Фридрих Гернек - Пионеры атомного века (Великие исследователи от Максвелла до Гейзенберга)

Опыты, которые в конце 1938 года привели к расщеплению урана, Отто Ган, Лиза Мейтнер и Фриц Штрасман начали после того, как итальянский физик Энрико Ферми в 1934 году обстрелял медленными нейтронами химические элементы и искусственно получил при этом новые радиоактивные изотопы. Нейтроны оказались настолько подходящими для этой цели, что быстро выдвинулись на первый план как вспомогательное средство в ядерных исследованиях, заменив собой альфа-частицы, с которыми работал главным образом Резерфорд. При помощи нейтронов можно было пробить панцирь ядра атома. С их помощью можно было проникнуть в такие атомные ядра, которые благодаря своим сильным положительным зарядам не давали доступа альфа-частицам, также заряженным положительно.

"Итальянец Ферми, - писал Ган в автобиографии, - первым доказал большое значение нейтронов для возбуждения ядерных реакций, выдвинув предположение, что эти незаряженные частицы смогут проникнуть в ядра атомов, не отталкиваясь их положительным зарядом. Ферми и его сотрудники поэтому облучали нейтронами элементы почти всей периодической системы. Они получали при захвате нейтронов сначала радиоактивные изотопы облучаемого элемента, которые затем при эмиссии бета-лучей распадались и переходили в атомы ближайших более высоких элементов. Итальянские исследователи довели свои опыты до урана, элемента с наибольшим тогда порядковым числом".

При чрезвычайно малых размерах атомного ядра в сравнении со всем атомом - ядро относится к целому атому, как булавочная головка к жилому дому средней величины, - желанные попадания в ядро и связанные с этим изменения в нем происходили очень редко.

Искусственно полученные Ферми изотопы как разновидности уже известных элементов входили в периодическую систему: они занимали то же место, однако имели (по числу нейтронов) различную атомную массу. Только при облучении урана такое расположение не удавалось. Так Ферми пришел к ошибочному выводу, что в данном случае образуются "трансураны": элементы, занимающие в периодической системе места по ту сторону урана. Как выяснилось позднее, это было заблуждение.

Немецкий химик Ида Ноддак усомнилась в предположении Ферми. Она высказала догадку, что здесь, возможно, само собой происходит расщепление тяжелого атомного ядра урана. Однако ее точка зрения не нашла поддержки у физиков-ядерщиков. Распад ядра урана считался совершенно невозможным. Ферми не принимал такого предположения всерьез, а Отто Ган еще в 1936 году называл его абсурдным.

В опытах, которые Отто Ган и Лиза Мейтнер проводили сначала одни, а затем при участии ассистента Гана Фрица Штрасмана, они пыталась решить вопрос: действительно ли Ферми получил трансураны или речь здесь идет только об изотопных разновидностях протактиния, ближайшего к урану элемента с меньшим порядковым номером, как это утверждал один из бывших сотрудников Гана.

Решение повторить опыты Ферми и выяснить природу веществ, возникающих при облучении урана нейтронами, очевидно, было особенно соблазнительно для Отто Гана и Лизы Мейтнер. Как первооткрыватели и исследователи протактиния, они очень хорошо знали все химические свойства этого элемента. Итак, они лучше других могли судить о том, следует ли считать полученные Ферми мнимые трансураны изотопами протактиния или нет.

Результаты своей совместной работы над решением этого вопроса Лиза Мейтнер, Отто Ган и Фриц Штрасман публиковали между 1934 и 1938 годами примерно в двадцати работах. При этом они с безукоризненной точностью установили, что полученное Ферми вещество с периодом полураспада тринадцать минут ни в коем случае не является изотопом протактония. Речь должна была идти, очевидно, о трансурановых элементах.

И в опытах с замедленными, так называемыми тепловыми нейтронами поздней осенью 1938 года Отто Ган и Фриц Штрасман придерживались ошибочного взгляда, что они, как и Ферми, нашли один из новых элементов с более высоким порядковым числом, чем у урана. Они считали, что перед ними изотоп радия. Несмотря на все усилия, им, однако, не удалось отделить предполагаемый изотоп радия от бария с помощью известных методов разделения, так как он проявлял все свойства бария.

Так в конце концов на основе многочисленных опытов Отто Ган и Фриц Штрасман 20 декабря 1938 года пришли к убеждению, что здесь в действительности речь идет о барии. Тяжелое ядро урана с числом ядерных разрядов 92 под действием медленных нейтронов, очевидно, "распадалось" на два более легких ядра: радиоактивное ядро бария с числом ядерных зарядов 56 и, как это вскоре выяснилось, ядро инертного газа криптона с числом ядерных зарядов 36. Ядерные заряды этих элементов, 56 и 36, при сложении давали число 92, ядерный заряд урана. Это было решающим открытием, имевшим далеко идущие последствия.