянии, которое детектируется по излучению, сопровождающему изомерный переход.

В 1939 г. вместе с А. Лазаром он ставит эксперимент в лаборатории атомного синтеза в Иври, руководимой Ф. Жолио-Кюри. Используется рентгеновская трубка типа Браша — Ланге с энергией около 3 МэВ. Облучая индиевую фольгу, они получают β-стабильный изомер 115In с периодом полураспада 4 часа.

Мечта Бруно Понтекорво исполнилась: эффект открыт, получены возбужденные состояния других элементов. Этот эффект очень понравился Фредерику Жолио-Кюри, и он дает ему название «ядерной фосфоресценции». Бруно Понтекорво представляет в Академию наук работу «Ядерная изомерия, образованная рентгеновскими лучами непрерывного спектра».

Он посылает эту статью Э. Ферми, своему первому учителю, который только что получил Нобелевскую премию и находится в США. В ответ Э. Ферми присылает ему свои «горячие поздравления в связи с блестящими результатами этого исследования», что доставляет Бруно Понтекорво большое удовольствие: он ведь был убежден, что если Ферми и испытывает к нему некоторое уважение, то исключительно как к специалисту по теннису.

За работы по ядерной изомерии Б. Понтекорво удостоен премии Карнеги — Кюри. В статье, опубликованной в журнале «Nature», он дает оценку этим исследованиям.