Вера Черногорова - Беседы об атомном ядре

Ядра по сравнению с молекулами обладают огромной энергией, но расстаются с ней только те, в которые попадает альфа-частица. Вероятность же такого события не больше вероятности попадания из дробовика в глаза мухе, сидящей на вершине дерева. Ядро легкого атома поражается в эксперименте одной из 100 000 альфа-частиц. А в тяжелое ядро попадает и того меньше — одна частица из миллиона.

Ситуация не изменилась и после запуска первого ускорителя протонов в лаборатории Э. Резерфорда. Были обнаружены новые экзотермические ядерные реакции — и только.

Сокровище — ядерная энергия — лежало рядом. Человек научился «своими руками» добывать небольшую частицу ядерного «огня», но о практическом использовании его пока не могло быть и речи.

Открытие естественных радиоактивных веществ, которые долгие годы испускают небольшие порции внутриядерной энергии, несколько походило на приобретение «вечной свечи». А выигрыш в энергии от ядерных реакций, вызываемых ускоренными протонами, был не больше копеечного приза, полученного в тире незадачливым человеком, растратившим на выстрелы всю свою зарплату. Гораздо больше энергии затрачивалось на ускорение частиц, чем выделялось в результате реакции.

Какой уж тут оптимизм! Даже в 1937 году Э. Резерфорд говорил: «Перспектива получения энергии при искусственных процессах превращения не выглядит обещающей».

Он оказался прав. С помощью отдельных экзотермических ядерных реакций невозможно было получить энергию в тех количествах, в которых нуждалось человечество.

— А существует ли вообще такая реакция, в которой ядро сразу отдавало бы весь свой энергетический запас?

— В принципе физики знали, как этот запас получить целиком. Уверенность им придавал «дефект масс». Максимальная энергия могла выделиться при превращении ядра самого тяжелого элемента в ядро элемента из средней частицы таблицы. Трудность заключалась лишь в том, как разбить тяжелое ядро на более мелкие.

— А не проще соединять самые легкие ядра, имеющие, кажется, тоже маленький «дефект масс» и обладающие избытком энергии?

— Такие реакции идут в раскаленных звездах. Но в лаборатории ускоритель расходовал так много энергии на сближение двух ядер, например, изотопа водорода — дейтерия, — что слова о возможном ее выигрыше звучат как насмешка. И все же ученым вскоре удалось найти путь к овладению ядерной энергией.

В 1934 году французские ученые Ф. Жолио-Кюри и его жена И. Кюри, дочь знаменитой М. Склодовской-Кюри, открыли новое явление — искусственную радиоактивность атомных ядер. Супруги Жолио-Кюри облучали альфа-частицами ядра алюминия. В результате ядерной реакции впервые был получен не существующий в природе радиоактивный изотоп фосфора.

Так через сорок лет потеряла свою уникальность естественная радиоактивность атомных ядер. Человек научился превращать любые стабильные вещества в радиоактивные, бомбардируя ядра разных химических элементов протонами, нейтронами и альфа-частицами.

Нейтроны играли особую роль в создании искусственных радиоактивных изотопов. У этих частиц нет электрического заряда, поэтому они легко преодолевали электростатический барьер (одноименные заряды отталкиваются), которым окружены тяжелые заряженные ядра.

С нейтронами предпочитал работать молодой, но уже известный итальянский ученый Э. Ферми. Открытие французских ученых его чрезвычайно заинтересовало. Физик-теоретик Римского университета, создатель теории радиоактивного бета-распада, он решил вместе со своими коллегами начать эксперименты по облучению тяжелых ядер нейтронами.

Почему именно тяжелых?

Э. Ферми задумал перешагнуть границу периодической таблицы и получить элемент, ядра которого имели бы протонов больше, чем их в ядрах самого тяжелого из известных элементов. Ученый был убежден, что нейтроны, попадая в переполненные нуклонами ядра урана, принудят их к радиоактивному бета-распаду. А если это так, то ядро урана и приобретет вожделенный дополнительный протон.

Необходимое для нейтронной атаки урана оборудование состояло из источника нейтронов, урановой мишени и ящика со свинцовыми стенками, обложенными изнутри парафином, для защиты экспериментаторов от радиоактивного излучения.

О ящике, казалось бы, можно было и не упоминать, но совершенно неожиданное влияние его на измерения натолкнуло Э. Ферми на открытие, которое значительно ускорило путь к овладению ядерной энергией.